基于小波分析与FPGA的光电跟踪信号处理研究

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随着现代科学技术的发展,光电跟踪技术已经应用到社会上很多的领域之中,尤其是在军事领域。光电跟踪信号在采集的过程中容易受到外界噪声的干扰,导致处理结果出现偏差,从而对后续的控制系统造成影响。因此,对光电跟踪信号进行滤波去噪是必不可少的一个步骤。利用小波分析对信号进行滤波去噪处理可以得到较好的滤波效果,而且不需要预先对含噪信号进行建模。  论文在分析了光电跟踪系统传感器信号噪声特点的基础上,对系统噪声在小波域的特性进行了深入研究。通过研究,选取DB4小波,在XILINX公司的VIRTEX-5系列芯片上实现提升小波变换,在TI公司的TMS320C6713芯片上实现各层阈值的计算,计算出阈值后将阈值传送给FPGA。论文对提升小波变换在FPGA上实现进行了研究,根据算法设计了信号延拓、小波变换、阈值处理、小波重构等关键模块的硬件结构。在设计中本文采用移位相加的方式来实现提升变换中的浮点系数,减少了系统对乘法器的调用以及对硬件资源的占用,提高了处理速度。系统采用Verilog HDL语言进行硬件描述,在ISE环境下进行编译综合,在Modelsim环境下进行功能仿真和时序仿真,最后与前端的A/D、D/A模块连接进行系统验证,取得了较好的去噪效果,完全能够满足采样频率为5KHz时系统实时性的要求。论文对提升小波变换模块进行了面积和速度上的优化,减少了资源开销,提高了系统的运行速度。  论文最后对低频光电跟踪信号提取进行了研究,采用简化后的离散小波变换方法,对光电跟踪信号进行9层离散低通分解和低通重构,提取出频率较低的低频信号,建立了Verilog HDL模型,在ISE中对各模块进行综合实现并在Modelsim中进行时序仿真,取得较好的提取效果和较高的系统运行速度。
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