基于多采样率的多频段数字高斯白噪声的实现与研究

发布时间：2017-07-15 15:11

  本文关键词：基于多采样率的多频段数字高斯白噪声的实现与研究

  更多相关文章： 卫星导航 抗干扰性 混沌序列 映射函数法 折线逼近法 多采样率 FPGA

【摘要】：目前,卫星导航已广泛的应用到了农业、军事以及航天航空等领域,我们也越来越感觉到卫星导航的重要性。但是短波信道存在多种干扰,为了测试导航接收机的抗干扰性能,往往需要进行大量的外场实验,复杂且费用高。所以研制能够在实验室环境下进行、费用低、安全性高、可重复性强的信道模拟器是十分必要的,而生成高斯白噪声序列是其中的重要环节,以便于在添加多普勒扩展和高斯白噪声影响时使用,用来检测通信设备的抗干扰性。针对当前高斯白噪声信号源的应用需求,提出了一种基于FPGA的高斯白噪声产生方案,其中频段、带宽、功率均可调,通过对均匀分布随机数产生方法的分析,确定利用生成混沌序列来接近理想的均匀白噪声信号,提高信号的保密性。并在一定精度的要求下,通过映射函数法实现小概率事件来提高高斯白噪声的质量,并通过折线逼近法完成向高斯分布随机数的转换,这样在很大程度上减少了资源占用。由于实际应用中需要产生中频信号,本文利用多采样率的方法对基带高斯白噪声进行调制,节约FPGA芯片的占用资源,提高运行速度。文章详细说明了各模块的实现过程以及参数的设置,并通过Modelsim采集数据,利用MATLAB与Quartus II相结合的方式,给出了波形仿真结果,验证了设计方案的正确性。最后上位机通过串口向开发板发送参数控制波形的输出,通过频谱仪观察输出信号是否与发送参数相对应,并观察得到信号的各项指标是否满足要求。
【关键词】：卫星导航 抗干扰性 混沌序列 映射函数法 折线逼近法 多采样率 FPGA
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势10-11
• 1.3 高斯白噪声的干扰机理11-12
• 1.4 本课题主要内容及安排12-15
• 第2章 高斯白噪声产生原理及算法15-33
• 2.1 高斯随机数的生成算法15-18
• 2.1.1 函数变换法15-16
• 2.1.2 拒绝-接受判断法16
• 2.1.3 递归法16-17
• 2.1.4 基于均匀随机数的映射函数法17-18
• 2.2 经典伪随机数生成算法18-21
• 2.2.1 平方取中法18-19
• 2.2.2 斐波那契法19
• 2.2.3 线性同余法19-20
• 2.2.4 移位寄存器法20-21
• 2.3 基于混沌的伪随机数生成算法21-25
• 2.3.1 混沌序列的产生原理21-22
• 2.3.2 混沌的基本特性22-23
• 2.3.3 混沌序列的随机统计特性23-25
• 2.4 均匀分布向高斯分布的转换25-31
• 2.4.1 白噪声25-26
• 2.4.2 高斯白噪声26-28
• 2.4.3 均匀分布与高斯分布的关系28
• 2.4.4 均匀分布向高斯分布的映射28-30
• 2.4.5 折线逼近法30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 数字高斯白噪声模拟系统的设计33-49
• 3.1 中频数字高斯白噪声实现原理33
• 3.2 高斯白噪声在FPGA中生成算法33-35
• 3.2.1 数据的存储33-34
• 3.2.2 数据的调用与计算34-35
• 3.3 调制过程的设计35-43
• 3.3.1 内插35-36
• 3.3.2 滤波器类型及参数36-42
• 3.3.3 DDS的设计42-43
• 3.4 采样位数的设计43-44
• 3.5 采样频率的设计44-45
• 3.6 串口控制的设计45-46
• 3.7 FPGA整体实现46-47
• 3.8 本章小结47-49
• 第4章 数字高斯白噪声在FPGA中的实现49-65
• 4.1 引言49
• 4.2 FPGA芯片的选择49-50
• 4.3 基于LFSR基带数字高斯白噪声的实现50-52
• 4.4 基于混沌映射数字高斯白噪声系统的实现52-64
• 4.4.1 均匀随机数生成模块52-53
• 4.4.2 转换算法实现模块53-57
• 4.4.3 调制及多频段实现模块57-61
• 4.4.4 串口控制实现模块61-62
• 4.4.5 顶层模块的实现62-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 实验仿真结果分析与验证65-77
• 5.1 MATLAB仿真结果及分析65-70
• 5.1.1 各级仿真波形分析65-68
• 5.1.2 两种方法高斯随机数特性比较68-70
• 5.2 结果验证70-76
• 5.2.1 开发板引脚分配及连接70-71
• 5.2.2 频谱仪观察结果及分析71-76
• 5.3 本章小结76-77
• 结论77-79
• 附录79-83
• 附录 179-80
• 附录 280-81
• 附录 381-82
• 附录 482-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位期间所发表的论文87-89
• 致谢89

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