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微弱信号检测与采集技术的研究
作 者: 李方方
导 师: 杨春玲
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 电力电子与电力传动
关键词: 微弱信号检测 混沌振子 数字相关 SNIR S3C4510B
分类号: TN911.23
类 型: 硕士论文
年 份: 2006年
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内容摘要
人们在研究宏观和微观世界的过程中,常常需要检测微弱的信号。常规仪表由于存在较大的内部噪声,并且被检测信号常被强噪声淹没,因此采用放大器和滤波器无法有效的检测出有用信号。由于信号具有周期性、相关性,而噪声具有随机性,所以采用相关检测技术和混沌理论可以排除信号中的噪声。本文根据维纳-钦辛(Wiener-Khinchine)定理:功率信号的自相关函数和其功率谱是一对傅里叶变换,因此可以将锁定放大器LIA (Lock-in Amplifier)中的相关运算转换为功率谱计算,采用软件实现相关运算,就可以用数字器件取代模拟的锁定放大器,实现数字相关运算。本文利用Duffing方程的动力学特性,即混沌振子对白噪声具有免疫力,同时由于干扰周期信号的频率与混沌振子的固有频率相差较大,故而混沌振子对这些干扰信号也具有免疫力。因此本文提出了通过检测混沌振子阵列的间歇混沌周期来检测微弱信号的新方法。将被检测信号加入到混沌振子阵列中,由于混沌振子的特性,振子阵列中的某个振子相图会出现间歇混沌状态,据此可以得到被检测的有用信号的频率和幅值。本文设计了一款微弱信号检测装置,它以SamSung公司的ARM7芯片S3C4510B作为采集装置的微控制器,控制数据采集模块和USB数据传输模块,并且完成微弱信号检测算法,从而实现了微弱信号检测的数字化、多元化、微机化。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 第1章 绪论 9-13 1.1 本课题的研究目的及意义 9-10 1.2 国内外微弱信号检测技术的研究现状 10 1.3 微弱信号检测装置的发展状况 10-12 1.4 本文的主要研究内容 12-13 第2章 微弱信号检测算法的研究 13-26 2.1 微弱信号检测的基本原理 13-14 2.2 微弱信号检测的基本方法 14-18 2.2.1 窄带滤波法 14 2.2.2 双路消噪法 14-15 2.2.3 同步累积法 15-16 2.2.4 锁定接收法 16-17 2.2.5 相关检测法 17-18 2.3 基于数字相关检测的算法 18-20 2.3.1 检测原理 19-20 2.3.2 检测算法 20 2.4 基于混沌理论的微弱信号检测算法 20-25 2.4.1 基本原理 20-21 2.4.2 检测未知信号频率 21-23 2.4.3 提取信号的幅值 23-25 2.5 本章小结 25-26 第3章 基于ARM的微弱信号处理模块的设计 26-41 3.1 微弱信号采集卡基本组成 26-27 3.1.1 微弱信号采集卡的基本框图 26 3.1.2 主要功能及性能指标 26-27 3.1.3 采集卡组成 27 3.2 S3C4510B 控制模块 27-34 3.2.1 S3C4510B 的特性 28-29 3.2.2 S3C4510B 内核概述及特殊功能寄存器配置 29-32 3.2.3 最简的引导加载程序 32-34 3.3 微弱信号处理算法的实现 34-37 3.3.1 基于功率谱计算的数字相关算法的实现 34-35 3.3.2 基于混沌理论的微弱信号检测算法的实现 35-37 3.4 开发ARM 程序 37-40 3.4.1 开发ARM 的步骤 37 3.4.2 设计ARM 高速电路板 37-38 3.4.3 JTAG 接口 38-39 3.4.4 编写ARM 程序 39-40 3.5 本章小结 40-41 第4章 AD数据采集模块的设计及实现 41-47 4.1 前置调理电路 41-42 4.2 AD 转换模块 42-46 4.2.1 AD574 的功能特性 42-43 4.2.2 S3C4510B 与AD574 的接口设计 43-45 4.2.3 AD 数据采集软件实现 45-46 4.3 本章小结 46-47 第5章 USB传输模块的设计及实现 47-62 5.1 USB 总线简介 47-50 5.1.1 USB 总线拓扑结构 47-48 5.1.2 USB 的物理层 48-49 5.1.3 USB 设备 49-50 5.2 USB 接口模块硬件设计 50-54 5.2.1 PDIUSBD12 的功能 51-52 5.2.2 PDIUSBD12 工作原理 52-53 5.2.3 PDIUSBD12 与S3C4510B的接口电路 53-54 5.3 USB 固件编程 54-56 5.4 USB 开发 56-60 5.4.1 USB 枚举 57-60 5.4.2 结果分析 60 5.5 本章小结 60-62 结论 62-63 参考文献 63-66 附录采集卡实物图 66-67 攻读学位期间发表的学术论文 67-69 致谢 69
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信息论 > 信号检测与估计
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