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《中南大学》 2010年
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自适应滤波算法的分析与FPGA高速实现

唐佳  
【摘要】: 自适应滤波器能根据被测信号特点在满足某种算法的前提下自动调节滤波系数始终保持最优滤波,已经被广泛应用于信号对消去噪、系统辨识、信道均衡、信号预测等领域。自适应滤波算法的研究及硬件实现一直是信号处理领域研究的热点。随着电子系统功能越来越强大,对信号处理速率也提出了越来越高的要求。 本文针对自适应滤波器一般采用DSP (Digital Signal Processing,数字信号处理)通用处理器实现的现状,提出了一种利用FPGA (Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)高速实现的方法。首先以受到50Hz工频干扰和高斯白噪声干扰的正弦波信号为研究对象,利用频谱分析等方法,在matlab2007b软件上对LMS (Least Mean Squares,最小均方误差)自适应算法进行了深入的研究与仿真,分析了迭代步长、阶数与自适应滤波精度、收敛速度等参数的关系,得出了适合硬件实现的自适应滤波参数为滤波器阶数32阶左右,迭代步长0.05左右。 然后利用Altera公司的DSP Builder工具,构建了LMS算法系数自动更新子系统,在此基础上构建了8阶LMS自适应滤波器模型,经过Modelsim仿真和QuartusII综合与适配,最终在EP2C240Q8N芯片上设计出最高响应频率为58.99MHz的高速LMS自适应滤波器,其性能远优于采用通用DSP处理器实现的自适应滤波器,而开发效率又远高于采用编写HDL (Hardware Description Language,硬件描述语言)底层代码的方式,而且任意阶的LMS自适应滤波器可以在此基础上方便的扩展。 最后设计了并制作了以EP2C240Q8N型FPGA芯片为核心的最小系统实验板,该实验板采用两层布版工艺,具备AS (Active Serial,主动配置)和JTAG (Joint Test Action Group,联合测试行动组)两种下载模式,经过硬件实例测试,该实验板稳定可靠,非常适合硬件系统开发。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN713

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 周光祥;杨丹丹;;基于自适应阈值的提升小波去噪方法[J];桂林电子科技大学学报;2012年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 李红艳;自适应滤波器的FPGA实现及应用研究[D];中南大学;2011年
2 韩宏宇;基于FPGA的风电监测系统数据采集单元设计[D];北京化工大学;2011年
3 黄敦银;基于FPGA的自适应滤波器的设计与研究[D];西南交通大学;2011年
4 贺雪飞;8路E1电路自动倒换保护系统研究[D];青岛理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 高金定;刘音;刘雄飞;;基于异步FIFO的高速采样自适应滤波系统的设计[J];电测与仪表;2007年08期
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4 陈艳,朱勇,易克初;一种改进的自适应滤波器的原理与FPGA实现[J];电子工程师;2004年07期
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6 张光烈,郑南宁,吴勇,张霞;面向格式转换的数字视频处理方法及其硬件实现[J];中国工程科学;2001年06期
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10 袁江南;徐敏;;基于DSPBuilder的LMS自适应滤波器设计[J];计算机应用;2009年S2期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 刘明;;基于FPGA的数字相位计在相位测距系统中的研究[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年03期
3 许正荣;贾贤龙;马玉鹏;;数字农业研究中二进制CPFSK信号的产生及实现[J];安徽农业科学;2011年27期
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6 张先志;付海鹏;;基于DDS技术的BPSK信号生成[J];兵工自动化;2009年02期
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10 杨峰;刘进江;;基于LMS的光纤陀螺数据处理[J];重庆工学院学报(自然科学版);2009年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 马涛;陈娟;单洪;;基于DSPBuilder的数字下变频器FPGA设计[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
2 马涛;李东生;;单芯片可重构数字接收机的研究[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
3 马涛;李东生;;基于IP核的可编程系统芯片(SOPC)设计方法[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
4 马涛;李东生;;一种数控振荡器(NCO)的FPGA实现新方法[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
5 夏志伟;李琦;王骐;;基于卡尔曼滤波的相干激光雷达距离像复原仿真研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
6 闻程;齐向东;王兴;杜杨;;基于DSP的低频频率特性测试仪的设计[A];全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2010年
7 卢青;丁恩杰;张余峰;;DSPbuilder在基于FPGA的DSP设计中的应用[A];第十五届全国煤矿自动化学术年会和中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会学术会议论文集[C];2005年
8 林志勇;丁群;孙圣和;;混沌序列生成系统的仿真设计及其应用[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅰ)[C];2008年
9 徐永亮;华宇;李实锋;;BPL接收机中连续波干扰的DSP抑制方法[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年
10 巫红;丁群;周平;;Logistic混沌序列设计及其在数据加密中的应用[A];2009中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
2 崔东辉;高可靠磁悬浮轴承系统关键技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 王玉辉;船用摄像稳定平台测控问题研究[D];山东科技大学;2011年
4 潘晓彬;表面粗糙度测量关键技术研究[D];浙江大学;2011年
5 王烁;数字视频播放系统的研究[D];华中科技大学;2004年
6 孙志国;直扩通信系统中窄带干扰自适应抑制算法的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
7 姚琼;光纤谐振腔及谐振腔光纤陀螺关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
8 王世允;轻型热瞄具成像系统的研究[D];南京理工大学;2007年
9 王金海;光电集成加速度地震检波器信号处理理论分析及应用研究[D];天津大学;2007年
10 刘强;LHCD微波反馈控制的相位计算与读出系统研究[D];中国科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 覃霖;基于FPGA的自适应FIR滤波器的实现[D];中国工程物理研究院;2009年
2 冷碧炎;基于FPGA的火焰温度场测试研究[D];南昌航空大学;2010年
3 孙冰;轴承滚子外径非接触检测系统及算法的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
4 王北镇;基于SOPC技术的水下视频压缩编码与传输系统的设计[D];中国海洋大学;2010年
5 蒋爱如;基于SOPC的点阵型LED显示控制系统的设计[D];苏州大学;2010年
6 刘开健;基于FPGA的实时图像处理系统的设计与实现[D];昆明理工大学;2008年
7 谢然;基于FPGA的图像插值放大系统设计[D];昆明理工大学;2010年
8 石兴华;滚动轴承故障诊断系统的FPGA信号处理研究[D];昆明理工大学;2009年
9 王亮;基于DSP的心电监护系统的设计与开发[D];山东大学;2010年
10 鄂智丰;基于相关函数的自适应滤波算法的拓展研究[D];中南林业科技大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈楠楠;张怀亮;陈亮;;基于FPGA的LMS自适应滤波器设计[J];船电技术;2009年10期
2 赵勍波;盛炜佳;张国远;朱善安;;基于ALE的自适应滤波在轴承故障诊断中的应用[J];轴承;2009年02期
3 高金定;刘音;刘雄飞;;基于异步FIFO的高速采样自适应滤波系统的设计[J];电测与仪表;2007年08期
4 刘国海;吕汉闻;陈兆岭;刘慧;;基于修正遗忘因子RLS算法的谐波电流检测新方法[J];电工技术学报;2010年01期
5 于海东,陈东雷;CPLD/FPGA在数字系统设计中的应用前景[J];电机电器技术;2003年04期
6 刘芳芳,刘涤尘;自适应滤波在系统辩识中的应用及MATLAB仿真[J];电力情报;2002年03期
7 王芊,金华锋,石铁洪,朱兴勇;用于差动保护的E1速率通信接口[J];电力系统自动化;2003年07期
8 曲轶龙;谭伟璞;马垚;杨以涵;;一种模糊变步长自适应谐波检测算法[J];电力系统自动化;2008年23期
9 马彦宏;汪宁渤;刘福潮;刘光途;王蛟;;甘肃酒泉风电基地风电预测预报系统[J];电力系统自动化;2009年16期
10 宋彦;汪萌;戴礼荣;王仁华;;一种新的变步长自适应滤波算法及分析[J];电路与系统学报;2010年04期
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1 郑立岗;数字接收机若干技术研究及系统实现[D];电子科技大学;2004年
2 何娜;电力系统谐波检测及有源抑制技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
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1 李照;适于TD-SCDMA网络测试的E1数据采集卡的研制[D];山东大学;2010年
2 吴地金;无线通信中数字中频接收系统研究[D];浙江大学;2004年
3 张艳;基于BP算法和遗传算法的自适应噪声抵消器[D];吉林大学;2004年
4 董孝东;通用侦察接收机建模与实现技术[D];西安电子科技大学;2005年
5 戴立江;基于EDA技术的FPGA应用研究[D];天津工业大学;2005年
6 黄建亮;基于FPGA的自适应滤波器设计与实现[D];西安电子科技大学;2006年
7 李岩;基于同步时分复用技术的数字光纤传输系统[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
8 聂显鹏;基于FPGA的超磁致伸缩驱动器的研究[D];吉林大学;2008年
9 侯春艳;基于盲源分离的自适应噪声控制及算法研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
10 简荣坤;自适应波束形成技术及硬件系统设计研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
【二级引证文献】
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1 李方明;基于ARM的旋转机械无线监测智能数据采集平台设计[D];北京化工大学;2012年
【二级参考文献】
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1 周林;夏雪;万蕴杰;张海;雷鹏;;基于小波变换的谐波测量方法综述[J];电工技术学报;2006年09期
2 杭平华;数字电视自适应内插电路的设计与实现[J];电视技术;1996年12期
3 马俊;陈学煌;;一种混合滤波算法在电子自旋共振仪中的应用[J];电子测量技术;2007年05期
4 高清运;李学初;;自适应滤波器的FPGA实现[J];电子测量与仪器学报;2005年01期
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6 高鹰,谢胜利;一种变步长LMS自适应滤波算法及分析[J];电子学报;2001年08期
7 吴光弼,祝琳瑜;一种变步长LMS自适应滤波算法[J];电子学报;1994年01期
8 邹艳碧,高鹰;自适应滤波算法综述[J];广州大学学报(自然科学版);2002年02期
9 高鹰;一种基于最小二乘准则的自适应滤波算法[J];广州大学学报(综合版);2001年02期
10 段正华;王梓展;鲁薇;;一种改进的解相关LMS自适应算法[J];湖南大学学报(自然科学版);2006年03期
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1 陈莉;自适应滤波算法与应用研究[D];西安电子科技大学;2006年
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1 张银行;杨小雪;;子带分解的自适应滤波器的FPGA实现[J];现代电子技术;2010年08期
2 孙国良;刘晓平;应怀樵;;基于FPGA的自适应滤波器去除检测信号中50Hz工频干扰[J];测控技术;2008年12期
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4 刘开健;吴光敏;张海波;;LMS算法的自适应滤波器FPGA设计与实现[J];仪器仪表与分析监测;2008年04期
5 杨东;王建业;蔡飞;;基于DSP开发工具的自适应滤波器[J];探测与控制学报;2010年03期
6 杨跃忠;阙沛文;李亮;;自适应LMS滤波器在FPGA中的实现[J];微计算机信息;2006年11期
7 陈楠楠;张怀亮;陈亮;;基于FPGA的LMS自适应滤波器设计[J];船电技术;2009年10期
8 周飚,汪烈军;一种基于FIR的自适应滤波器LMS算法设计与实现[J];新疆职业大学学报;2005年03期
9 谢永芳;伍宏军;邓燕妮;桂卫华;;基于改进型自适应滤波器谐波电流检测方法[J];武汉理工大学学报;2008年07期
10 夏红根;宋彦;戴礼荣;;集成多种自适应滤波算法的回声消除器[J];信息安全与通信保密;2008年10期
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1 李国峰;吴岳;秦世才;;LMS自适应滤波器的FPGA实现方法[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
2 路阳;程晓斌;李晓东;田静;;结合房间声学特点的子带自适应滤波声学回音抵消算法[A];2005年声频工程学术交流会论文集[C];2005年
3 蒋薇薇;杨萍;王昱洁;;基于变步长LMS算法的自适应滤波器研究[A];第八届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2010年
4 张端金;刘侠;吴捷;;自适应逆控制的研究进展[A];第二十二届中国控制会议论文集(上)[C];2003年
5 高鹰;谢胜利;;一种变步长LMS自适应滤波算法及分析[A];第十九届中国控制会议论文集(一)[C];2000年
6 潘泉;梁彦;张洪才;;常增益交互式多模型算法[A];1998年中国控制会议论文集[C];1998年
7 韩继勇;;自适应滤波在地震勘探中的应用[A];1996年中国地球物理学会第十二届学术年会论文集[C];1996年
8 周永军;卢智远;牛中奇;孔令锋;;自适应滤波器在心电信号检测中的初步应用[A];全国非电离辐射与电离辐射生物效应及防护学术研讨会论文汇编[C];2004年
9 王晓琳;王大宇;刘碧龙;;基于矢量传感器的水下有源吸声研究[A];中国声学学会2009年青年学术会议[CYCA’09]论文集[C];2009年
10 李正周;董能力;金钢;刘顺发;;基于自适应滤波的强起伏背景下弱小目标检测[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
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1 海英;赛灵思发布新型FPGA芯片方案[N];人民邮电;2009年
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4 本报记者 赵艳秋 冯晓伟 冯健;FPGA:市场应用广 门槛需降低[N];中国电子报;2009年
5 本报记者 冯晓伟;FPGA格局难改 新兴企业胜算几何?[N];中国电子报;2009年
6 ;异步架构FPGA实现业界最高速度[N];中国电子报;2009年
7 ;突破功耗和成本限制设计中国需要的FPGA[N];中国电子报;2009年
8 ;通信仍是FPGA最大市场[N];中国电子报;2009年
9 本报记者 梁红兵;赛灵思:降低FPGA应用门槛[N];中国电子报;2010年
10 华北光电技术研究所 刘刚;FPGA+DSP升级热像设计[N];中国电子报;2010年
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1 倪锦根;变设计参数子带自适应滤波器研究[D];复旦大学;2011年
2 李宁;LMS自适应滤波算法的收敛性能研究与应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 刘立刚;稀疏冲激响应的自适应滤波算法及其应用研究[D];复旦大学;2010年
4 张斌;高效稳健的自适应滤波算法研究[D];西安电子科技大学;2010年
5 张承畅;多FPGA系统的关键问题及应用研究[D];重庆大学;2011年
6 李鹏;基于元构件的FPGA硬件构件设计技术研究[D];解放军信息工程大学;2011年
7 余慧;时分交换的新型FPGA互连结构研究[D];复旦大学;2011年
8 谢丁;FPGA互连结构评估系统研究与实现[D];复旦大学;2011年
9 谷源涛;LMS算法收敛性能研究及应用[D];清华大学;2003年
10 王忠明;SRAM型FPGA的单粒子效应评估技术研究[D];清华大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐佳;自适应滤波算法的分析与FPGA高速实现[D];中南大学;2010年
2 张银行;子带自适应滤波器的FPGA实现[D];西南交通大学;2010年
3 张宇奇;基于FPGA的复合自适应滤波器对体感诱发电位的快速提取[D];中国协和医科大学;2010年
4 吉术志;基于FPGA自适应回波滤除系统的研究[D];哈尔滨理工大学;2011年
5 陈自强;基于FPGA的工频干扰实时滤波技术[D];中国协和医科大学;2010年
6 李红艳;自适应滤波器的FPGA实现及应用研究[D];中南大学;2011年
7 李湘云;自适应滤波器的FPGA实现及应用[D];南京林业大学;2012年
8 周志娟;相移波束形成的FPGA实现[D];哈尔滨工程大学;2011年
9 许冲;激光脉冲定距算法研究与FPGA实现[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 叶忠彬;基于FPGA的数字频率合成系统的设计与实现[D];电子科技大学;2011年
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