Stochastic excitation and Hadamard correlation spectroscopy with bandwidth extension in RF FT-EPR

The application of correlation spectroscopy employing stochastic excitation and the Hadamard transform to time-domain Fourier transform electron paramagnetic resonance (FT-EPR) spectroscopy in the radiofrequency (RF) band is described. An existing, time-domain FT-EPR spectrometer system with a Larmor frequency (L(f)) of 300 MHz was used to develop this technique by incorporating a pseudo-random pulse sequence generator to output the maximum length binary sequence (MLBS, 10- and 11-bit). Software developed to control the EPR system setup, acquire the signals, and post process the data, is outlined. The software incorporates the Hadamard transform algorithm to perform the required cross-correlation of the acquired signal and the MLBS after stochastic excitation. To accommodate the EPR signals, bandwidth extension was accomplished by sampling at a rate many times faster than the RF pulse repetition rate, and subsequent digital signal processing of the data. The results of these experiments showed that there was a decrease in the total acquisition time, and an improved free induction decay (FID) signal-to-noise (S/N) ratio compared to the conventional coherent averaging approach. These techniques have the potential to reduce the RF pulse power to the levels used in continuous wave (CW) EPR while retaining the advantage of time-domain EPR methods. These methods have the potential to facilitate the progression to in vivo FT-EPR imaging of larger volumes.     

基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计与实现

为了提高对实时信号采集的准确性和无偏性,提出一种基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计方案。系统采用4个换能器基阵并联组成信号采集阵列单元,对采集的原始信号通过模拟信号预处理机进行放大滤波处理,采用TMS32010DSP芯片作为信号处理器核心芯片实现实时信号采集和处理,包括信号频谱分析和目标信息模拟,由DSP控制D/A转换器进行数/模转换,通过FPGA实现数据存储,在PC机上实时显示采样数据和DSP处理结果。通过仿真实验进行性能测试,结果表明,该信号采集系统能有效实现实时信号采集和处理,抗干扰能力较强。     

双通道高速数据采集处理平台的设计与实现

为满足数字式测向接收机对高速数据采集和处理的需求,研制了高速数据采集处理平台,该平台基于ADC12D1800RF模数转换器实现了两路1.35GHz中频信号的带通采样,以Xilinx公司V7系列FPGA为数据处理器,采用高速DDR3作为存储设备解决了海量数据存储问题,并通过高速串行接口（GTX/SRIO）实现了大容量数据的实时传输。该平台的测试结果为：1.8GHz采样率时有效位数大于8bit,DDR3存储器的工作主频可达1333MHz,GTX接口在10Gbps速率下工作时,其误码率小于10-9,上述测试结果表明该平台可以高速、准确地实现信号采集、数据传输、存储和处理,达到了预期设计目标。     

用基于DSP的线阵CCD实现二维图像信号采集的系统设计

对光电转换系统，尤其是采集信号的后处理进行了研究。介绍了在光电精密数据采集处理中通过DSP用硬件实现对CCD信号的采集和处理过程。给出了对CCD信号进行边缘识别的微分算法和将线阵CCD信号进行组合，恢复出二维图像信号的算法。同时还给出了详细的硬件处理电路。重点介绍了DSP与FIFO的数据传输、DSP与USB的接口电路。解决了一般情况下系统无法做到的用线阵CCD实现二维图像信号复原的问题。通过实验，证明了该方法的有效性。线阵CCD信号是以若干线段的形式存在的，特别适用于激光雕刻机图像采集系统，应用前景广阔。     

基于NiosⅡ的非制冷红外图像处理系统研究

设计一个非制冷红外图像处理系统，该系统放弃了目前普遍应用的数字信号处理器（DSP）＋现场可编程门阵列（FPGA）的系统构架，采用基于FPGA的NiosⅡ嵌入式处理器的系统构架，实现了系统的小型化。提出一种基于流水线结构的信号处理方法，并利用NiosⅡ嵌入式处理器软硬件开发工具，实现了在该系统上对非制冷红外焦平面阵列非均匀性进行校正和盲元补偿的实时处理，降低了系统的工作频率。实验结果表明：该系统能够对非制冷红外图像进行实时处理，工作性能稳定，处理效果良好。     

数字投影三维数字成像的并行DSP实现

提出一种基于数字白光投影的三维数字成像嵌入式DSP处理系统.该系统根据时序变频条纹投影原理,利用TMS320DM642定点DSP和FPGA硬件电路以及多线程软件技术实现了条纹编码、编码图像采集和条纹分析的流水线处理过程.为了提高相位解调算法的速度,使用软件流水对其进行了优化.对于512×512像素图像,五步相移时的条纹图处理速度可达到39.7 fps,能满足快速条纹图处理的要求.测量实验表明,该系统可以实现快速、准确的三维轮廓测量.     

第十讲数字信号处理与数字信号处理器(DSP)

文章简要介绍了“数字信号处理”与“数字信号处理器（DSP）”的发展历史．在数字信号处理的应用中，实时实现是非常重要的，而DSP在实时处理中，扮演了一个重要的角色．文章中还介绍了DSP在实际应用中的一些关键技术，例如DSP的种类和选型，DSP的开发工具，实时软件的开发过程等．最后，还介绍了一些DSP的应用实例，如语音编码器，视频电话和视频会议系统，用于雷达和声纳的DSP并行处理系统     

数字信号处理器红外弱小目标搜索算法

提出了一种基于数字信号处理器（DSP）的红外弱小目标搜索高速实时算法。算法主要针对天空中不规则云团在预处理过程中残留的边缘而设计,是在背景预测算法基础上改进的一种基于陷波滤波器的搜索算法。在DSP实时处理平台上实现并经实际场景试验验证,该算法能有效削弱残留边缘的影响,使最远探测距离指标上升至前向迎头26 km,实时处理速度达到75 Hz,满足系统要求。采用信噪比增益指标对算法进行了评价,结果显示,该算法能够显著提高图像信噪比,利于检测出目标。     

基于AD9854重离子治癌加速器高频控制器设计

介绍了兰州重离子治癌加速器治疗装置的高频控制系统原理、软件设计、硬件配置和布局。提出并实现了对重离子治癌加速器高频控制系统的高频腔体的精确控制。在硬件上,重离子治癌加速器高频控制系统硬件平台由监视控制板和数据分析板两部分构成,采用双FPGA+DSP+DDS+PXI 结构,此结构具有强大的数据处理能力,其核心器件是FPGA和DDS。通过设计编写FPGA VHDL代码实现对DDS芯片的配置,产生的IQ两路信号,分别发送到高频腔、幅度调制器以及偏流电源上,完成幅相同调和频率调制。通过该设计,实现与DAC和ADC操作配合进行高速高效的数据传输,产生高品质束流。     

兰州重离子加速器控制系统DSP组件设计

针对重离子加速器部分电源的控制要求,进行了分析研究,提出并实现了一种实时、高效、多功能的控制系统。该系统基于数字信号处理器（DSP）和两片现场可编程门阵列（FPGA）芯片相结合的核心处理构架,在系统后端利用PXI总线接口配合FPGA来与工控机箱中的系统控制器和其他控制组件进行大批量数据交互;系统前端利用直接数字频率合成器、模数转换器和数模转换器等器件结合DSP和FPGA中的控制算法及相应控制机制来实现对不同电源控制参数的处理和功率的输出;平台中两组光纤模块也与FPGA相配合实现对同步触发事例等实时数据的收发和调试。     

基于DSP和FPGA图像采集技术的研究

本文介绍了一种基于可编程逻辑器件(FPGA)和数字信号处理器(DSP)的图像采集系统。采用增强型视频输入处理芯片SAA7111A完成对视频信号的模数转换,以FPGA为数据逻辑控制单元,结合DSP控制实现了对图像的实时采集传输。介绍了系统的整体结构。并详细讨论了FPGA的控制逻辑,DMA图像存取等工作原理。     

激光陀螺读出信号高速采集系统

介绍了激光陀螺（RLG）读出信号高速采集系统的设计和实现方案。该系统包括板卡和相应的应用软件,提供两路最高60MHz采样频率、14位精度的数据采集通道,能够同时对RLG两路光强拍频信号进行高速高精度数据采集,为RLG特性分析提供重要依据。该系统通过上位机软件控制板卡的工作状态、设置和切换采样模式。板卡利用FPGA接收计算机指令并协调控制模数转换器、SDRAM和USB接口芯片,完成RLG输出拍频信号的采集、缓存和传输。FP—GA设计中结合了硬件逻辑高速灵活的优点和NIOSⅡ软核处理器在控制方面的优势。SDRAM完成海量数据缓存,USB接口芯片工作在SlaveFIFO模式下,实现板卡与计算机的通信。实验证明该系统工作稳定,在RLG测试和性能分析中具有很好的实用性。     

A pipelined architecture for real time correction of non-uniformity in infrared focal plane arrays imaging system using multiprocessors

This paper proposes a kind of pipelined electric circuit architecture implemented in FPGA, a very large scale integrated circuit (VLSI), which efficiently deals with the real time non-uniformity correction (NUC) algorithm for infrared focal plane arrays (IRFPA). Dual Nios II soft-core processors and a DSP with a 64+ core together constitute this image system. Each processor undertakes own systematic task, coordinating its work with each other’s. The system on programmable chip (SOPC) in FPGA works steadily under the global clock frequency of 96Mhz. Adequate time allowance makes FPGA perform NUC image pre-processing algorithm with ease, which has offered favorable guarantee for the work of post image processing in DSP. And at the meantime, this paper presents a hardware (HW) and software (SW) co-design in FPGA. Thus, this systematic architecture yields an image processing system with multiprocessor, and a smart solution to the satisfaction with the performance of the system.     

High-speed data acquisition system and receiver configurations for time-domain radiofrequency electron paramagnetic resonance spectroscopy and imaging

Design strategies, system configuration, and operation of a dual-channel data acquisition system for a radiofrequency (RF) time-domain electron paramagnetic resonance (EPR) spectrometer/imager operating at 300 MHz are described. This system wasconfigured to incorporate high-speed analog-to-digital conversion (ADC) and summation capabilities with both internal and external triggering via GPIB interface. The sampling rate of the ADC is programmable up to a maximum of 1 GS/s when operating in a dual-channel mode or 2 GS/s when the EPR data are collected in a single-channel mode. By using high-speed flash ADCs, a pipelined 8-bit adder, and a 24-bit accumulator, a repetition rate of 230 kHz is realized to sum FIDs of 4096 points. The record length is programmable up to a maximum of 8K points and a large number of FIDs (2(24)) can be summed without overflow before the data can be transferred to a host computer via GPIB interface for further processing. The data acquisition system can operate in a two-channel (quadrature) receiver mode for the conventional mixing to baseband. For detection using the single-channel mode, the resonance signals around the center frequency of 300 MHz were mixed with a synchronized local oscillator of appropriate frequency leading to an intermediate frequency (IF) which is sampled at a rate of 2 GS/s. Comparison of quadrature-mode and an IF-mode operation for EPR detection is presented by studying the FID signal intensity across a bandwidth of 10 MHz and as a function of transmit RF power. Imaging of large-sized phantoms accommodated in appropriately sized resonators indicates that IF-mode operation can be used to obtain distortion-free images in resonators of size 50 mm diameter and 50 mm length.     

偏振模色散自适应补偿实时控制系统的DSP的设计与实现

根据实验室现有的PMD(偏振模色散)补偿实验系统的需要,设计了一种基于DSP的实时控制系统。讨论了该实时控制系统的硬件和软件的设计与实现,对硬件电路进行了总体设计,分别对各部分的DSP最小系统、A/D采样硬件电路和D/A控制硬件电路进行了详细的分析和设计。介绍了软件的工作流程,设计了PSO算法模块在DSP系统中的实现。将该实时控制系统应用到PMD自适应补偿实验中进行了验证。结果表明,所设计的PMD自适应补偿实时控制系统对一阶和二阶PMD的补偿效果很好。     

次谐波聚束系统固态放大器相位特性

 为研究BEPCⅡ直线加速器次谐波聚束系统使用的两台固态放大器（20 kW/142.8 MHz,10 kW/571.2 MHz）的相位特性,利用基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字测量方法对两台固态放大器的脉内相移和相位稳定度进行了测量。测量系统硬件包括频率综合器、FPGA数字信号处理板和PC;软件部分包括FPGA内部算法、通信及PC端界面程序。该测量系统能真实地反映两台固态放大器的相位特性,为次谐波聚束器的相位补偿提供了参考。     

Use of the Frank sequence in pulsed EPR

The Frank polyphase sequence has been applied to pulsed EPR of triarylmethyl radicals at 25 6 MHz (9.1 mT magnetic field), using 256 phase pulses. In EPR, as in NMR, use of a Frank sequence of phase steps permits pulsed FID signal acquisition with very low power microwave/RF pulses (ca. 1.5 mW in the application reported here) relative to standard pulsed EPR. A 0.2 mM aqueous solution of a triarylmethyl radical was studied using a 16 mm diameter cross-loop resonator to isolate the EPR signal detection system from the incident pulses.     

基于NI PXIe-7966R的磁共振成像接收机设计

提出了一种基于NI PXIe-7966R（National Instruments Corporation,美国）的磁共振成像（MRI）接收机设计方案,进行磁共振信号直接采样、数字下变频（DDC）和数据上传,以及磁共振图像恢复．使用NI LabVIEW FPGA（National Instruments Corporation,美国）开发平台,对NI PXIe-7966R板载现场可编程门阵列（FPGA）内构建的所有功能模块进行了设计仿真和硬件描述语言生成,使其能灵活实现DDC功能．设计的接收机的采样速度为50 Mbps、模数转换位数为16位、带宽设置范围为100 Hz~1 MHz,并具有较好的滤波效果．实验结果表明,该设计方案是一种高性能的磁共振接收机方案．     

连续波腔衰荡光谱系统的电路设计与应用

 为实现连续波腔衰荡光谱系统的工程化,设计了一套集信号调理、高速采样及数据处理为一体的高集成度数字信号处理(DSP)系统。该系统被用于取代常规连续波腔衰荡光谱系统中由高速数据采集卡及计算机组成的腔衰荡信号测试系统,完成对腔衰荡信号的获取与拟合。该系统最高能实现16 bits/80 MHz的信号采样,并能准确地由腔衰荡信号反演出腔衰荡时间。实验结果表明：结合现有的光反馈式连续波腔衰荡光谱系统,该系统能实现等噪声测量灵敏度为1.0×10^-8 cm^-1的吸收光谱测量,其重复测量精度可达3‰。     

基于多核的车牌识别的架构实现

多核技术是现在提高芯片性能的主要方法。区别于传统以PC和DSP为核心的车牌识别系统,以FPGA为核心,利用SOPC技术构建了车牌识别多核处理器。给出了一种基于多核的车牌识别架构,在该多核处理器中,以3个Nios II 软核为主要处理器核处理车牌定位、字符特征识别提取及识别等处理,同时构建硬件加速器作为协处理器处理图像增强、边缘检测和膨胀、腐蚀等数学形态学处理。在CQ片上路由器基础上,构建了NOC用以实现片上多核通信。另外,为了保证路由器与多处理器核之间的快速、并行通信,加入了数据驱动模块。整个系统在Altera Cyclone IV FPGA上实现了车牌的识别。这种片上系统设计方法具有硬件设计灵活,可扩展性强等优点,能有效地降低系统软硬件设计的难度,缩短开发周期,并提高设计的可靠性。