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安防领域中的微震无线高速传输系统

阅读：640发布：2024-01-04

专利汇可以提供安防领域中的微震无线高速传输系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明专利提供一种安防领域中的微震无线高速传输系统。该系统是一种基于分数阶傅里叶变换的正交频分复用系统，其特征在于，由于分数阶的存在使得信息具有保密性，其实现步骤为：1、计算出当前的传输环境参数，得到最优分数阶次；2、构建基于分数阶傅里叶变换的并行传输复用器；3、将求取的分数阶次以扩频加密的方式，作为信息帧头，与数据一起发送至接收端；4、接收端对接收到的信号进行解扩，求取分数阶次；5、利用求取的分数阶次，采用相应的逆变换，还原信号。本发明还给出了该高速传输系统对应的硬件实现结构，可并行传输1024个采集单元的数据，是集通信技术、计算机科学与技术、信息处理技术、公共安全等学科为一体的高新技术。，下面是安防领域中的微震无线高速传输系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.安防领域中的微震无线高速传输系统，其特征在于，该系统加入了分数阶傅里叶变换和扩频技术来保证信息传输的安全性，主要包括如下模块：1、计算出当前的传输环境参数，进行得到取最优的分数阶次；2、构建基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器；3、将求取的分数阶次以扩频加密的方式，作为信息帧头，与数据一起发送至接收端；4、接收端对接收到的信号进行解扩，求取分数阶次；5、利用求取的分数阶次，采用相应的逆变换，还原信号；具体由安防监测子系统和监控中心实时监测系统来实现：安防监测子系统包括高性能处理器单元(1)、高速传输单元(2)和传输控制单元(3)，其中高性能处理器单元(1)自动计算当前的信噪比值并调整调制的参数，高速传输单元(2)包括FPGA处理器电路2-1、晶振电路2-2、乒乓存储电路2-3、DA电路2-4和放大器电路2-5；监控中心实时监测系统包括数据接收单元(4)和监测软件单元(5)，其中数据接收单元(4)包括放大器电路4-1、AD电路4-
2、FPGA接收机电路4-3、晶振电路4-4、乒乓存储电路4-5和USB传输电路4-6。
2.根据权利要求1所述的安防领域中的微震无线高速传输系统，加入了分数阶后，只有收发模块的分数阶参数相同时，才能解调出正确的数据，可以提高信息的可靠性。
3.根据权利要求1所述的安防领域中的微震无线高速传输系统，其特征在于，高性能处理器单元(1)自动计算当前的信噪比值，调整调制的参数；高速传输单元(2)包括FPGA处理器电路2-1、晶振电路2-2、乒乓存储电路2-3、DA电路2-4和放大器电路2-5，其中乒乓存储电路2-3将采集数据进行缓存，保证数据不丢失，FPGA处理器电路2-1在晶振电路2-2提供的时钟上进行程序的运行，主要完成根据CPLD处理器电路3-1传送过来的参数调制原始数据，并将调制参数以扩频方式加密，作为信息帧头，将数据打包发送，打包后的数据输出给DA电路
2-4，将数字信号模拟化，并将模拟信号输出给放大器电路2-5提供需要信号的输出端；传输控制单元(3)包括CPLD处理器电路3-1和外触发器接口电路3-2，通过外触发器接口电路3-2可以连接外部GPS等外设，进行系统的定位，CPLD处理器电路3-1负责将高性能处理器单元(1)自动计算的调制参数传输给高速传输单元(2)；数据接收单元(4)包括放大器电路4-1、AD电路4-2、FPGA接收机电路4-3、晶振电路4-4、乒乓存储电路4-5和USB传输电路4-6，模拟信号输入给放大器电路4-1对接受信号进行放大，补偿传输的衰减，之后输入到AD电路4-2对信号进行数字化，FPGA接收机电路4-3在晶振电路4-4提供的时钟上进行程序的运行，程序负责：扩频帧头的解扩，根据解扩出的分数阶阶次进行数据的解调，输出解调后的数据，控制乒乓存储电路中数据的输出时序，以SLAVE-FIFO的形式与USB传输电路4-6进行接口，乒乓存储电路4-5将解调后的数据进行缓存，并在FPGA的控制下，以一定的格式输出给USB传输电路，保证数据不丢失，USB传输电路通过USB2.0协议，将数据输入给监测软件单元(5)，由监控软件系统进行实时报警。
4.根据权利要求1所述的安防领域中的微震无线高速传输系统，其特征在于，高性能处理器单元(1)针对当前采集数据中的噪声和信号的情况，计算当前的信噪比值，自动调整分数阶傅里叶变换的分数阶次。
5.根据权利要求1所述的安防领域中的微震无线高速传输系统，其特征在于，高速传输单元(2)中的FPGA处理器电路2-1主要由EP3C10E144I7组成，EP3C10E144I7为Altera公司生产的Cyclone III系统的芯片，具有低成本、低功耗的特点，在FPGA内部将晶振电路2-2产生的50MHz的时钟信号，在FPGA内部将时钟倍频至100MHz，对数据进行处理。
6.根据权利要求1所述的安防领域中的微震无线高速传输系统，其特征在于，在高速传输单元(2)中的FPGA处理器电路中实现了调制参数扩频加密器、基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器，FPGA程序的实现步骤为：1.将获得的采集数据进行BPSK映射，并完成数据的串并转换、2.获得高性能处理器单元1计算出的分数阶次，进行分数阶傅里叶变换，构建基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器、3.将求取的分数阶次以扩频方式加密，作为调制后数据的帧头，与数据一起发送至接收端；其中，基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器由：控制模块、计算模块和存储器组成；控制模块对各个环节进行总体控制，其主要组成部分是一个状态机，根据各处理环节反馈的标志信号进行状态切换，并给出产生RAM1、RAM2、ROM的读写地址；计算模块：包括分数阶傅里叶变换的运算单元和相应的系数乘法模块；存储器：保存RAM1、RAM2、ROM等个部分，RAM1、RAM2交替存储、计算数据，ROM存储分数阶傅里叶变换的旋转因子；RAM1和RAM2都采用有两套地址线的双口RAM资源，可以同时读/写两个数据，因此流水线结构跑起来之后，平均一个时钟周期即可完成一次运算；
RAM1和RAM2完全对称，读数和写数以乒乓形式在两个RAM间交替进行；为节省FPGA的RAM资源，FFT在计算过程中会对中间计算结果进行防止溢出处理，本发明在实现时，采用四舍五入的方法，对数据进行同比例收缩，然后将收缩后结果量化为整数。
7.根据权利要求1所述的安防领域中的微震无线高速传输系统，为了避免由于高速传输造成数据丢失的现象，采用乒乓存储电路2-3进行数据交替快速输入与输出；乒乓存储电路2-3用两块大容量的Flash芯片组成；在传输过程中，将采集数据在乒乓存储电路2-3内部中进行缓存输入的同时，乒乓存储电路2-3的另外缓存可以同步将数据输出到FPGA处理器电路2-1的存储器内，这样对乒乓存储电路2-3两块内部缓存输入和输出可以同步交替进行，有效避免采集数据的丢失现象。
8.根据权利要求1所述的安防领域中的微震无线高速传输系统，其特征在于，传输控制单元(3)是由CPLD处理器电路分别连高性能处理器单元(1)和高速传输单元(2)，将高性能处理器单元(1)计算得到的传输参数传输给高速传输单元(2)，并控制各微震采集板的数据有序的写入FLASH中，控制传输的进行；传输控制单元最多可与1024个采集板连接，将1024个采集板的数据并行传输。
9.根据权利要求1所述的安防领域中的微震无线高速传输系统，其特征在于，数据接收单元(4)中的FPGA接收机电路4-3实现了信息同步模块、调制参数扩频解密、基于分数阶傅里叶变换的解复用器以及与USB芯片通信的SLAVE FIFO控制逻辑；其中USB芯片通信的SLAVE FIFO控制逻辑是一个相对独立的输出模块；FPGA程序中同步、解扩、基于分数阶傅里叶变换的解复用器的实现步骤为：1.将数字化后的接收数据进行同步操作，包括帧同步、定时同步和频率同步等、2.将数据的帧头进行解扩操作，获得分数阶处理的阶次信息、3.逆分数阶傅里叶变换，构建基于分数阶傅里叶变换的信息解复用器、4.完成数据的并串转换，并进行BPSK解映射。

说明书全文

安防领域中的微震无线高速传输系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微震无线高速传输方法和系统，设计出一种用于安防领域中的隐伏地下破坏信息的高速传输方法和实施方案，以达到实时监控目的的无线高速传输系统，为从地下开始的安全隐患提供预警，为银行、监狱、边防等重点防护地点提供安全监控，为其安全提供服务。

背景技术

[0002] 微震监控是近些年发展起来的高效的地球物理探测新技术，微震装备及方法可以分为工业微震和军事微震。常规的微震系统其传输通常用以太网、CAN总线或是485总线等有线传输系统。其传输速率往往小于100Kbps，多址方式通常采用时分方式进行。

[0003] 目前，国内外微震系统主要应用在工业和军事等方面，其传输数据并不是很大，也没有无线传输的必要性和紧迫性，均属于常规微震传输应用范围。微震监测已经在工业领域得到了成熟的应用。但是安防领域的微震系统与工业微震监测系统相比，仍有许多不同。首先，传统的工业微震监测系统，监测点并不太多，因此在信号处理的高速性上要求较低。
但是应用将微震系统应用在安防领域时，需要布置大量的监控点才能达到实时高效监测地区安全性的目的。此时，由于存在大数据量的信号需要传输，传统的单载波通信传输体制已经不再适用，采用新的多载波传输体制势在必行。虽然基于微弱地震波的安防监测主要通过传感器来感应地面或地下目标的活动，属于一种隐蔽的被动探测方法，具有很多优点。但是目前工业领域使用的微震监测系统，在传感器与中央处理器之间的信息传输没有加密，如果在安防领域继续这样使用，微震信号很容易被不法分子模拟，从而造成安防监控的隐患。另一方面，在民用通信领域中采用多载波技术已经实现了无线高速传输，都得到了广泛的关注和研究。目前，应用最广泛的多载波技术是正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM)。该技术已被很多高速宽带无线数字通信系统采纳，如LTE，DVB等。OFDM是多载波技术中的一种特例，该技术通过在时域采用矩形脉冲来成型滤波，各子信道的频谱为Sinc函数，其特点是子信道频谱相互重叠且正交。该技术的另外一个特点是在每个符号之间添加了循环前缀(Cyclic Prefix，CP)，该CP长度超过信道冲激响应时，能有效的对抗频率选择性衰落。但是如果直接将OFDM引入到安防微震数据高速传输系统中，又会出现信息不安全的情况，使得安防系统容易被不法分子侵入。

发明内容

[0004] 本发明的目的是在安防微震系统中，利用分数阶傅里叶变换同时进行高速实时加密通信和信号的预处理，在保证通信高速传输和安全性的同时，提高信息传输的可靠性。

[0005] 本发明提出了一种可以在安防领域应用的，采用加入分数阶傅里叶变换的正交频分复用系统的微震无线高速传输方法。该方法的实现步骤如图1所示为：1、计算出当前的传输环境参数，进行得到取最优的分数阶次；2、构建基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器；3、将求取的分数阶次以扩频加密的方式，作为信息帧头，与数据一起发送至接收端；4、接收端对接收到的信号进行解扩，求取分数阶次；5、利用求取的分数阶次，采用相应的逆变换，还原信号。该微震无线高速传输方法，加入了分数阶后，只有收发模块的分数阶参数相同时，才能解调出正确的数据，可以提高信息的可靠性。

[0006] 本发明还给出了一种安防领域中的微震无线高速传输系统的实施方案。该微震信号高速传输系统分为两个部分：安防监测子系统和监控中心实时监测系统。安防监测子系统包括高性能处理器单元(1)、高速传输单元(2)和传输控制单元(3)。其中，所述高性能处理器单元(1)自动计算当前的信噪比值，调整调制的参数；所述高速传输单元(2)包括FPGA处理器电路(2-1)、晶振电路(2-2)、乒乓存储电路(2-3)、DA电路(2-4)和放大器电路(2-5)，其中乒乓存储电路(2-3)将采集数据进行缓存，保证数据不丢失，FPGA处理器电路(2-1)在晶振电路(2-2)提供的时钟上进行程序的运行，主要完成根据CPLD处理器电路(3-1)传送过来的参数调制原始数据，并将调制参数以扩频方式加密，作为信息帧头，将数据打包发送，打包后的数据输出给DA电路(2-4)，将数字信号模拟化，并将模拟信号输出给放大器电路(2-5)提供需要信号的输出端；所述传输控制单元(3)包括CPLD处理器电路(3-1)和外触发器接口电路(3-2)，通过外触发器接口电路(3-2)可以连接外部GPS等外设，进行系统的定位，CPLD处理器电路(3-1)负责将高性能处理器单元(1)自动计算的调制参数传输给高速传输单元(2)；监控中心实时监测系统包括数据接收单元(4)和监测软件单元(5)，所述数据接收单元(4)包括放大器电路(4-1)、AD电路(4-2)、FPGA接收机电路(4-3)、晶振电路(4-4)、乒乓存储电路(4-5)和USB传输电路(4-6)，模拟信号输入给放大器电路(4-1)对接受信号进行放大，补偿传输的衰减；之后输入到AD电路(4-2)对信号进行数字化；FPGA接收机电路(4-3)在晶振电路(4-4)提供的时钟上进行程序的运行，程序负责：扩频帧头的解扩，根据解扩出的分数阶阶次进行数据的调，输出解调后的数据，控制乒乓存储电路中数据的输出时序，以SLAVE-FIFO的形式与USB传输电路(4-6)进行接口；乒乓存储电路(4-5)将解调后的数据进行缓存，并在FPGA的控制下，以一定的格式输出给USB传输电路，保证数据不丢失；USB传输电路通过USB2.0协议，将数据输入给监测软件单元(5)，由监控软件系统进行实时报警。

[0007] 本发明的特征在于，将分数阶傅里叶变换引入到了安防微震系统的通信系统中。这样做具有以下优点：1.信号在分数阶傅里叶域是并行传输的，有效提高了信号的传输速率，最高传输速率为100Mbps，可同时传输1024个采集板所采集的数据；2.充分利用不同阶次的分数阶傅里叶变换是正交的这个特性，提高分数阶傅里叶变换通信的信息保密性，保证系统的安全性。

[0008] 本发明的特征在于，采用高性能处理器单元(1)针对采集的微震数据求取了地震数据的最优阶次。在最优分数阶变换域中，噪声与信号的分离性比单纯的时域或频域都要好，利用该变换可以提高信号的信噪比。将最优的分数阶次以扩频加密的方式，发送至接收端，可以在保证信号传输保密条件下，达到最佳的信噪分离。

[0009] 优选的，所述的高速传输单元(2)中的FPGA处理器电路(2-1)主要由EP3C10E144I7组成，EP3C10E144I7为Altera公司生产的Cyclone III系统的芯片，具有低成本、低功耗的特点。在FPGA内部将晶振电路(2-2)产生的50MHz的时钟信号，在FPGA内部将时钟倍频至100MHz，对数据进行处理。

[0010] 优选的，所述的安防领域中的微震无线高速传输系统，在高速传输单元(2)中的FPGA处理器电路(2-1)实现了调制参数扩频加密器、基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器。FPGA程序的实现步骤为：1、将获得的采集数据进行BPSK映射，并完成数据的串并转换；2、获得高性能处理器单元1计算出的分数阶次，进行分数阶傅里叶变换，构建基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器；3、将求取的分数阶次以扩频方式加密，作为调制后数据的帧头，与数据一起发送至接收端。其中，基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器由：控制模块、计算模块和存储器组成。控制模块对各个环节进行总体控制，其主要组成部分是一个状态机，根据各处理环节反馈的标志信号进行状态切换，并给出产生RAM1、RAM2、ROM的读写地址；计算模块：包括分数阶傅里叶变换的运算单元和相应的系数乘法模块；存储器：保存RAM1、RAM2、ROM等个部分，RAM1、RAM2交替存储、计算数据，ROM存储分数阶傅里叶变换的旋转因子。RAM1和RAM2都采用有两套地址线的双口RAM资源，可以同时读/写两个数据，因此流水线结构跑起来之后，平均一个时钟周期即可完成一次运算。RAM1和RAM2完全对称，读数和写数以乒乓形式在两个RAM间交替进行。为节省FPGA的RAM资源，FFT在计算过程中会对中间计算结果进行防止溢出处理，不同的处理方法对捕获结果影响很大，这里做具体分析。为防止溢出，本发明在实现时，采用四舍五入的方法，对数据进行同比例收缩，然后将收缩后结果量化为整数。

[0011] 优选的，所述的安防领域中的微震无线高速传输系统，为了避免由于高速传输造成数据丢失的现象，采用乒乓存储电路(2-3)进行数据交替快速输入与输出。乒乓存储电路(2-3)用两块大容量的Flash芯片组成。在传输过程中，将采集数据在乒乓存储电路(2-3)内部中进行缓存输入的同时，乒乓存储电路(2-3)的另外缓存可以同步将数据输出到FPGA处理器电路(2-1)的存储器内，这样对乒乓存储电路(2-3)两块内部缓存输入和输出可以同步交替进行，有效避免采集数据的丢失现象。

[0012] 优选的，所述的传输控制单元(3)是由CPLD处理器电路(3-1)分别连高性能处理器单元(1)和高速传输单元(2)，将高性能处理器单元(1)计算得到的传输参数传输给高速传输单元(2)，并控制各微震采集板的数据有序的写入FLASH中，控制传输的进行。传输控制单元最多可与1024个采集板连接，将1024个采集板的数据并行传输。

[0013] 优选的，所述的数据接收单元(4)中的FPGA接收机电路(4-3)实现了信息同步模块、调制参数扩频解密、基于分数阶傅里叶变换的解复用器以及与USB芯片通信的SLAVE FIFO控制逻辑。其中USB芯片通信的SLAVEFIFO控制逻辑是一个相对独立的输出模块。FPGA程序中同步、解扩、基于分数阶傅里叶变换的解复用器的实现步骤为：1、将数字化后的接收数据进行同步操作，包括帧同步、定时同步和频率同步等；2、将数据的帧头进行解扩操作，获得分数阶处理的阶次信息；3、逆分数阶傅里叶变换，构建基于分数阶傅里叶变换的信息解复用器；4、完成数据的并串转换，并进行BPSK解映射。

[0014] 与现有技术相比，本发明提供的方法具有以下优点：

[0015] 其一：在微震监测系统中加入基于分数阶傅里叶变换的信号传输方法，具有加密的作用，能有效的提高系统的安全性，使得微震监测系统可以在安防领域可靠运用。

[0016] 其二：微震信号在分数阶傅里叶域是并行传输的，有效提高了信号的传输速率，使得微震监测系统在安防领域运用时，更具有信息的实时性，有效地对犯罪活动进行打击。

[0017] 其三：通过对接收信号进行分析，选择最优的分数阶次，以达到最佳的信噪分离效果。

[0018] 其四：传送调制参数时，使用扩频信号对参数进行加密，进一步提高了系统的安全性。附图说明

[0019] 图1为本发明方法的流程图。

[0020] 图2为本发明技术方案的总体结构方框图。

[0021] 图3是具有高速保密功能的基于FRFT的OFDM无线传输的FPGA发送模块实现框图。

[0022] 图4是具有高速保密功能的基于FRFT的OFDM无线传输的FPGA接收模块实现框图。

具体实施方式

[0023] 下面将结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

[0024] 图1示出了本发明方法的流程图。参考图1，本发明可以提供一种在安防领域应用的，采用加入分数阶傅里叶变换的正交频分复用系统的微震无线高速传输方法。该方法的实现步骤为：1、计算出当前的传输环境参数，进行得到取最优的分数阶次；2、构建基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器；3、将求取的分数阶次以扩频加密的方式，作为信息帧头，与数据一起发送至接收端；4、接收端对接收到的信号进行解扩，求取分数阶次；5、利用求取的分数阶次，采用相应的逆变换，还原信号。该微震无线高速传输方法，加入了分数阶后，只有收发模块的分数阶参数相同时，才能解调出正确的数据，可以提高信息的可靠性。

[0025] 图2示出了本发明技术方案的总体结构方框图。参考图2，本发明给出了一种安防领域中的微震无线高速传输系统的实施方案。该微震信号高速传输系统分为两个部分：安防监测子系统和监控中心实时监测系统；安防监测子系统包括高性能处理器单元(1)、高速传输单元(2)和传输控制单元(3)。其中，所述高性能处理器单元(1)自动计算当前的信噪比值，调整调制的参数；所述高速传输单元(2)包括FPGA处理器电路(2-1)、晶振电路(2-2)、乒乓存储电路(2-3)、DA电路(2-4)和放大器电路(2-5)，其中乒乓存储电路(2-3)将采集数据进行缓存，保证数据不丢失，FPGA处理器电路(2-1)在晶振电路(2-2)提供的时钟上进行程序的运行，主要完成根据CPLD处理器电路(3-1)传送过来的参数调制原始数据，并将调制参数以扩频方式加密，作为信息帧头，将数据打包发送，打包后的数据输出给DA电路(2-4)，将数字信号模拟化，并将模拟信号输出给放大器电路(2-5)提供需要信号的输出端；所述传输控制单元(3)包括CPLD处理器电路(3-1)和外触发器接口电路(3-2)，通过外触发器接口电路(3-2)可以连接外部GPS等外设，进行系统的定位，CPLD处理器电路(3-1)负责将高性能处理器单元(1)自动计算的调制参数传输给高速传输单元(2)；监控中心实时监测系统包括数据接收单元(4)和监测软件单元(5)，所述数据接收单元(4)包括放大器电路(4-1)、AD电路(4-2)、FPGA接收机电路(4-3)、晶振电路(4-4)、乒乓存储电路(4-5)和USB传输电路(4-6)，模拟信号输入给放大器电路(4-1)对接受信号进行放大，补偿传输的衰减；之后输入到AD电路(4-2)对信号进行数字化；FPGA接收机电路(4-3)在晶振电路(4-4)提供的时钟上进行程序的运行，程序负责：扩频帧头的解扩，根据解扩出的分数阶阶次进行数据的调，输出解调后的数据，控制乒乓存储电路中数据的输出时序，以SLAVE-FIFO的形式与USB传输电路(4-6)进行接口；乒乓存储电路(4-5)将解调后的数据进行缓存，并在FPGA的控制下，以一定的格式输出给USB传输电路，保证数据不丢失；USB传输电路通过USB2.0协议，将数据输入给监测软件单元(5)，由监控软件系统进行实时报警。

[0026] 优选的，所述高性能处理器单元1可以根据当前的信噪比自动的计算调制参数，保证最优的传输方式。

[0027] 优选的，为了提高采集速度，高速传输单元2采用乒乓存储电路(2-3)实现数据高速采集、传递的交替进行。即在传输过程中，当采集卡在对乒乓存储电路内部缓存进行输入的同时，乒乓存储电路的另外缓存可以同步将数据输出到FPGA发送电路的存储器内，这样对乒乓存储电路两块内部缓存输入和输出可以同步交替进行，有效避免传输数据的丢失现象。

[0028] 优选的，所述的加入了FRFT的OFDM无线高速传输系统在不法分子无法得知调制的参数时，是不能进行信息的窃听或模拟的，可以保证信号的传输保密性。

[0029] 图3示出了本发明高速传输单元2中FPGA的详细设计方框图，在FPGA中实现了调制参数扩频加密器、基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器。FPGA程序的实现步骤为：

[0030] 第一步：将获得的采集数据进行BPSK映射，并完成数据的串并转换。

[0031] 第二步：获得高性能处理器单元1计算出的分数阶次，进行分数阶傅里叶变换，构建基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器。

[0032] 第三步：将求取的分数阶次以扩频方式加密，作为调制后数据的帧头，与数据一起发送至接收端。

[0033] 其中，基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器由：控制模块、计算模块和存储器组成。控制模块对各个环节进行总体控制，其主要组成部分是一个状态机，根据各处理环节反馈的标志信号进行状态切换，并给出产生RAM1、RAM2、ROM的读写地址；计算模块：包括分数阶傅里叶变换的运算单元和相应的系数乘法模块；存储器：保存RAM1、RAM2、ROM等个部分，RAM1、RAM2交替存储、计算数据，ROM存储分数阶傅里叶变换的旋转因子。RAM1和RAM2都采用有两套地址线的双口RAM资源，可以同时读/写两个数据，因此流水线结构跑起来之后，平均一个时钟周期即可完成一次运算。RAM1和RAM2完全对称，读数和写数以乒乓形式在两个RAM间交替进行。为节省FPGA的RAM资源，FFT在计算过程中会对中间计算结果进行防止溢出处理，不同的处理方法对捕获结果影响很大，这里做具体分析。为防止溢出，通常的做法是对数据进行同比例收缩，然后将收缩后结果量化为整数。定点制的量化处理一般有两种方式：一是直接截尾，第二种方式是四舍五入。直接截尾的方法虽然更易于硬件处理，但这种量化实际上是将量化为小于等于原值的最大整数，这相当于对计算结果人为地加入了一定的低频分量。因此本发明在实现时，采用四舍五入的方法。

[0034] 图4示出了本发明数据接收单元4中FPGA的详细设计方框图，在FPGA中实现了信息同步模块、调制参数扩频解密、基于分数阶傅里叶变换的解复用器以及与USB芯片通信的SLAVE FIFO控制逻辑。其中USB芯片通信的SLAVE FIFO控制逻辑是一个相对独立的输出模块。FPGA程序中同步、解扩、基于分数阶傅里叶变换的解复用器的实现步骤为：

[0035] 第一步：将数字化后的接收数据进行同步操作，包括帧同步、定时同步和频率同步等。

[0036] 第二步：将数据的帧头进行解扩操作，获得分数阶处理的阶次信息。

[0037] 第三步：逆分数阶傅里叶变换，构建基于分数阶傅里叶变换的信息解复用器。

[0038] 第四步：完成数据的并串转换，并进行BPSK解映射。

[0039] 其中基于分数阶傅里叶变换的解复用器结构与图3中的基于分数阶傅里叶变换的多路并行传输复用器的处理结构相同，只是处理时的系数不同，因此不再重复。

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安防领域中的微震无线高速传输系统

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