基于DSP的弹光调制非均匀干涉信号获取及反演算法研究

摘要

弹光调制傅里叶变换光谱仪(FourierTransformInfraredSpectrometer,FTIRs）因其具有独特的扫描速度快、灵敏度高、光谱范围宽及抗震性好等优点被广泛地应用在红外遥测、核磁共振、宇航探测等众多领域。弹光调制干涉具是此光谱仪的核心部件，它是一种新型静态无扫描系统，克服了前期傅里叶变换光谱仪的众多缺点。
　　本论文在分析弹光调制傅里叶变换光谱仪与普通光谱仪区别的基础上，结合项目的要求及相关的国内外现状和技术，详细阐述在此干涉具中，由于折射率具有正弦调制的特点，难以实现干涉信号等相位采样，就研究了非等相位（或时间等间隔采样）光谱反演的算法，即非均匀快速傅里叶变换算法（NonuniformFastFourierTransform,NUFFT）。对标准黑体辐射谱进行了光谱反演，验证了此算法用在弹光调制干涉具干涉信号反演光谱信息上的可行性。采用先进的DSP+FPGA相关技术，对采集到的干涉信号在硬件DSP上采用非均匀快速傅里叶变换算法完成了数据的实时处理，得到了被测激光的光谱信息。
　　最后，在理论验证的基础上和实验室条件下进行测试，通过对632.8nm、652.6nm、671.1nm等波长激光产生的干涉谱进行光谱反演。测试表明：非均匀快速傅里叶变换算法对单色光及复色光产生的干涉信号能够完全反演出光谱信息，在反演精度和反演速度上满足了项目的要求。

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1 绪论

1.1 课题的选题背景、目的和意义

1.2 课题的国内外研究现状及相关技术

1.3 DSP相关技术

1.4 本论文的主要工作及课题来源

2 弹光调制傅里叶变换干涉具基本原理及其干涉信号

2.1 傅里叶变换光谱学的基本方程

2.2 弹光调制干涉具的基本原理

2.3 弹光调制干涉具的非均匀干涉信号

2.4 本章小结

3 弹光调制非均匀干涉信号光谱反演算法

3.1 弹光调制干涉信号的特点

3.2 非均匀快速傅里叶变换算法（NUFFT）

3.3 NUFFT算法对干涉信号光谱反演仿真

3.4 本章小结

4 弹光调制非均匀干涉信号的高速采集及DSP实时处理

4.1 弹光调制非均匀干涉信号的高速采集

4.2 DSP+FPGA实时数据采集系统设计

4.3 TMS320C6713的关键硬件设计方案

4.4 DSP系统软件设计

4.6 谱线标定与波长计算

4.7 本章小结

5 测试结果与分析

5.1 实验装置与数据

5.2 结果分析

6 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢