激光光谱探测中快速傅里叶变换的FPGA实现

摘要

激光光谱探测是激光侦查、激光告警、污染物检测等领域中采用的重要技术。通过对来袭激光的光谱特征进行识别，可以为光电对抗提供依据。本文在分析和研究现有激光光谱探测技术的基础上，提出了通过非扫描M-Z干涉法来获取激光信号的相干图，并对该图进行快速傅立叶变换，从而实时获得激光光谱的技术。 在研究中，由M-Z干涉具形成的激光干涉条纹经CCD相机转换后以时间序列依次输出电信号，该时间序列的快速傅立叶变换用FPGA实现。论文依据告警系统响应时间和信噪比的要求，确定了探测器阵列的结构类型和有关参数；设计了CCD相机和FPGA的接口电路；编写了数据传输和存储模块。 在快速傅立叶变换的实现上，首先确定了采用基2按时间抽取的方法作为实现算法；应用型号为XC3S400的FPGA芯片，依靠ISE8.1软件开发平台，用硬件语言编写了精度为10位，序列长度为512点的快速傅里叶变换程序，并将所有程序成功下载到FPGA的配置芯片中。 此外，论文还设计了显示、电压转换、FPGA配置电路。最后，对设计的快速傅里叶变换模块进行了测试，将FPGA运算结果与理论计算结果进行了比较，结果表明FPGA计算结果达到应有的精度，运行速度可以满足激光光谱的实时探测要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1选题的背景、目的和意义

1.2光告警相关技术的国内外研究、发展现状

1.3利用FPGA实现激光光谱获取的优势

1.4主要研究内容、课题来源及主要技术指标

2激光光谱快速获取的技术方案

2.1光谱探测装置及依据

2.2数据传输部分方案分析

2.3激光频谱获取的算法选择

2.4 FPGA的任务分析和器件选择

2.5本章小结

3 CCD相机与FPGA的接口和数据采集模块设计

3.1 CCD相机的概述

3.2 CCD相机的基本特性参数及相机的选取

3.3 CCD探测短脉冲激光的可行性分析及相机型号的选择

3.4驱动电路设计

3.5 CCD相机到FPGA的数据传输

3.6本章小结

4基于FPGA的快速傅里叶变换模块的设计

4.1离散傅里叶变换及其快速算法

4.2基-2形快速傅里叶变换的原理

4.3蝶形变换的原理与实现

4.4地址产生及控制单元的实现

4.5块浮点的原理和实现

4.6 FFT运算模块组合

4.7激光光谱数据的输出

4.8本章小结

5外围电路设计

5.1结果显示部分电路设计

5.2系统电源设计

5.3 FPGA配置电路设计

5.4本章小结

6设计测试及结果分析

6.1设计测试

6.2结果分析

7总结与展望

7.1全文总结

7.2问题及展望

附录

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和研究成果