雷电定位系统中基于CPLD的数据处理与功能实现

摘要

雷电信号监测定位技术作为雷电防护技术的重要组成部分，以探测、确定落雷点位置为基本任务，在雷电防护、雷电预警和预报方面有重要的应用价值，是服务于全社会、急需发展的一项新技术。
　　 本文依托于雷电监测定位系统，探讨了雷电定位系统中基于CPLD的功能设计与实现。结合具体的科研课题，设计和实现了基于TOA（Time of Arrival）到达时间法的高精度雷电信号定位系统中的CPLD相关功能部分。
　　 本文在数据采集分析等问题上提出了新的方案并在实际系统中实现，对方案进行了验证，并给出了结论。此系统创新性的设计了结合低频和高频雷电信号于一体的采集系统，对两路数据进行分别的数据处理，并使用CPLD进行了实际实现。
　　 本文还给出了基于GPS芯片和CPLD，对系统压控晶振时钟进行校准的实现方法，有效解决了由于长时间使用，晶振自身特性变化，造成的频率偏移现象。为达到高精度的时间校准，利用GPS信号的高精度和高同步性，由CPLD计算系统时钟相对GPS秒脉冲信号的频率偏移，驱动后续D/A，为压控时钟晶振提供调整电压，以达到调节晶振频率的作用。本文设计的CPLD芯片的算法，采用两级脉冲计数及CPLD硬件延时方法，以达到CPLD资源占用和功能实现的平衡。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 雷电监测的意义

1.2 雷电的放电过程与描述参量

1.3 雷电监测技术发展概况

第二章 雷电定位系统总体设计

2.1 雷电定位系统实现原理

2.1.1雷电定位系统总体功能描述

2.1.2 到达时间检测法(TOA)实现原理

2.2 雷电定位系统设计方案

2.2.1 前端雷电信号接收板设计

2.2.2 后端雷电信号数字处理板设计

2.3 CPLD相关部分设计

第三章 CPLD相关功能总体实现

3.1 系统中CPLD相关部分的指标设计要求

3.2 CPLD功能具体实现方案

第四章 数据处理流程及FIFO控制

4.1 数据处理

4.2 FIFO控制

4.3 仿真及测试结果

第五章 GPS信号接收及处理

5.1 GPS信号介绍

5.2 状态块详解

5.3 CPLD和ARM间的交互实现

第六章 校频功能实现

6.1 时间测量的基本方法

6.1.1 常用的高精度时间间隔测量方法

6.1.2 直接计数法

6.1.3 模拟内插法

6.2 校频实现方案

6.3 仿真及测试结果

第七章 总体实现

7.1 CPLD功能模块总体设计实现

7.2 硬件资源占用情况

7.3 系统可拓展功能

第八章 总结

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

致谢

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