基于FPGA的静态傅里叶变换光谱探测与实时处理系统

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随着光谱技术的快速发展,傅里叶变换光谱技术得到越来越广泛的应用。本文通过对傅里叶变换光谱技术国内外发展现状的研究,了解到傅里叶变换光谱仪具有高光谱分辨率、高光通量等优点,在微弱信号监测方面独具优势。同时,也存在机械扫描速度慢和系统不稳定等不足。为实时获取战场激光、大气污染物气体、毒气等待测物的光谱信息,克服机械扫描和光谱复原中软件处理实时性差的缺点,本文设计了基于FPGA的静态傅里叶变换光谱探测与实时处理系统。根据傅里叶变换光谱理论,确立了傅里叶变换光谱探测与实时处理系统设计方案,并详细介绍了系统工作原理、等效斜楔静态干涉具特性、以及干涉条纹的数学处理方法,特别是基-2傅里叶变换算法。作者在掌握硬件描述语言VerilogHDL和Xilinx FPGA芯片结构的基础之上,通过ISE10.1开发平台,实现了CMOS光电探测器驱动电路、串并转换电路、异步读写RAM、基-2FFT算法、相位修正、数据传输等系统模块的设计,并通过第三方仿真软件Modelsim6.3f完成了各模块的功能仿真。系统程序经调试成功后下载至FPGA芯片进行数据处理,得到的实际计算值与MATLAB理论计算值一致,结果表明处理系统设计正确。最后,在实验室搭建了等效斜楔静态干涉具光路系统,结合Virtex2-ProFPGA开发板和CMOS探测器扩展板组成的电路系统,进行了激光光谱探测实验,并通过上位机显示了采集的干涉条纹图像和光谱复原处理结果。
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