基于FPGA和以太网接口的光栅解调应用

光纤光栅的传感信息是采用波长编码的方式进行的,解调的关键就是把传感信息从波长编码中完整地解调出来.文中介绍的光栅解调系统采用F-P滤波器对ASE光源进行扫描;采用FPGA作为控制核心;采用DM9000A完成网络接口设计,在FPGA内部实现了对光栅传感信号质心解调算法的程序设计和以太网接口控制程序的设计,FPGA具有多通道高速同步解算的能力,在对F-P滤波器500 Hz的扫描速率下,很好地实现了光纤光栅波长的同步实时解算.解调系统的解调精度可达到2 pm左右.     

双频激光干涉仪中的数字相位计设计

基于Altera公司FPGA芯片,提出了一种基于双频激光干涉仪系统中数字相位计的实现方法。该相位计用于测量系统中被测信号和参考信号之间的相位差角度,间接测量激光干涉仪的光程差信息。被测信号经过光电接收器以及A/D模数转换成数字信号送到FPGA芯片中,与FPGA内建的查找表参考信号做正交相关法解调运算,得到一组X-Y值,再利用CORDIC算法计算arctan函数获取相位差,最后计算出干涉仪的光程差,算法的全过程使用FPGA硬件实现。实验结果表明,该相位计使双频激光干涉仪的相位差测量精度在0.01°以内。     

AIS信号解调及其信息恢复

船舶自动识别系统(AIS)广泛应用于实际船舶通信系统中,实现船舶交通管理系统的船-岸、船-船的通信及辅助导航,避免船舶间碰撞,用于提高航行的安全。针对获取船舶状态信息的需求,研究了AIS信号进行解调和信息恢复技术。首先介绍了AIS信号模型和解调原理,详细讨论了实际接收的AIS信号解调方法,采用相位差分解调方法实现解调,最后根据AIS协议给出了原始信源信息恢复方法,并根据实际采集的AIS信号,进行了解调和信息恢复实验。研究结果表明上述方法是有效的。     

光信号传输中光纤偏振模色散的补偿

光信号传输过程中,光纤的双折射程度受传输路径和环境条件变化的影响,所产生的偏振模色散对于光信号的影响是随机的,因此对偏振模色散进行动态补偿十分必要.利用线性啁啾光纤光栅的双折射特性制成了时延补偿单元,具有体积小、插入损耗低、非线性效应低和成本低等优点,由外加电压驱动的压电传感器给出的可调谐的横向压力来获得可调谐的差分群时延,从而对光纤链路的偏振模色散实现动态补偿.     

利用光纤偏振分束器和保偏光纤的传感解调系统

提出了一种利用光纤偏振分束器(PBS)和保偏光纤(PMF)中偏振模间干涉原理实现光纤布拉格光栅波长解调的方案,以提高光纤光栅传感解调系统的解调精度和稳定性。运用矩阵光学原理建立了数学分析模型,由此给出了系统输出信号与光纤光栅布拉格波长之间的关系。通过仿真分析,研究了保偏光纤长度、输入光相对于保偏光纤主轴的偏振角度和光纤偏振分束器主轴方位对系统输出信号的影响,明确提出了提高系统灵敏度的方法。根据设计方案搭建了实验系统,并进行了实验验证。结果表明:该设计方案可行,系统的波长分辨率1pm,测量精度1pm,温度可测量范围为90℃。该系统测量精度高,其稳定性优于利用M-Z型干涉仪的解调装置。     

一种新型的光纤光栅波长解调系统

通过理论分析建立了扭转高双折射光纤的数学模型,提出一种利用扭转高双折射光纤实现光纤光栅反射波长的解调方法.理论和实验表明,该系统具有10nm的准线性解调制范围,线性度好,易于实现.     

基于数字式锁相环的双向差动相位解调法设计

设计了应用于高精度干涉测量系统的双向差动相位解调法,利用锁相环的分频特性对测量信号进行降频处理,增加计数脉冲的数量,再结合双向差动相位解调法对信号进行鉴相,从而提高测量分辨力.在He-Ne双频激光外差偏振干涉信号处理实验装置中进行了实验,证明了该方法能够提高测量精度.     

基于FPGA/MCU全光纤电流互感器解调系统的设计

阐述了反射式全光纤电流互感器的工作原理,分析了互感器解调系统输出信号的特性,由此设计了全光纤电流互感器的解调系统方案,给出了一种FPGA+MCU的实现方法,研制了全光纤电流互感器的解调系统,并进行了测试验证。测试结果表明,解调系统能够对全光纤电流互感器交流及直流电流信号进行解析,说明解调系统满足全光纤电流互感器的功能要求。     

基于小波变换的滚动轴承内圈故障诊断

利用小波变换将滚动轴承故障振动加速度信号分解到不同尺度,对包含有故障特征频率的小波系数进行Hirbert变换解调,最后对解调后的信号进行频谱分析获取轴承故障特征信息.实例分析表明,利用小波变换进行滚动轴承内圈故障诊断具有良好的诊断效果.     

金属介质中声载波信号传输系统设计

针对电磁干扰和屏蔽等复杂环境下的无线通信难问题,设计了一种以超声波为信息传输载体,以金属介质为信息传输信道的通信系统。系统以FPGA为2FSK信号调制解调系统的核心,利用高频升压芯片和场效应管设计了声波发射驱动电路。在分析了阻抗匹配特性后,设计了接收端放大电路和带通滤波电路,对信号进行调理。测试结果表明,该系统能实现较低速率的信号传输,验证了利用超声波在金属介质中进行通信的可行性。     

基于FPGA的Sobel图像边缘检测的设计

图像边缘检测技术在数字图像处理领域中处于重要位置,是图像分割、目标区域识别、区域形状提取等图像分析的基础。详细地讨论了Sobel图像边缘检测FPGA实现的原理、方法和步骤。以FPGA为中央控制单元,用Verilog语言设计并实现了Sobel边缘检测法。通过改进算法、优化FPGA布局布线结构、利用FPGA高速并行机制和采用流水线处理方式,提高了系统速度,减少了FPGA内部资源的使用。通过Matlab和ModelSim进行仿真和对比,实验得到了理想的图像边缘。     

基于嵌入式系统的一体化故障录波器

为实现传统变电站向数字化变电站的平稳快速过渡,介绍了一种基于嵌入式系统的一体化故障录波器实现方案,该方案基于嵌入式Linux操作系统,使用基于PowerPC和FPGA管理板及DSP和FPGA的采样板进行开发,辅以高效串行总线实现内部数据交换,采用无旋转部件的大容量电子盘作为存储介质.设计的一体化故障录波器既可以用于常规变电站,又可以用于数字化变电站.     

基于FPGA的数控逐点比较法直线插补数字系统设计与实现

主要讨论了基于FPGA技术的数控逐点比较直线插补数字系统设计方案与具体实现方法。将先进的FPGA技术用于研制和开发复杂数字系统,为研制和开发复杂的数字系统提供了新的思路和方法。     

高速并行数字调制信号的产生与实现

数字调制技术是高速通信传输系统的关键技术之一。本文提出了一种全并行的高速数字调制信号产生架构,该架构可以在现场可编程门阵列(FPGA)硬件平台中通过算法级的流水线实现。通过理论分析与推导,并行频域成型滤波器中的DFT/IDFT可以由低复杂度的两个基-8 FFT算法级联构成,进一步给出了具体的FPGA架构和实现方法。另外,为了进一步降低硬件资源,本文分析并设计了一种适用于并行实现的免混频数字正交上变频架构。仿真实验对高速并行数字调制架构中的并行频域成型滤波器在时域和频域分别进行了算法验证,FPGA硬件实现结果验证了高速并行数字调制信号产生的频谱性能。     

Development of a digital integrator for the KSTAR device

The development of an integrator for magnetic diagnostics becomes more important as the pulse length of fusion devices gets longer and longer, especially for present-day superconducting fusion devices. A small offset in the signal can cause a significant drift in the integrator output for long pulse experiments. A lock-in amplifying digital integrator has been developed for Wendelstein 7-X (W7-X). It succeeds in suppressing the drift to a low value but requires about 100 ms for data processing. To shorten the data processing time, a Field Programmable Gate Array (FPGA) built in the digitizer is utilized. Since there is no need to transfer the data to an external computer, the integration can be done in real time. The microprocessor built in the digitizer directly transfers the data integrated in the internal FPGA into the reflective memory installed in the same compact Peripheral Component Interconnect chassis. These features result in a very compact system design. The design and the preliminary results of the digital integrator will be presented.     

基于FPGA的数字钟电路设计

数字钟是典型的电子电路的应用,而基于FPGA的数字钟电路具有更大的灵活性和通用性。以QuartusII软件为设计平台,进行了基于FPGA的数字钟电路的方案设计、程序设计输入、编译和仿真等操作,比较完整地说明了数字钟电路的设计过程、功能和可编程逻辑器件设计的操作流程。     

基于FPGA的数字钟电路设计

数字钟是典型的电子电路的应用,而基于FPGA的数字钟电路具有更大的灵活性和通用性。以QuartusⅡ软件为设计平台,进行了基于FPGA的数字钟电路的方案设计、程序设计输入、编译和仿真等操作,比较完整地说明了数字钟电路的设计过程、功能和可编程逻辑器件设计的操作流程。     

基于FPGA的数字AM调制的实现

近年来,数字AM调制技术应用越来越广泛,具体应用中多采用专用的调制芯片完成.文中介绍一种在FPGA中实现数字AM调制的方法,采用该方法设计的系统具有使用灵活、扩展性强、便于集成等优点.文中先讨论了采用Mat-lab的Simulink工具建立仿真模型进行仿真测试,然后用的FPGA芯片实现,并下载验证.经验证,系统可实现AM调幅功能.同时,该方法已应用于DDS设计中,各项性能指标均达到设计要求.     

并行数字下变频中的NCO实现研究

受数字信号处理器件处理速度的制约,宽带数字中频处理带宽、滤波器性能等重要指标难以提高。硬件实现时FPGA(field programmable gate array)无法提供与采样率相匹配的数据处理速度直接对原始采样数据下变频,将多相结构应用到传统的数字下变频运算中。推导了应用于数字下变频多相结构的多路NCO(numerically controlled oscillator)数字本振信号数学表达式,并讨论了在FPGA中实现多路NCO时相关参数的选取原则。MATLAB仿真结果及硬件平台验证了采用多路NCO本振信号实现数字下变频的正确性。     

基于FPGA的新型数字频率计的设计与仿真

基于测频原理及FPGA的设计思想,给出了一种新型数字测频系统的设计方案,系统采用VHDL语言,运用自顶向下的设计思想,采取将系统按功能逐层分割的层次化设计方法。在具体实现上,以FPGA为中央处理器对被测频率信号进行周期采样,通过调用QuartusⅡ的宏功能模块进行占空比计算,将所得占空比数值传输给128×64的液晶显示器,实现显示被测信号占空比数值和波形的设计优化目的。硬件测试仿真结果验证了数字测频系统的有效性和可行性。