基于TDC-GP2的时间间隔测量系统设计

精确的时间间隔测量在时间同步系统有着至关重要的作用,为了满足大量程和高精度的需求,介绍了一种直接计数法和时间-数字装换法相结合的时间间隔测量系统;设计中采用两片TDC-GP2时间-数字转换芯片,结合FPGA和上位机,可以实现精度为1 ns时差测量;经过大量的实际测量,系统的分辨率为70 ps,精度为1 ns,最大可以测量1 s的时间间隔;该设计的系统具有可靠性高、功耗低、精度高、使用灵活等优点。     

基于FPGA的高精度时间间隔测量方法研究与实现

针对脉冲激光测距机的飞行时间间隔测量,介绍了基于FPGA实现高精度时间间隔测量的系统结构及关键技术。利用FPGA内嵌锁相环PLL可得到高速时钟的不同相位输出,可产生稳定的等间隔时间延迟,可实现对短时间间隔的量化测量,达到了优于纳米量级的测量精度。通过与数字插入法相结合,使系统的测量范围达到了200ns～43s。     

一种改进式TAC的高精度时间间隔测量系统的实现

设计了一种基于改进式时间-幅度转换器(Time-Amplitude Converter, TAC)的高精度时间间隔测量系统。该系统采用集成运放设计TAC中的电流可控的恒流源,并对TAC内部的积分控制部分加入宽带直流放大电路,来提高时间间隔测量的精确度;采用高精度的模数转换器采样TAC的输出,实现高精度时间间隔测量中的模拟到数字的转换;采用现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)完成系统软件设计,实现对TAC的控制。通过变换TAC的采样电阻的阻值,使恒流源输出不同的电流对电容进行充电,从而使TAC的输出电压满足高精度模数转换器(Analog-Digital Converter,ADC)采集电压的要求。实验表明,在测量时间范围为1us,800ns,400ns,200ns时,该系统的时间间隔测量的最小时间精度为400皮秒。     

基于线阵CCD的高速光谱信息采集系统的研究

针对爆炸时刻光谱信息量大、存在时间短的特点,设计了一款基于线阵CCD高速光谱信息采集系统.系统以FPGA作为主控芯片不仅为CCD提供工作时序,同时还控制着信号调理、模数转换和光谱信息的存储与传输.最后,通过USB串行总线将采集到的光谱信息传输至上位机进行后续处理.结果表明,利用该系统可在一次爆炸过程的100ns时间内完成四个时刻爆轰温度的测量,具有较高的测量精度和速度,可实现爆轰过程中高速动态光谱信息的采集与存储,并可应用于其它瞬态信息的获取领域.     

XeCl准分子激光能量提取研究

在高功率准分子激光系统建设中,希望能获得较短的脉冲宽度和尽量多的激光能量。实验研究了不同注入水平下,脉冲时间间隔对脉冲链放大波形和放大器提取效率的影响;基于四能级速率方程和准分子反应动力学建立了准分子激光放大模型,计算了多种注入方式下种子光的放大过程,对关键参数给出了量化描述,得到与实验相符的计算结果。研究结果显示:脉冲序列间隔为9.3ns时,可获得约95%的连续注入情形下放大能量;对该准分子激光系统来讲,9.3ns是比较合适的脉冲间隔。     

时间分辨动态LIBS测量方法

针对激光诱导击穿光谱(LIBS)研究对时间分辨动态光谱测量方法的需求,建立了基于多通道光纤束的动态LIBS测量方法。该方法首先利用不同长度的光纤组成多通道光纤束,对瞬态LIBS信号进行差异延迟,使按照特定时间序列发射的光谱信号同步到达探测器,而后采用面阵ICCD相机对同步到达的多通道光谱信号进行高时间分辨探测。该方法单次测量即可获得LIBS辐射不同时刻的时间分辨光谱。为了验证基于多通道光纤束的动态LIBS测量方法,研制了具有19个通道的光纤束,光纤束中包含的各个单根光纤长度呈等差数列排布,长度差设置为10 m,对应测量的时间间隔约为50 ns,单次测量记录的总时间长度近900 ns。分别基于短脉冲激光光源和标准光源,开展了系统时间响应和光谱响应特性研究,获得了系统的时间响应数据和光谱响应曲线。用YAG激光器的二倍频激光(532 nm)诱导Si产生等离子体辐射光谱,在线测量了辐射光谱的时间演化历程,获得了Si等离子体辐射过程中SiⅠ390.52 nm,SiⅡ385.51 nm,SiⅡ413.12 nm谱线从0～898 ns时间范围内19个时刻的光谱信息,获得了特征光谱的演化规律,验证了该...     

基于IODELAY原语SAR载荷模拟器延迟单元设计

针对星载合成孔径雷达中数传分系统接收数据时序拉偏测试需求,本文提出一种基于FPGA原语的SAR载荷模拟器延时单元设计与实现。该延迟单元采用IODELAY原语,通过时序约束实现正反向时钟拉偏功能。仿真与试验结果表明,该延迟单元时序调整范围可达-6ns至6ns,步进1ns,系统运行稳定,满足设计要求。     

远程控制高时间分辨多通道脉冲发生器设计

基于FPGA为四分幅相机研制了高时间分辨的多通道脉冲发生器;该系统具有4个独立的输出信号,配合高压快门电路实现对分幅相机4个通道曝光时间和延迟的控制;采用FPGA内部计数方法实现各个通道输出脉冲的宽度和延时的精确调节,同时采用光纤通信的方式实现远程控制,并利用高速高压输出驱动接口提高了系统的输出能力;研制的同步脉冲发生器最小时间分辨可达4 ns、输出幅度可达7.5 V、传输距离大于10 km。     

具有时间分辨能力的高能强流电子束光学渡越辐射测量系统

光学渡越辐射作为高能强流电子束束流参数测量的一种方式, 具有时间响应快、分辨率高等特点, 可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数；通过电子束束参数的时间分辨测量则能够了解电子束产生、运输中的问题, 非常有利于加速器的研究与调试. 一种具有时间分辨能力的、利用光学渡越辐射进行高能强流电子束参数测量的系统被建立起来, 并应用到了18.5MeV, 2.5kA, 90ns的实际的电子束束参数的在线测量中, 具有以10ns的时间间隔和3ns的曝光时间来获得90ns内相应的时间分辨的束发射度的变化值的能力, 为加速器的研究提供了又一个强有力的测试手段. 该系统具有的时间分辨能力最高到达10ns, 一次可以拍摄到8幅图像, 最小的曝光时间为3ns, 图像分辨率为1376×1035, 幅面可以达到φ80mm以上.     

基于FPGA的高速电光选通系统设计

介绍了一种获取高速调制电信号的新方法－基于FPGA的高速电光选通系统.此系统分为选通脉冲和高压调控两个模块.选通脉冲模块由高速信号放大、FPGA延时、可控延迟传输线三个部分组成.利用FPGA高密度、高可靠性、可反复擦写和可以现场编程、灵活调制的特点,将整个系统的主要控制部分集成在FPGA中,并将延时分为数字延时和模拟延时两部分.然后利用FPGA实现数字延时,可控延时线实现模拟延时.经试验检测,高压部分可以产生重复频率1 Hz~1 kHz,步进1 Hz,延时范围为0~1 μs,步进为1 ns,幅度为8 000 V,前沿和后沿小于10 ns,抖动小于1 ns的高压矩形电脉冲,从而满足各种电光调制系统中的需要.     

基于现场可编程门阵列的加速器同步控制器设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度同步控制器,它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式,FPGA实现粗延时,专用延时芯片实现精延时,提高了延时精度,同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明,该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25ns,延时、脉宽及周期调节范围为1μs~2s,周期抖动的标准偏差为70ps。该控制器输出信号满足要求,程序界面操作简便,通过串口RS-422远程控制稳定可靠。     

利用高精度时间间隔测量技术实现光速测定方法的研究

为了实现实验室环境下测定光速，采用已知长度及折射率的单模零色散光纤作为传输介质，利用高精度时间间隔测量技术测量了光在该光纤中的传输延时。经过理论推导，求出光速c与作为传输介质的光纤长度L、折射率n及光纤延时τ之间的关系式，从而通过测量得到L，n及τ的值即可计算得到真空中的光速值。与传统的利用天文法及精密仪器测量光速的方法相比，采用比较先进的高精度时间间隔测量技术可使时间分辨率达到125ps，从而在实验室环境下，利用简单仪器得到了高精度的测量结果。最终测量所得光速为299928077m/s，误差为30860m/s。     

基于数字调制技术的核磁共振射频脉冲发生器

在核磁共振（NMR）领域,射频脉冲信号的质量、形状对NMR性能及应用有着重要影响.本文基于现场可编程门阵列（FPGA）和直接数字频率合成（DDS）芯片AD9910设计了一种硬件结构更为简单的NMR射频脉冲发生器,实现了射频脉冲各项参数的数字化调制.其频率、相位、振幅的控制精度分别达到了32位、16位和14位,脉冲调制的时间精度为0.01 μs,可灵活生成持续时间不小于0.1 μs、载波频率不高于400 MHz的各类软脉冲和硬脉冲.同时,针对脉冲序列的特点建立了"脉冲+延时"的基础模型,提出了一种通用性更强的列表式脉冲序列控制方案,精简了对上级控制单元的控制需求.此外,对射频脉冲信号的频谱特性进行了理论分析,并采用Hanning窗对软脉冲的包络波形进行了优化处理,仿真和实验结果表明,Hanning窗可以有效抑制软脉冲的频谱泄漏问题.     

基于FPGA的激光测速仪信号处理方案设计与实现

为满足高动态环境下的激光多普勒测速仪信号处理需要,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的激光测速仪信号处理方案。在FPGA内部完成全部信号处理的内容,利用快速傅里叶变换(FFT)算法得到信号的频谱,利用能量重心法对离散频谱进行校正,开发采样频率自适应算法,兼顾测量准确度与测量范围的要求,最后将结果通过通用串行总线上传个人计算机显示。程序采用流水线方式设计,提高信号处理速度。经过实验验证,数据更新率达到2.4~24kHz,数据延迟时间为123~1230μs,测量准确度优于8×10-4,测量稳定度优于2.5×10-7。     

高精度组合脉冲激光时序控制系统设计

在激光等离子体机理的研究中,为实现灵活的界面配置和多路脉冲激光器高精度的时序延时,设计了一种基于微控制器STM32和FPGA的多路时序延时控制系统。重点介绍了基于FPGA的多路ns级时序信号和基于ucGUI的触摸屏界面的设计。另外,采用高速光电隔离技术和高速FET开关电路技术,对驱动电路进行了设计,缩短了输出脉冲上升沿的时间,提高了系统延时精度、驱动能力和抗干扰性能。测试结果表明,该设计每路延时可调,调节范围为5 ns~10 ms,最小可调步进为5 ns,延时误差小于1 ns。     

反熔丝FPGA延时电路γ瞬时辐射效应

 简要叙述了反熔丝FPGA的基本结构,介绍了一种FPGA延时电路的工作原理以及利用该电路在“强光一号”脉冲加速器上进行γ瞬时辐照试验的方法,给出了试验测量结果。分析表明：高剂量率γ瞬时电离辐射会破坏FPGA延时电路一个信号周期的工作状态,因此存在功能失效的可能性。但就整体而论,反熔丝FPGA抗瞬时辐射的性能要优于其它许多大规模CMOS集成电路。     

Scheme for nonlinear frequency modulated signal cancelling system

A cancelling system for the four nonlinear frequency modulated (NLFM) signal (i.e. Taylor window, Tangent-based, Combination linear frequency modulation (LFM) and tan-FM, Stepped NLFM) is presented. It is mainly composed of a digital radio frequency memory (DRFM) and a field programmable gate array (FPGA) chip etc. The received signals are stored and reproduced by DRFM, and the system delay time is controlled by the FPGA chip. According to the target's radar cross section (RCS), the radar echo cancelling wave will be generated by the FPGA and DRFM on signal processing. The effect of error on the cancelling wave is analysed and the method for reducing nonlinear phase errors is presented. Theoretical analysis and simulation show that the system effectively reduces the signal power received by the radar receiver. Numerical simulation results show that about 11.3 dB target gain reduction can be achieved under the condition of large deviation.     

基于LMS自适应时延估计和FPGA的超声波测风系统研究

利用超声波传感器进行风速测量时,温度对超声波传播有很大影响,时延估计对超声波测风系统的精度起到很大的作用。本超声波测风系统为避免温度对风速测量中的影响,采用了基于时差法的测量原理,为了提高时延估计值的精度,提出了基于最小均方(LMS)自适应时延估计的测量方法,研制了以单片机Atmega128和现场可编程门阵列(FPGA)为核心的硬件系统。仿真和实际测试的结果表明,该超声波测风系统的时延估计值精确度较高,具有很高的应用价值。     

市电参数测量仪的设计

为了实现市电质量监测并降低测量成本,以STC12C5A60S2微处理器为控制核心,利用电压有效值转换芯片等器件,设计了一款市电参数测量仪,对频率、电压有效值及失真度进行测量;基于测周法实现50 Hz频率的测量,通过一块电压有效值转换芯片测量总电压有效值与谐波电压有效值,实现市电电压的测量,并通过计算获得失真度值;实验结果表明,该测量仪测量精度较高,频率测量误差小于0.1%,电压有效值测量误差控制在1%以内,失真度测量误差小于5%;该测量仪结构简单、性能稳定,可应用于电能质量监测系统。