实时光谱探测中快速傅里叶变换的FPGA实现

根据实时光谱探测系统,拟采用傅里叶变换光谱理论获取待测光谱信息.文中首先介绍了实时光谱探测系统的基本工作原理,优化了基2-FFT算法,然后详细描述了该算法的硬件结构和设计思路,重点叙述了算法有限状态机设计地址的产生及控制单元的流程,并利用Xilinx公司XC3S400芯片自带的IP核在ISE9.1软件开发平台上完成了FFT模块的硬件设计.最后采用以VerilogHDL语言编写的Testbench测试程序在第三方仿真软件ModelsimSE6.3f上对FFT模块进行了功能仿真.仿真结果与Matlab理论计算结果的对比表明FPGA硬件设计正确.当芯片工作在100MHz时,实现256点16bit基2-FFT数据所需的时间约为8.6μs,可满足实时光谱探测的要求.     

改进多项式迭代拟合红外光谱基线校正方法

基线校正是对傅里叶变换红外光谱仪光谱数据后续处理前重要的预处理步骤,多项式迭代拟合是基线校正的一种方法。为了进一步提高基线校正的速率,采用一种改进多项式迭代拟合算法,并以CO2光谱为例进行了理论分析和实验验证,取得了与多项式迭代拟合相同的校正效果。结果表明,该算法自动识别谱峰范围,仅对谱峰范围的光谱进行基线校正,减少了基线校正过程中的迭代次数,迭代次数从39次降到了11次,耗用时间从4.78s降至1.12s。这一结果对实现实时气体监测系统具有重要意义。     

基于FPGA的光谱探测实时数据处理系统研究

为实时获取战场中来袭激光、大气污染物、毒气等待测物光谱分布信息,根据傅里叶光谱变换理论,研究设计了实时数据处理系统。分析了光谱探测系统结构和工作原理,采用Xilinx公司Virtex2-Pro开发板在ISE10.1开发平台上设计了1 024点基2-FFT算法数据处理模块硬件电路,并通过了第三方仿真软件Modelsim6.3f的仿真。结果表明,FPGA实际计算1 024点基2-FFT频谱分布信息与Matlab理论计算结果相同。当芯片工作在100 MHz时,完成1 024点16位基2-FFT数据处理约需32μs,满足光谱探测实时数据处理要求。     

FTIR光谱基线漂移快速校正的DSP实现

针对傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)在长时间开放光程条件下进行测量时光谱基线的漂移,采用多项式迭代拟合逼近的方法,针对3种不同类型的基线漂移光谱进行校正,分别在MATLAB环境下及DSP中实现,校正后的光谱数据采用均方根误差R作为评价标准,分别达到了4.21×10-6和5.38×10-6,校正时间分别消耗0.935 0 s和0.778 3 s,结果表明该方法自动化程度高,校正效果好,速度快,可以为基于DSP实现系统小型化、集成化的光谱处理系统提供理论基础.     

氧气A带红外辐射不同路径透过率的仿真分析

红外被动测距的核心就是大气透过率的计算,其精度决定最终测距精度。本文选取氧气A带作为研究对象,采用逐线积分算法,计算水平路径标况下的氧气A带的带平均透过率;通过简易算法对散射造成的衰减进行了研究;采用高空红外辐射透射比的方法,计算某一海拔处的透过率;对于斜程路径,采用等效路径的方法,实现斜程透过率的计算;分析了随着倾角的变化,透过率的变化趋势。在一般的工程应用中,其精度是可以基本满足的,有比较好的使用价值,该方法为精确测距提供了一种参考。     

静态傅里叶变换干涉具在大视场探测中的应用

为了同时满足大视场、实时探测的要求,采用静态傅里叶变换干涉具,通过计算在-45°～45°范围内关于入射角度与相干条纹的光程差函数,仿真结果显示,倾斜入射干涉具会造成干涉条纹变密、暗带增宽、探测波长偏移等结果.提出了一种采用双干涉具循环运算的激光方向、波长的求解方法.采用折射率为1.46、斜楔角度1°的静态傅里叶变换干涉具做实验.由试验结果可知,每改变1°所对应的波长变化为2 nm,应用该方法可以在较大视场范围内求解激光方向及波长信息.     

基于马赫-泽德干涉具的激光光谱探测技术研究

实时、可靠地探测敌方来袭激光的类型和特征参数是激光告警的主要任务。相干探测技术依靠激光的相干性探测其信息,是较有效的探测技术之一。为了探测来袭激光光谱信息,设计了一种激光探测与光谱实时测量装置。该装置以相干探测技术和傅里叶光学与光信号处理为基础,使用实心小型静态马赫-泽德干涉具作为相干探测元件,它能有效地抑制背景光,无机械扫描部件,光谱检测速度快,可探测纳秒级窄脉冲激光信号;用高速DSP芯片和多通道帧减技术进行实时信息处理,实现背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明,运用马赫-泽德干涉具和多通道帧减技术,能实现脉冲激光探测,提高测量精度;可探测激光脉冲宽度为10 ns,波长测量误差小于10 nm。