相干测风激光雷达高速数据采集和处理系统设计

田鑫

中国海洋大学

摘要：

相干多普勒测风激光雷达是利用在大气中随风运动的气溶胶颗粒对单色激光的多普勒效应来测量大气风速的一种技术。
相干多普勒测风激光雷达接收的数据量大,信息丰富,对数据的高速采集和处理格外重要。本文设计了一种基于FPGA与DSP的相干测风激光雷达高速数据采集和处理系统,并给出了具体的软硬件设计。该系统分为数据采集和数据处理两个模块。
该系统的主要工作过程为:模拟信号经运算放大器进入ADC转换成数字信号,在FPGA的时序控制下,存入FPGA内部FIFO中,FIFO写满时送入DSP芯片进行FFT变换,完成信号从时域到频域的转换。
该系统的优点主要有以下几个方面:采用200MHz、14bit的高速ADC进行采样,系统的空间分辨率达到0.75m,同时保证了较高的转换精度;采用LVDS模式进行数据传输,既保证了数据的高速传输,又抑制了噪声;采用CycloneⅢ系列FPGA芯片进行逻辑控制,支持LVDS信号模式,其内部的PLL可提供ADC所需的高频时钟;采用浮点型DSP芯片进行数据处理,其主频最高可达300MHz,最高指令执行速度达1800MFLOPS,特别适用于进行FFT运算。
本系统在设计时出于通用性的考虑,将数据采集和数据处理分为两个独立模块进行设计,应用时可以根据现场环境单独或组合使用两个模块,使本系统不仅可以作为采集和处理相干测风激光雷达数据的专用系统,也可以应用到其它需要对数据进行高速采集或处理的领域,提高了系统对环境的适应性。

关键词：相干测风激光雷达;FPGA芯片;数据采集;DSP芯片;数据处理;软硬件设计;多普勒效应

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：通信与信息系统

导师姓名：刘金涛

学位年度：2011

语种：中文

分类号：P412.16;P412.25

页数：63

在线出版日期：2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）