DSP和CPLD的空間瞬態(tài)光輻射信號(hào)實(shí)時(shí)探測(cè)研究

摘要：探測(cè)系統(tǒng)對(duì)輸入的空間瞬態(tài)光輻射信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別處理，反演估算出空間瞬態(tài)信號(hào)能量大小并報(bào)告發(fā)生時(shí)刻。采用dsp+cpld的數(shù)字處理方案，利用dsp的高速數(shù)字信號(hào)處理特性及cold的復(fù)雜邏輯可編程特性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬態(tài)信號(hào)的實(shí)時(shí)識(shí)別和處理。其中用cpld實(shí)現(xiàn)a/d變速率采樣，解決了嵌入式系統(tǒng)線路板面積有限與實(shí)時(shí)處理需要大容量存儲(chǔ)空間的矛盾。

關(guān)鍵詞：dsp cpld 實(shí)時(shí)處理我國(guó)現(xiàn)役空間瞬態(tài)光輻射信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)中，老型號(hào)較多，大部分沒(méi)有配備自動(dòng)檢測(cè)和錄取設(shè)備。空間瞬態(tài)信號(hào)的錄取、數(shù)據(jù)的處理和上報(bào)大多由人工進(jìn)行，難以勝任復(fù)雜環(huán)境下快速、準(zhǔn)確錄取信號(hào)以及氣象情報(bào)入網(wǎng)的要求。為適應(yīng)現(xiàn)代化氣象分析的要求，采用ｄｓｐ＋ｃｐｌｄ的方式將極大地提高現(xiàn)有空間瞬態(tài)信號(hào)探測(cè)的自動(dòng)錄取和分析能力。

在實(shí)時(shí)信號(hào)處理技術(shù)中，ｄｓｐ＋ｃｐｌｄ方式是目前國(guó)際上比較通用的方法，如美國(guó)、俄羅斯等多采用這種方式。ｄｓｐ是一種可編程的數(shù)字微處理器。與單片機(jī)相比，ｄｓｐ芯片具有更適于數(shù)字信號(hào)處理的軟件和硬件資源，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。本文采用美國(guó)ｔｉ公司的ｔｍｓ３２０ｃ３ｘ系列浮點(diǎn)ｄｓｐ芯片ｔｍｓ３２０ｃ３２作為整個(gè)系統(tǒng)的主機(jī)，利用其完成系統(tǒng)的控制和數(shù)字信號(hào)處理功能。

ｃｐｌｄ是一種多用途、高密度的復(fù)雜可編程邏輯器件，可將系統(tǒng)的部分或全部功能集成在一塊芯片上，并且具有設(shè)計(jì)方便靈活、易于修改等特點(diǎn)，可大大縮短研制時(shí)間，并減小系統(tǒng)硬件復(fù)雜度。本文采用美國(guó)ａｌｔｅｒａ公司的ｍａｘ７０００ｓ系列ｃｐｌｄ芯片ｅｐｍ７１２８ｓｌｃ８４，利用ｃｐｌｄ實(shí)現(xiàn)ａ／ｄ變速率采樣及其它邏輯控制。

１ 系統(tǒng)組成及基本原理本探測(cè)系統(tǒng)主要解決了嵌入式系統(tǒng)線路板面積有限與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理需要大量存儲(chǔ)空間的矛盾，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理信號(hào)。

空間瞬態(tài)光輻射信號(hào)實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)主要由三大模塊組成：前級(jí)預(yù)處理電路模塊、ａ／ｄ變速率采樣模塊、ｄｓｐ信號(hào)識(shí)別及存儲(chǔ)模塊。

各模塊的主要功能為：

（１）前級(jí)預(yù)處理電路模塊，負(fù)責(zé)空間瞬態(tài)光輻射信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換、背景扣除、動(dòng)態(tài)范圍壓縮等任務(wù)；

（２）ａ／ｄ變速率采樣模塊，負(fù)責(zé)觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生、上升速率初判、信號(hào)采集時(shí)序控制、ａ／ｄ變速率采樣及ｆｉｆｏ緩沖存儲(chǔ)等任務(wù)；

（３）ｄｓｐ信號(hào)識(shí)別及存儲(chǔ)模塊，負(fù)責(zé)對(duì)空間瞬態(tài)信號(hào)進(jìn)行快速識(shí)別處理，反演計(jì)算出能量大小，報(bào)告事件發(fā)生時(shí)刻并存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)；同時(shí)控制整個(gè)系統(tǒng)、并與ｐｃ機(jī)或其它系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)發(fā)送。

２ 前級(jí)預(yù)處理電路模塊

２．１光電轉(zhuǎn)換

由于空間瞬態(tài)光輻射信號(hào)速度快、動(dòng)態(tài)范圍大，故對(duì)光輻射探測(cè)器要求較高。本文采用日本濱松公司的ｓ２３８７－１０１０ｒ硅光電二極管，它具備靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、時(shí)間響應(yīng)快和覆蓋范圍大等特性。

２．２ 背景扣除

太陽(yáng)光輻射能量比空間瞬態(tài)光輻射信號(hào)能量高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于系統(tǒng)而言，由于太陽(yáng)光的影響，目標(biāo)信號(hào)十分微弱，大多掩埋在強(qiáng)噪聲之中。因此必須對(duì)強(qiáng)背景信號(hào)進(jìn)行扣除處理，提取出有用目標(biāo)事件瞬態(tài)信號(hào)。

在信號(hào)自動(dòng)處理和分析技術(shù)中，強(qiáng)背景下弱信號(hào)的提取是一個(gè)難點(diǎn)。本文根據(jù)背景信號(hào)變化緩慢而目標(biāo)信號(hào)變化快速的特點(diǎn)，采用高通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行背景扣除。