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DSP和CPLD的空间瞬态光辐射信号实时探测研究

2014-09-23 01:43 摘要：探测系统对输入的空间瞬态光辐射信号进行实时识别处理，反演估算出空间瞬态信号能量大小并报告发生时刻。采用DSP CPLD的数字处理方案，利用DSP的高速数字信号处理特性及COLD的复杂逻辑可编程特性，可实现对瞬态信号的实时识别和处理。其中用CPLD实现A/D变速率采样，解决了嵌入式系统线路板面积有限与实时处理需要大容量存储空间的矛盾。

我国现役空间瞬态光辐射信号探测系统中，老型号较多，大部分没有配备自动检测和录取设备。空间瞬态信号的录取、数据的处理和上报大多由人工进行，难以胜任复杂环境下快速、准确录取信号以及气象情报入网的要求。为适应现代化气象分析的要求，采用ＤＳＰ＋ＣＰＬＤ的方式将极大地提高现有空间瞬态信号探测的自动录取和分析能力。

在实时信号处理技术中，ＤＳＰ＋ＣＰＬＤ方式是目前国际上比较通用的方法，如美国、俄罗斯等多采用这种方式。ＤＳＰ是一种可编程的数字微处理器。与单片机相比，ＤＳＰ芯片具有更适于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法。本文采用美国ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ３Ｘ系列浮点ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｃ３２作为整个系统的主机，利用其完成系统的控制和数字信号处理功能。

ＣＰＬＤ是一种多用途、高密度的复杂可编程逻辑器件，可将系统的部分或全部功能集成在一块芯片上，并且具有设计方便灵活、易于修改等特点，可大大缩短研制时间，并减小系统硬件复杂度。本文采用美国ＡＬＴＥＲＡ公司的ＭＡＸ７０００Ｓ系列ＣＰＬＤ芯片ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８４，利用ＣＰＬＤ实现Ａ／Ｄ变速率采样及其它逻辑控制。

１ 系统组成及基本原理

本探测系统主要解决了嵌入式系统线路板面积有限与实时数据处理需要大量存储空间的矛盾，实现实时处理信号。

如图１所示，空间瞬态光辐射信号实时探测系统主要由三大模块组成：前级预处理电路模块、Ａ／Ｄ变速率采样模块、ＤＳＰ信号识别及存储模块。

各模块的主要功能为：

（１）前级预处理电路模块，负责空间瞬态光辐射信号的光电转换、背景扣除、动态范围压缩等任务；

（２）Ａ／Ｄ变速率采样模块，负责触发信号产生、上升速率初判、信号采集时序控制、Ａ／Ｄ变速率采样及ＦＩＦＯ缓冲存储等任务；

（３）ＤＳＰ信号识别及存储模块，负责对空间瞬态信号进行快速识别处理，反演计算出能量大小，报告事件发生时刻并存储和传输数据；同时控制整个系统、并与ＰＣ机或其它系统传输数据发送。

２ 前级预处理电路模块

２．１光电转换

由于空间瞬态光辐射信号速度快、动态范围大，故对光辐射探测器要求较高。本文采用日本滨松公司的Ｓ２３８７－１０１０Ｒ硅光电二极管，它具备灵敏度高、动态范围大、时间响应快和覆盖范围大等特性。

２．２ 背景扣除

太阳光辐射能量比空间瞬态光辐射信号能量高几个数量级。对于系统而言，由于太阳光的影响，目标信号十分微弱，大多掩埋在强噪声之中。因此必须对强背景信号进行扣除处理，提取出有用目标事件瞬态信号。