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【摘要】

為了提升系統的實時采集分析的能力以便于實時得到靜態干涉儀的光譜信息，在處理實時光譜數據的時候fpga芯片采用HDL語言去編程驅動芯片處理的程序。成功地完成了加快傅里葉變換的速度、完成了對干涉條紋的降噪濾波處理、光譜數據的傳輸等固有處理程序方面的功能都是在FPGA芯片中完成的。通過實驗得出的數值和仿真值差不多相同的實驗結果的情況下，可以說明本文設計研究的基于FPGA的實時光譜采集分析系統是可以實現。

【關鍵詞】

FPGA；HDL；靜態干涉儀

引言

靜態干涉儀是一款從傳統邁克爾遜干涉儀平臺上改進而來的光譜收集空間調制型器件，通過選用一個采用微小的角度去代換傳統上的動鏡使其變成為有微小角度的反射鏡，然后得出系列不同的光程差數值出來，最后得到目標光源的光譜信息。之所以其不易波動有比較好的穩定性能和面對干擾有較強的抵抗能力、比較高的抗震動的性能，而且具有簡易的內部結構和其內部的鏈接也很緊密，是因為其剔除了傳統上的掃描結構與機械運動部分，目的是在于為其在大范圍的生活生產應用里能創造出更加便利的條件[1~2]。FPGA是通過在PAL、CPLD等可以進行編程的芯片的平臺上進行集成改進后的器件稱為現場可編程門陣列器件。之所以其具有較高的自由機動性、比較快的數據處理能力、集成化程度很高等優勢是因為器件本身就是硬件。之所以其能大范圍地在處理數字信號區域里采用是因為它解決了傳統上可以進行編程器件門電路數局限性的難題以及解決了定制電路的劣勢。

1靜態干涉儀的原理及結構

靜態邁克爾遜干涉系統是一款從傳統邁克爾遜干涉儀平臺上改進而來的光譜收集空間調制型器件，通過選用一個采用微小的角度的鏡去代換傳統上的動鏡使其變為有微小角度的反射鏡。光線1進入系統后，遇到分束鏡最后分束成為兩束光，部分光經反射鏡1反射回柱面鏡，因為反射鏡1有微小角度的存在導致了這束光并非原路返回，而是和光線2經反射鏡2反射回的光線產生相干現象，出現了干涉條紋。由此得出其他光線也是和其他光線產生干涉的，然后干涉條紋就出現在整個柱面鏡上，最后再通過CCD采集由柱面鏡匯聚CCD的光譜信息。當FPGA第一時間收到由CCD采集傳入的光譜信息時，立即在FPGA芯片中開展對光譜信息的處理程序包括降噪濾波的處理工作，在經處理后的光譜信息中通過運用FFT算法提取出有用的頻譜信息然后顯示結果。

2FPGA處理系統

2.1總體設計

首先就要求系統有較快的數據實時處理的性能，就是在開展當前數據處理的時候還可以有能力騰出手來解決下一幀數據的能力。本文研究設計的系統為了滿足系統較高的實時處理能力的要求，選擇了可以進行編程的FPGA因為它在快速處理能力方面很出色而且功能很強大能同時進行多種運算的處理。簡而言之本系統運行的基本原理就是由CCD采集并傳入FPGA的光譜信息的數據在芯片中完成降噪、濾波、對相位校正標定、及快速傅里葉變換等固有程序功能。

2.2FFT算法模塊

平時在使用FPGA設計完成邏輯電路和時序編寫時候，面對龐大的大數據時單純使用HDL時是不能成功完成任務的是非常艱難的。設計選用的算法結構是基2算法，基2算法的特點就是以16位數據為進出單位，而且可以通過SCH值設定右移位數。基2算法在系統工作過程中采用的是很高效率的工作模式，即是可以同時保證當前數據輸入接收工作進行時還可以同時將之前處理過的數據緩存在雙端口RAM中，在實際操作過程中往往只需分別添加4塊RAM和乘法器就可以滿足快速運算的性能了，就比如說1024點的快速傅里葉變換，60MHz差不多也就90us就完成了。由此準備好滿足以上要求的實驗平臺，像元素要求達到1024而且要達到10bit的分辨率，光譜的應用范圍在200~1300nm。首先對光譜信息進行采集，然后將CCD采集到的信息傳給芯片開始進行一系列的固有程序處理工作包括對光譜信息的降噪濾波啊還有相位標定還有完成傅里葉變換等處理工作。結果顯示，實驗數據的誤差還是比較理想，都還在允許的誤差3%以下范圍內是可以滿足檢測信息的準確性要求的。

3結論

本文設計的是基于FPGA的靜態實時光譜采集與處理系統滿足對復雜光譜信息數據快速采集處理的要求。可以快速采集到光譜信息，然后快速進行降噪濾波采樣快速傅里葉變換等固有程序處理，最后經相位標定校正得出結果。

作者；王宇飛 單位：吉林省經濟管理干部學院

參考文獻

[1]張敬波.基于DSP的傅里葉光譜儀測量控制系統[D].長春：吉林大學，2004.

[2]孫方，代作曉，華建文，等.一種傅里葉變換光譜儀動鏡速度測量系統[J].半導體光電，2007，2（4）：244~248.