DSP和CPLD的空間瞬態(tài)光輻射信號實時探測研究

摘要：探測系統(tǒng)對輸入的空間瞬態(tài)光輻射信號進行實時識別處理，反演估算出空間瞬態(tài)信號能量大小并報告發(fā)生時刻。采用dsp+cpld的數(shù)字處理方案，利用dsp的高速數(shù)字信號處理特性及cold的復雜邏輯可編程特性，可實現(xiàn)對瞬態(tài)信號的實時識別和處理。其中用cpld實現(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時處理需要大容量存儲空間的矛盾。

關鍵詞：dsp cpld 實時處理我國現(xiàn)役空間瞬態(tài)光輻射信號探測系統(tǒng)中，老型號較多，大部分沒有配備自動檢測和錄取設備?？臻g瞬態(tài)信號的錄取、數(shù)據(jù)的處理和上報大多由人工進行，難以勝任復雜環(huán)境下快速、準確錄取信號以及氣象情報入網(wǎng)的要求。為適應現(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)信號探測的自動錄取和分析能力。

在實時信號處理技術中，ｄｓｐ＋ｃｐｌｄ方式是目前國際上比較通用的方法，如美國、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。與單片機相比，ｄｓｐ芯片具有更適于數(shù)字信號處理的軟件和硬件資源，可用于復雜的數(shù)字信號處理算法。本文采用美國ｔｉ公司的ｔｍｓ３２０ｃ３ｘ系列浮點ｄｓｐ芯片ｔｍｓ３２０ｃ３２作為整個系統(tǒng)的主機，利用其完成系統(tǒng)的控制和數(shù)字信號處理功能。

ｃｐｌｄ是一種多用途、高密度的復雜可編程邏輯器件，可將系統(tǒng)的部分或全部功能集成在一塊芯片上，并且具有設計方便靈活、易于修改等特點，可大大縮短研制時間，并減小系統(tǒng)硬件復雜度。本文采用美國ａｌｔｅｒａ公司的ｍａｘ７０００ｓ系列ｃｐｌｄ芯片ｅｐｍ７１２８ｓｌｃ８４，利用ｃｐｌｄ實現(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系統(tǒng)主要解決了嵌入式系統(tǒng)線路板面積有限與實時數(shù)據(jù)處理需要大量存儲空間的矛盾，實現(xiàn)實時處理信號。

空間瞬態(tài)光輻射信號實時探測系統(tǒng)主要由三大模塊組成：前級預處理電路模塊、ａ／ｄ變速率采樣模塊、ｄｓｐ信號識別及存儲模塊。

各模塊的主要功能為：

（１）前級預處理電路模塊，負責空間瞬態(tài)光輻射信號的光電轉(zhuǎn)換、背景扣除、動態(tài)范圍壓縮等任務；

（２）ａ／ｄ變速率采樣模塊，負責觸發(fā)信號產(chǎn)生、上升速率初判、信號采集時序控制、ａ／ｄ變速率采樣及ｆｉｆｏ緩沖存儲等任務；

（３）ｄｓｐ信號識別及存儲模塊，負責對空間瞬態(tài)信號進行快速識別處理，反演計算出能量大小，報告事件發(fā)生時刻并存儲和傳輸數(shù)據(jù)；同時控制整個系統(tǒng)、并與ｐｃ機或其它系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)發(fā)送。

２ 前級預處理電路模塊

２．１光電轉(zhuǎn)換

由于空間瞬態(tài)光輻射信號速度快、動態(tài)范圍大，故對光輻射探測器要求較高。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、動態(tài)范圍大、時間響應快和覆蓋范圍大等特性。

２．２ 背景扣除

太陽光輻射能量比空間瞬態(tài)光輻射信號能量高幾個數(shù)量級。對于系統(tǒng)而言，由于太陽光的影響，目標信號十分微弱，大多掩埋在強噪聲之中。因此必須對強背景信號進行扣除處理，提取出有用目標事件瞬態(tài)信號。

在信號自動處理和分析技術中，強背景下弱信號的提取是一個難點。本文根據(jù)背景信號變化緩慢而目標信號變化快速的特點，采用高通濾波器對信號進行背景扣除。