基于FPGA的闪电光电磁高速信息综合处理

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:xiangcool2
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雷电作为日常生活中常见的一种自然现象,对人类的生产生活都有着重大的影响,每年雷电灾害给人类造成严重的经济损失和人员伤亡,例如森林大火、电力故障以及航天航空事故等,因此研究雷电防护尤其是雷电多发区的雷电监测和预警意义重大。FPGA的日渐成熟,为处理大量、高速数据带来了巨大的益处,尤其是在实时处理方面,其具有传统技术不可替代的作用。本论文在对雷电及雷电系统研究基础上,联合开发基于FPGA单站式雷电监测定位系统,实现闪电实时定位、特征信息提取以及数据存储与显示。相比之前的雷电监测系统,本论文设计的系统最大的优点在于对数据的实时性处理。所谓实时性就是在接收到雷电信息的同时,获取雷电的相关数据,如定位信息、峰值等。要实现实时性,必须要求FPGA能够达到所需要的数据处理能力以及PCIExpress总线传输速度必须满足数据不丢失的要求。根据实际情况,设计采用了Xilinx公司的Sparton-3A DSP1800型号的FPGA作为硬件实现,并在X3-10M板卡上进行设计验证。通过实地测试验证,满足相关设计要求,在数据不丢失的同时,也满足实时性的要求。本论文的重点在于确定数据采集流程的方案,包括A/D采样、数据流整合、特征数据提取、数据的打包传输以及GPS时间提取。难点在于如何对数据进行实时性打包传输以及特征信息提取的算法如何在硬件平台上实现。总体上讲,本论文实现了基于FPGA的闪电光电磁信息综合处理,在实现过程中有以下几个创新点:1、信息的实时性处理,及时获取了闪电相关特征数据;2、基于回击波形的峰值提取算法研究,准确获取闪电回击波形峰值;3、通过IP core实现闪电定位算法,成功获取闪电定位信息。
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