极紫外成像仪信号处理系统设计与实现

论文摘要

地球等离子体层中He+对太阳辐射中的30.4nm波长的极紫外（EUV,extreme ultraviolet）辐射形成共振散射,由于等离子层中的He+的30.4nm辐射近似满足光学薄假设,因而其强度反映了He+的柱密度。因此,对地球等离子体30.4nm极紫外辐射成像可以直接对地球等离子层进行探测,是研究地球空间磁层空间暴的触发机制和物理模型的重要手段,是进行精确磁暴预测、地球空间环境研究、空间天气预报、自然灾害预测等研究的重要途径。极紫外成像仪（EUVI）通过对30.4nm的He+共振散射分布进行成像,实现对于地球等离子体层的冷等离子体分布进行研究的目的。极紫外成像仪采用单光子成像技术,通过记录到达成像仪像平面的每个光子的位置,并经过一定时间积分达到总体成像的目的。信号处理部分是极紫外成像仪的核心部分,担负着对来自传感器探头的信号进行采集、分析、处理的重任。在信号处理系统的设计上,以DSP数字信号处理单元为核心,以快速实时为设计要求,并配合模块化的软件程序完成成像工作。本文首先对极紫外成像仪的工作原理以及成像机理进行了系统的描述,对其成像过程进行了系统的分析,并根据成像原理对成像仪构成部件进行了介绍。之后着重介绍了极紫外成像仪信号处理系统样机的设计,包括器件的选择、硬件电路的设计与实现,以及软件程序的设计思想、模块化处理方法、程序模块流程介绍等。最后通过成像仪在实验室仿真实验的结果验证了极紫外成像仪原理性设计的可行性与正确性,同时结合实验中出现的问题,对目前原理性样机存在的问题进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概论
• 1.1 课题背景与研究目标
• 1.1.1 课题背景及国内外发展状况
• 1.1.2 研究任务和目标
• 1.2 面临的挑战
• 1.3 本文工作及论文结构
• 1.3.1 本文工作
• 1.3.2 论文结构
• 第二章 极紫外成像仪工作原理
• 2.1 成像仪工作原理
• 2.2 极紫外成像仪组成部分及各部分功能
• 2.3 信号处理系统设计原理
• 第三章 数字信号处理系统硬件设计与实现
• 3.1 数字信号处理系统硬件设计原理与硬件芯片选择
• 3.1.1 数据处理与控制电路
• 3.1.2 信号采集及接口电路
• 3.2 信号处理系统主要工作电路设计
• 3.2.1 信号采集与接口电路的设计
• 3.2.2 数据处理与控制电路设计
• 3.2.3 高压单元控制电路设计
• 3.2.4 硬件电路工作流程图
• 3.2.5 印刷电路板设计
• 第四章 数字信号处理系统软件设计与实现
• 4.1 数字信号处理系统的软件编程
• 4.1.1 数字信号处理系统程序编程环境
• 4.1.2 数字信号处理系统软件编程思想
• 4.1.3 数字信号处理系统主要软件程序
• 4.2 CPLD 芯片的软件编程
• 4.2.1 CPLD 芯片的开发环境
• 4.2.2 信号转换功能的实现
• 4.2.3 异步通信模块功能实现
• 第五章 实验室仿真实验及结果分析
• 5.1 实验室仿真环境
• 5.2 实验室仿真实验情况与结果分析
• 5.3 结论
• 总结与展望
• 参考文献
• 研究生阶段研究成果小结
• 发表论文
• 项目研究成果
• 致谢
• 附录A TMS320C31 芯片简介
• 附录B VHDL 实现信号转换模块程序
• 附录C VHDL 实现 UART 发送模块程序