基于FPGA的闪电信号处理研究

论文摘要

雷电是一种气候现象,其发生一般伴随着雷鸣和闪电,同时闪电的发生会放出巨大的电流,能够产生的巨大能量和破坏力。在上世纪末,雷电灾害被列为最严重的十种自然灾害之一。随着人类活动范围和领域的不断扩大,雷电危害的形式和范围也越来越大,遭受雷击并造成重大损失的可能性越来越大。目前来说雷电探测的应用非常广泛,有效的分析雷电探测系统收集的数据可以有效的减少雷电带来的损失。目前有低频、高频、甚高频等方式进行雷电探测,本论文以光学方式从地面进行光频段的雷电监测,获取闪电信号的有效信息,为雷电预警研究提供参考。本论文主要研究如何真实地、实时地采集闪电的光学特征参数,通过对大区域空间光强变化进行实时分析,判断是否发生闪电,并触发CCD相机记录闪电的图像信息。具体而言,本论文主要就以下几个方面进行研究开发工作:根据闪电脉冲的特征变化,设计合理算法,判断是否发生闪电,在确认有闪电发生的情况下触发相机进行拍照,同时将各类相关数据进行数据编码,并将已编码的相关数据发送到工控机。研究中采用FPGA实现上述闪电判断、数据处理及通信控制,经测试各个部分的程序都能良好的运行并实现相关功能。最后将各个程序模块综合在一起测试,保证最终能够实现基于FPGA的闪电信号处理,最终完成光频段的雷电探测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题目的意义
• 1.3 课题预期目标和研究任务
• 2 光频段雷电图像探测方案设计
• 2.1 光频段雷电图像探测整体方案设计
• 2.2 闪电脉冲数据分析记录模块总体方案设计
• 2.3 基于FPGA 的闪电信号处理研究的方案设计
• 2.4 本章小结
• 3 闪电信号判断程序设计及验证
• 3.1 闪电信号判断整体算法
• 3.2 闪电信号判断各个模块设计
• 3.3 FPGA 片内FIFO 数据缓存
• 3.4 闪电信号判断程序设计及验证结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 相关数据处理和控制程序设计及验证
• 4.1 数据编码具体格式
• 4.2 SRAM 的数据存取
• 4.3 EEPROM 的数据存取
• 4.4 二级放大单元放大倍数控制
• 4.5 数据传输模块
• 4.6 光频段雷电图像探测整体设计
• 4.7 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 存在问题及后续研究建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 部分相关设计VerilogHDL 程序