基于FPGA技术的微波湿度计数据处理与控制单元的设计与仿真

论文摘要

数据处理与控制单元是风云三号卫星微波湿度计（MWHS）的重要组成部分,它对信号进行采集和数字化处理,并根据处理结果控制系统的工作状态;通过1553B总线与卫星进行通讯。本文的主要内容是利用FPGA技术实现对风云三号卫星微波辐射计的数据处理和系统控制,达到对系统的小型化设计,从而对提高微波湿度计的可靠性和安全性具有重要意义。具体包括以下几方面的工作:○1阐述了利用毫米波进行大气湿度探测的工作机理,简要介绍了风云三号卫星微波湿度计的系统组成及功能;○2介绍了1553B总线通信的协议,并对1553B通信控制芯片BU-65170的通信原理进行了深入分析;○3分析了风云三号卫星微波湿度计数据处理与控制单元的组成与功能,对利用FPGA技术实现数据采集,执行遥控指令,控制微波湿度计工作状态等功能的工作原理进行了详细分析;○4在FPGA设计中,使用了XILINX的ISE设计平台,采用Verilog语言进行设计。通过使用Modelsim对FPGA进行时序仿真和功能仿真表明,各功能模块配合工作正确,能够完成通信,控制和数据采集的需求;○5对微波湿度计数据处理与控制单元的FPGA设计并进行了系统调试,用CHIPSCOPE在线逻辑分析仪对逻辑时序进行测试,满足设计要求。利用FPGA技术实现微波湿度计的数据采集与系统控制,优化了电路结构,减小了电路板的体积,充分体现了FPGA技术的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 绪言
• 1.2 大气湿度微波探测技术的发展
• 1.3 卫星有效载荷数据处理和通信的技术实现
• 1.4 论文工作简介
• 第二章 微波湿度计系统的工作原理分析
• 2.1 前言
• 2.2 微波辐射计探测大气湿度的基本原理
• 2.3 风云三号卫星微波湿度计的系统组成与功能
• 2.4 风云三号卫星微波湿度计扫描方式和成像要素
• 2.5 控制与数据处理单元功能需求分析
• 2.6 1553B 总线通信协议和原理分析
• 2.6.1 1553B 总线控制芯片原理介绍
• 2.6.2 系统与1553B 总线通信协议介绍
• 2.7 控制与数据处理单元的工程实现方案
• 2.8 小结
• 第三章 风云三号微波湿度计控制与数据处理单元的系统需求分析
• 3.1 前言
• 3.2 FPGA 实现部分的功能需求分析
• 3.2.1 数据采集部分
• 3.2.1.1 需要采集的数据
• 3.2.1.2 数据包的协议和结构
• 3.2.2 系统控制部分
• 3.2.3 通讯部分
• 3.2.4 天线接口部分
• 3.3 可靠性设计和分析
• 3.4 小结
• 第四章 基于FPGA 技术的湿度计控制与数据处理单元的设计
• 4.1 前言
• 4.2 FPGA 技术简介
• 4.3 硬件电路设计部分
• 4.3.1 接口设计
• 4.3.2 LVDS 原理与接口电路设计
• 4.4 FPGA 设计部分
• 4.4.1 系统信息流程图
• 4.4.1.1 总线控制模块
• Process_Module）'>4.4.1.2 天线驱动模块（Ant_Process_Module）
• Process_Module）'>4.4.1.3 数据采集与AGC 控制模块（AGC_Process_Module）
• Switch_Module）'>4.4.1.4 通道开关控制模块（Chanel_Switch_Module）
• 4.4.2 各模块层次定义和信息接口约定
• 4.5 结束语
• 第五章 微波湿度计控制与数据处理单元的实现及测试结果
• 5.1 前言
• 5.2 控制与数据处理单元的硬件工作原理
• 5.3 FPGA 实现和仿真
• 5.3.1 仿真工具及介绍
• 5.3.2 Testbenches 设计和ModleSim 仿真
• 5.3.3 硬件实现和ChipScope 时序仿真
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考书目
• 发表论文
• 附录