激光测风信号处理板的设计与实现

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1、摘要激光多普勒雷达系统是测量大气风场有效的工具，利用激光多普勒效应进行测风是目前最先进的测量风场的技术之一。由于其高精度、实时性和测量范围大的突出优点，使得大气风场的测量广泛使用了激光测风技术。本文在测风数字信号处理技术要求的基础上，讨论了如何具体的实现多普勒频率和风速的计算。首先，对目前激光测风技术的主要方法和测风原理进行了简单的介绍，接着给出了AD采样板的基本结构，然后重点介绍了信号处理板的硬件结构和算法实现。包括对含有风场信息的信号进行FFT、非相干积累、求模、选大等操作以及通过FPGA实现同上位机的UART通信和USB通信的设计

2、。通过VisualDSP++和QuartusII的仿真结果，证实了本设计的可行性。关键词：激光测风多普勒信号处理FFTUARTUSBAbstractDopplerwindlidarisallefficiencytoolofmeasuringatmospherewindfield,UsingDopplereffectisconsideredasoneofthemostMvancecltechnologyofmeasuringwindfield．Dopplerwindlidariswidelyusedinthefieldofmeasurin

3、gwindfieldbecauseofitshighprecision、realtimeandlargemeasuringrange．ThearticlediscusseshowtorealizetheDopplerfTequenceandthespeedofthewindbasedontheDopplerwindlidartechnicalrequirementsofDigitalsignalprocessing．Firstofall，itsimplyintroducesthemaintheoryandmeansofDopplerwi

4、ndlidar．AndtheIl，gosewiththebasicconfigurationchartofthehighspeedA／Dcollectingboard．Afterthatthemainjobofthearticleisexplainingthehardwareconfigurationandtherealizationofthearithmetic，includingtheFFTcalculatingoftheDopplersi孕laI、thetheoryofnonrelativeaccumulate、Seekmode、

5、maximumselectionandthedesignofthecommunicationthroughUARTandUSBinFPGA．TheemulateresultsofVisualDSP++andQuartusIIprovethefeasibilityofthedesign．Keyword：DopplerWindlidarDopplersignalpmc舔singFl丌UARTUSB独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以

6、外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：蘼缸鉴日期Z△姐．；。醒关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复

7、印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后遵守此规定)本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：烨吵日啤幺第一章绪论1．1激光测风研究的目的和意义大气风场在现代社会中的作用日益重要，而测风激光雷达己被认同为可以快速、准确测量大气三维风场的遥感设备。北美、欧洲的发达国家都己早已开始着手激光测风雷达的研制并取得了一定的成果。据专家预测，在未来十年，激光雷达将在天气、气象、以及其它领域发挥前所未有的作用。大气风场观测的一个重要应用是数值天

8、气预报。国际上一直积极发展数值天气预报模型。风场数据与大气压力梯度等参数密切相关，由于风场数据的严重缺乏，给数值预报模型的进一步发展带来了困难。使用激光测风雷达测量风场有助于行星尺度动力学、天气尺度动力学以