基于FPGA的多普勒测振计信号采集与处理系统设计方案

为了实现激光-水声浅海地形遥感探测中水声信号的实时解调与处理，本文提出了一种基于FPGA的激光多普勒测振计信号采集与处理系统的设计方案。以Cyclone Ⅱ系列FPGA为核心控制模块，结合ADS1174模数转换芯片、DAC8551数模转换芯片和MAX3232收发芯片，实现了高速数据采集和串口通信。该方案中所设计的信号采集系统具有性能可靠、实时性强、集成度高、扩展灵活等特点 本文探讨的是一种基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的多普勒测振计信号采集与处理系统设计方案，主要应用于激光-水声浅海地形遥感探测中的水声信号实时解调与处理。设计的核心是Cyclone Ⅱ系列FPGA，它作为系统控制模块，与ADS1174模数转换器、DAC8551数模转换器和MAX3232收发芯片协同工作，实现了高速数据采集及串口通信。 传统的浅海地形测量方法受限于船只无法进入的区域，而通过机载平台结合光声测量技术，可以克服这一问题。激光多普勒测振计系统利用多普勒效应测量水表面振动速度，获取水下的声信息。FPGA信号采集与处理系统在此过程中起到关键作用，它需要具备高速实时处理能力以及适应各种工作环境的特点。 系统总体结构分为核心板和底层板两部分，其中FPGA芯片采用Altera公司的Cyclone Ⅱ系列，具有高速处理能力。硬件电路包括信号调理模块、模数转换电路、数模转换电路和串行通信接口。电源转换电路确保了不同电压需求的满足，信号调理电路则采用高性能的差分放大器进行信号预处理。模数转换器ADS1174支持高速数据采集，数模转换器DAC8551用于模拟信号输出。通信接口部分，MAX3232芯片用于TTL电平与RS232标准电平的转换。 在FPGA逻辑设计上，使用Quartus Ⅱ开发环境进行设计、仿真和调试。FPGA首先等待数据采集完成的使能信号，然后读取并缓存16位数据。当FIFO接近满载时，启动数据处理逻辑，通过乘加运算和流水线技术进行信号处理，运算结果存储在双口RAM中。双口RAM允许并行读写操作，数据准备输出时，通过串行接口发送给上位机。D/A转换逻辑在收到24位数据和同步信号后启动，生成模拟信号。 该设计方案构建了一个高性能、实时性强、集成度高的信号采集与处理系统，特别适用于激光多普勒测振计在水声遥感探测中的应用。通过FPGA的灵活配置，该系统能够适应各种复杂的信号处理需求，提高了遥感探测的效率和精度。