【摘要】
为了提升系统的实时采集分析的能力以便于实时得到静态干涉仪的光谱信息，在处理实时光谱数据的时候FPGA芯片采用HDL语言去编程驱动芯片处理的程序。成功地完成了加快傅里叶变换的速度、完成了对干涉条纹的降噪滤波处理、光谱数据的传输等固有处理程序方面的功能都是在FPGA芯片中完成的。通过实验得出的数值和仿真值差不多相同的实验结果的情况下，可以说明本文设计研究的基于FPGA的实时光谱采集分析系统是可以实现。
【关键词】
FPGA；HDL；静态干涉仪
引言
静态干涉仪是一款从传统迈克尔逊干涉仪平台上改进而来的光谱收集空间调制型器件，通过选用一个采用微小的角度去代换传统上的动镜使其变成为有微小角度的反射镜，然后得出系列不同的光程差数值出来，最后得到目标光源的光谱信息。之所以其不易波动有比较好的稳定性能和面对干扰有较强的抵抗能力、比较高的抗震动的性能，而且具有简易的内部结构和其内部的链接也很紧密，是因为其剔除了传统上的扫描结构与机械运动部分，目的是在于为其在大范围的生活生产应用里能创造出更加便利的条件[1~2]。FPGA是通过在PAL、CPLD等可以进行编程的芯片的平台上进行集成改进后的器件称为现场可编程门阵列器件。之所以其具有较高的自由机动性、比较快的数据处理能力、集成化程度很高等优势是因为器件本身就是硬件。之所以其能大范围地在处理数字信号区域里采用是因为它解决了传统上可以进行编程器件门电路数局限性的难题以及解决了定制电路的劣势。
1静态干涉仪的原理及结构
静态迈克尔逊干涉系统是一款从传统迈克尔逊干涉仪平台上改进而来的光谱收集空间调制型器件，通过选用一个采用微小的角度的镜去代换传统上的动镜使其变为有微小角度的反射镜。光线1进入系统后，遇到分束镜最后分束成为两束光，部分光经反射镜1反射回柱面镜，因为反射镜1有微小角度的存在导致了这束光并非原路返回，而是和光线2经反射镜2反射回的光线产生相干现象，出现了干涉条纹。由此得出其他光线也是和其他光线产生干涉的，然后干涉条纹就出现在整个柱面镜上，最后再通过CCD采集由柱面镜汇聚CCD的光谱信息。当FPGA第一时间收到由CCD采集传入的光谱信息时，立即在FPGA芯片中开展对光谱信息的处理程序包括降噪滤波的处理工作，在经处理后的光谱信息中通过运用FFT算法提取出有用的频谱信息然后显示结果。
2FPGA处理系统
2.1总体设计
首先就要求系统有较快的数据实时处理的性能，就是在开展当前数据处理的时候还可以有能力腾出手来解决下一帧数据的能力。本文研究设计的系统为了满足系统较高的实时处理能力的要求，选择了可以进行编程的FPGA因为它在快速处理能力方面很出色而且功能很强大能同时进行多种运算的处理。简而言之本系统运行的基本原理就是由CCD采集并传入FPGA的光谱信息的数据在芯片中完成降噪、滤波、对相位校正标定、及快速傅里叶变换等固有程序功能。
2.2FFT算法模块
平时在使用FPGA设计完成逻辑电路和时序编写时候，面对庞大的大数据时单纯使用HDL时是不能成功完成任务的是非常艰难的。设计选用的算法结构是基2算法，基2算法的特点就是以16位数据为进出单位，而且可以通过SCH值设定右移位数。基2算法在系统工作过程中采用的是很高效率的工作模式，即是可以同时保证当前数据输入接收工作进行时还可以同时将之前处理过的数据缓存在双端口RAM中，在实际操作过程中往往只需分别添加4块RAM和乘法器就可以满足快速运算的性能了，就比如说1024点的快速傅里叶变换，60MHz差不多也就90us就完成了。由此准备好满足以上要求的实验平台，像元素要求达到1024而且要达到10bit的分辨率，光谱的应用范围在200~1300nm。首先对光谱信息进行采集，然后将CCD采集到的信息传给芯片开始进行一系列的固有程序处理工作包括对光谱信息的降噪滤波啊还有相位标定还有完成傅里叶变换等处理工作。结果显示，实验数据的误差还是比较理想，都还在允许的误差3%以下范围内是可以满足检测信息的准确性要求的。
3结论
本文设计的是基于FPGA的静态实时光谱采集与处理系统满足对复杂光谱信息数据快速采集处理的要求。可以快速采集到光谱信息，然后快速进行降噪滤波采样快速傅里叶变换等固有程序处理，最后经相位标定校正得出结果。
作者；王宇飞 单位：吉林省经济管理干部学院
参考文献
[1]张敬波.基于DSP的傅里叶光谱仪测量控制系统[D].长春：吉林大学，2004.
[2]孙方，代作晓，华建文，等.一种傅里叶变换光谱仪动镜速度测量系统[J].半导体光电，2007，2（4）：244~248.