一種基于fpga的數(shù)據(jù)解調(diào)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于FPGA的數(shù)據(jù)解調(diào)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖檢波器是光纖干設(shè)儀技術(shù)在傳感領(lǐng)域的重要應(yīng)用，在水聲監(jiān)測(cè)、石油勘探等 領(lǐng)域都有著重要的作用。外界振動(dòng)、聲壓等信息通過影響光纖檢波器中光纖干設(shè)儀的相位， 從而導(dǎo)致干設(shè)儀輸出的信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生規(guī)律性的變化。因此，為了如實(shí)地反應(yīng)出外界的物理 信息，需要能夠從接收到的強(qiáng)度數(shù)據(jù)通過一定的方法反算出其中的相位信息，同時(shí)通過數(shù) 據(jù)傳輸手段，將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)等操作。由于在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng) 中，通常會(huì)有多個(gè)通道的光纖檢波器的信號(hào)需要進(jìn)行同時(shí)處理，數(shù)據(jù)處理量大，對(duì)信息的實(shí) 時(shí)性要求也較高。
[0003] 傳統(tǒng)的光纖檢波器數(shù)據(jù)解調(diào)方案多采用DSP值igital Signal Processing,數(shù)字 信號(hào)處理）巧片，DSP在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理時(shí)可W較為方便地進(jìn)行乘加運(yùn)算，DSP在完成該 類運(yùn)算時(shí)，需要進(jìn)行如下操作：讀存儲(chǔ)器=〉取操作數(shù)=〉取指令=〉運(yùn)算=〉寫存儲(chǔ)器= 〉存儲(chǔ)運(yùn)算結(jié)果。為了提高運(yùn)算速度，人們一般希望在一個(gè)指令周期中能夠多次進(jìn)行存儲(chǔ)器 讀寫操作，W盡量縮短非運(yùn)算時(shí)間。目前DSP廣泛采用了哈佛結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的馮?諾伊曼結(jié) 構(gòu)，能支持在一個(gè)指令周期內(nèi)進(jìn)行多次存取操作，該種體系結(jié)構(gòu)適用于非關(guān)聯(lián)性順序算法 的實(shí)現(xiàn)。
[0004] 當(dāng)采用一個(gè)只能分時(shí)運(yùn)行的DSP巧片而系統(tǒng)需要調(diào)度多個(gè)時(shí)間要求緊迫的任務(wù) 時(shí)，用戶就會(huì)面臨非常復(fù)雜的編程問題，同時(shí)效率受到制約。而典型的光纖檢波器信號(hào)處理 算法會(huì)關(guān)聯(lián)多個(gè)當(dāng)前、過去及未來的狀態(tài)，包括許多環(huán)路和并行運(yùn)算結(jié)構(gòu)；而且在時(shí)分復(fù)用 系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)量較大，存在多路的輸入信號(hào)數(shù)據(jù)需要處理，因此通用DSP實(shí)現(xiàn)該類應(yīng)用的效 率并不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題；如何提高數(shù)據(jù)解調(diào)的效率。
[0007](二）技術(shù)方案
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于FPGA的數(shù)據(jù)解調(diào)方法，所述方法包 括：
[0009] 接收光纖檢波器發(fā)送的多路數(shù)字信號(hào)，所述多路數(shù)字信號(hào)均經(jīng)過時(shí)分復(fù)用處理；
[0010] 對(duì)所述多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解時(shí)分復(fù)用處理，W獲取與各路數(shù)字信號(hào)分別對(duì)應(yīng)的傳 感數(shù)據(jù)；
[0011] 對(duì)各路傳感數(shù)據(jù)分別進(jìn)行檢波W及低通濾波處理；
[0012] 對(duì)所述各路傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行反正切處理，W獲取所述各路傳感數(shù)據(jù)的相位信息。
[0013] 優(yōu)選地，所述方法還包括；對(duì)所述相位信息進(jìn)行抗混疊濾波處理，并對(duì)相位信息進(jìn) 行降采樣處理，對(duì)所述相位信息進(jìn)行高通濾波處理。
[0014] 優(yōu)選地，所述對(duì)所述多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解時(shí)分復(fù)用處理，W獲取與各路數(shù)字信號(hào) 分別對(duì)應(yīng)的傳感數(shù)據(jù)，具體包括；接收上位機(jī)發(fā)送的延時(shí)參數(shù)，并根據(jù)所述延時(shí)參數(shù)，對(duì)所 述多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分割處理，W獲取在時(shí)間軸上互不重疊的各路傳感數(shù)據(jù)，并分煉所述 各路傳感數(shù)據(jù)。
[0015] 優(yōu)選地，所述對(duì)各路傳感數(shù)據(jù)分別進(jìn)行檢波W及低通濾波處理，具體包括：
[0016] 將所述各路傳感數(shù)據(jù)分別乘本振信號(hào)，W獲取所述各路傳感數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的第一傳感 信息，將所述各路傳感數(shù)據(jù)分別乘本振信號(hào)二倍頻，W獲取所述各路傳感數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的第二 傳感信息，并對(duì)所述第一傳感信息和第二傳感信息進(jìn)行低通濾波處理，W獲取所述第一傳 感信息和第二傳感信息的直流項(xiàng)。
[0017] 優(yōu)選地，所述對(duì)所述各路傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行反正切處理，具體包括；對(duì)所述第一傳感信 息和第二傳感信息的直流項(xiàng)采用C0RDIC算法進(jìn)行反正切處理。
[0018] 本發(fā)明還提出了一種基于FPGA的數(shù)據(jù)解調(diào)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、解 時(shí)分復(fù)用模塊、數(shù)據(jù)處理模塊W及濾波運(yùn)算模塊，其中：
[0019] 數(shù)據(jù)采集模塊，用于接收光纖檢波器發(fā)送的多路數(shù)字信號(hào)，所述多路數(shù)字信號(hào)均 經(jīng)過時(shí)分復(fù)用處理；
[0020] 解時(shí)分復(fù)用模塊，用于對(duì)所述多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解時(shí)分復(fù)用處理，W獲取與各路 數(shù)字信號(hào)分別對(duì)應(yīng)的傳感數(shù)據(jù)；
[0021] 濾波運(yùn)算模塊，用于對(duì)各路傳感數(shù)據(jù)分別進(jìn)行檢波W及低通濾波處理；
[0022] 數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)所述各路傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行反正切處理，W獲取所述各路傳感 數(shù)據(jù)的相位信息。
[0023] 優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括抗混疊濾波模塊、降采樣模塊和高通濾波模塊，
[0024] 抗混疊濾波模塊，用于接收相位信息，并限定相位信息的頻率；
[00巧]降采樣模塊，用于降低相位信息的采樣率；
[0026] 高通濾波模塊，用于去除相位信息中的低頻成分和低頻干擾。
[0027] 優(yōu)選地，所述解時(shí)分復(fù)用模塊用于接收上位機(jī)發(fā)送的延時(shí)參數(shù)，并根據(jù)所述延時(shí) 參數(shù)，對(duì)所述多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分割處理，W獲取在時(shí)間軸上互不重疊的各路傳感數(shù)據(jù)，并 分煉所述各路傳感數(shù)據(jù)。
[0028] 優(yōu)選地，所述濾波運(yùn)算模塊包括信號(hào)解調(diào)模塊和低通濾波模塊，
[0029] 信號(hào)解調(diào)模塊，將所述各路傳感數(shù)據(jù)分別乘本振信號(hào)，W獲取所述各路傳感數(shù)據(jù) 對(duì)應(yīng)的第一傳感信息，將所述各路傳感數(shù)據(jù)分別乘本振信號(hào)二倍頻，W獲取所述各路傳感 數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的第二傳感信息；
[0030] 低通濾波模塊，用于對(duì)所述第一傳感信息和第二傳感信息進(jìn)行低通濾波處理，W 獲取所述第一傳感信息和第二傳感信息的直流項(xiàng)；
[0031] 優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)所述各路傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行反正切處理，具體包括；對(duì)所 述第一傳感信息和第二傳感信息的直流項(xiàng)采用C0RDIC算法進(jìn)行反正切處理。
[003引 （S)有益效果
[0033] 本發(fā)明通過采用FPGA作為基本的信號(hào)處理平臺(tái)，對(duì)接收到的多路傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行 解時(shí)分復(fù)用，W獲得各路傳感數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)各路傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行并行計(jì)算，滿足了快速有效的 進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)的要求；
[0034] 本發(fā)明還在各路傳感數(shù)據(jù)反正切的處理過程中，采用了C0RDIC算法，避免了查表 法、多項(xiàng)式展開法或近似法等傳統(tǒng)方法在速度、精度、資源等方面難W兼顧的缺點(diǎn)，使得系 統(tǒng)在進(jìn)行簡(jiǎn)單的移位和加法運(yùn)算就可W實(shí)現(xiàn)高精度的相位信息解調(diào)；
[00巧]而且，本發(fā)明還設(shè)置有用于優(yōu)化相位信息的降采樣模塊、抗混疊濾波模塊和高通 濾波模塊，W降低混疊頻率的分量，保證采樣后獲得信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生混疊，并降低濾波運(yùn)算模 塊的設(shè)計(jì)難度，且對(duì)相位信息進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。
【附圖說明】
[0036] 通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中；
[0037] 圖1示出了本發(fā)明一種實(shí)施例的基于FPGA的數(shù)據(jù)解調(diào)方法的流程示意圖；
[0038] 圖2示出了C0畑1C算法的流程圖；
[0039] 圖3示出了本發(fā)明另一種實(shí)施例的基于FPGA的數(shù)據(jù)解調(diào)方法的的流程示意圖；
[0040] 圖4示出了本發(fā)明一種實(shí)施例的基于FPGA的數(shù)據(jù)解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[00川圖5示出了本發(fā)明另一種實(shí)施例的基于FPGA的數(shù)據(jù)解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖6示出了本發(fā)明基于FPGA的數(shù)據(jù)解調(diào)系統(tǒng)中濾波運(yùn)算模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0044] 本發(fā)明提供一種基于FPGA的數(shù)據(jù)解調(diào)方法及系統(tǒng)，通過采用FPGA作為基本的信 號(hào)處理平臺(tái)，解調(diào)、并行處理多路的數(shù)據(jù)，它滿足了在時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中快速有效的進(jìn)行數(shù)據(jù) 解調(diào)，解決了傳統(tǒng)方案中使用DSP巧片難W完成多路數(shù)據(jù)的解調(diào)的缺點(diǎn)。該方法在進(jìn)行反 正切處理時(shí)，使用C0RDIC算法進(jìn)行求解，避免了傳統(tǒng)方法在速度、精度、資源方面難W兼顧 的缺點(diǎn)，使得系統(tǒng)在進(jìn)行簡(jiǎn)單的位移和加法運(yùn)算后，就可W實(shí)現(xiàn)高精度的相位信息解調(diào)。本 方法更好的途釋了高效解調(diào)多路數(shù)據(jù)的理念，F(xiàn)PGA信號(hào)處理平臺(tái)在運(yùn)算過程中只有數(shù)據(jù)流 而沒有指令流，或者說指令流是預(yù)先設(shè)定好的。由此，保證多路的數(shù)據(jù)在通路內(nèi)不受控制指 令的干擾，保證100 %的效率。而且在發(fā)明還增設(shè)了優(yōu)化步驟，進(jìn)一步地優(yōu)化相位信息，去除 相位信息中的低頻成分和低頻干擾。
[0045] 本發(fā)明提供一種基于FPGA的數(shù)據(jù)解調(diào)方法，參照?qǐng)D1，該方法包括W下步驟：
[0046] Sill;接收光纖檢波器發(fā)送的多路數(shù)字信號(hào)，所述多路數(shù)字信號(hào)均經(jīng)過時(shí)分復(fù)用 處理；
[0047] S112 ;對(duì)所述多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解時(shí)分復(fù)用處理，W獲取與各路數(shù)字信號(hào)分別對(duì) 應(yīng)的傳感數(shù)據(jù)；
[0048] S113 ;對(duì)各路傳感數(shù)據(jù)分別進(jìn)行檢波W及低通濾波處理；
[0049] S114 ;對(duì)所述各路傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行反正切處理，