1 中国科学院微电子研究所 光电技术研发中心，北京00094
2 中国科学院大学 微电子学院，北京100049
为了实现对钞券表面涂层高速在线检测，研制了一种基于高速钞券质量检查机的实时近红外弱信号检测系统。首先，根据涂层材料的特性，采用近红外波段的发光二极管和光电二极管，研制了驱动和弱信号采集电路；然后，利用现场可编程门阵列和图形化虚拟仪器平台实现了数据的实时传输和处理；最后，提出了计算信号峰值强度的峰值标准差法并分析了该算法的实时性，进行了钞券表面涂层检测和算法实时模拟实验。实验结果表明，在钞券22 m/s的运行速度下，无论衬底是简单或复杂，未涂布钞券的信号均明显高于已涂布钞券的信号，分别差约为7 000，4 000，1 400，衬底图文越复杂，信号差越小。算法开始至结束的时间约为2~3 ms，远小于22 ms的钞券时间间隔，算法速度满足实时要求。本文研制的系统具有高速、实时、稳定的特点，可高效检测纸张表面的涂层有无，有望为涂层在线质量检测提供一种全新的方法。
涂层 弱信号采集 峰值检测 实时系统 coating weak signal acquisition peak detection real-time system 光学 精密工程
2022, 30(24): 3116
齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院激光研究所，山东 济南 250103
为满足风场对风速测量的需求，研制了基于FPGA的激光雷达测风系统高速信号采集处理模块，负责对激光雷达回波信号采集、快速傅里叶变换(FFT)及频谱数据累加平均运算。将采集到的1 024点回波数据通过流模式、块浮点结构FFT运算，分别得到单次频谱数据和1 024次累加平均频谱数据，并利用数据传输模块可靠传输至上位机进行显示与分析。通过搭建工作波长为1 550 nm的连续相干激光雷达测风系统，对信号采集处理模块进行指标测试和累加平均滤波算法验证。测试结果表明：该采集处理模块能够在100 MHz时钟下对回波信号实时采集处理，频谱分辨率达到97.66 kHz，将风速测量精度提升至7.57 cm/s。
激光雷达 高速信号采集与处理 FPGA FFT lidar high-speed signal acquisition and processing FPGA FFT 红外与激光工程
2021, 50(S2): 20210467
中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
为了满足对探测器模拟信号采集的高精度、低延迟、零相移的要求, 设计了一种基于FPGA的AD信号采集自适应系统。结合工程实际应用, 给出了AD信号采集的时序图及设计流程图, 在基于XILINX公司的Zynq-7000系列的器件上, 由FPGA逻辑实现对AD9653芯片的控制, 确保每一路的模拟信号, 经AD转换后数字信号到FPGA的整个通路不因PCB布局布线的差异而有所不同, 每一路通道上的信号经FPGA内的硬件逻辑资源SelectIO后可自适应, 保证了数据采集的准确性。
AD信号采集 自适应系统 analogue digital (AD) signal acquisition adaptive system field programmable gate array (FPGA) FPGA AD9653 AD9653
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
2 中国科学院大学，北京100049
针对应变信号采集系统中的信号处理环节，设计并实现一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的FIR数字滤波器。首先，基于Matlab采用克莱德曼窗函数设计一个长度为16的15阶数字滤波器，并生成高斯白噪声与频率为2 kHz、8 kHz正弦波的合成信号，然后量化12位系数，将系数文件导入QuartusⅡ13.1软件，结合FPGA内部数字滤波器IP核，采用自上而下的方式设计出FIR数字滤波器，最终在Simulink环境下对其进行仿真。实验结果表明，滤波前后合成信号的均方误差下降28.5%，提高了低频信号质量，增强了应变信号采集系统的功能性和集成度。
信号采集 FIR数字滤波器 IP核 signal acquisition FIR digital filter FPGA FPGA IP core
卫星信号的捕获速度和精度直接影响到软件接收机的工作性能。针对现有卫星信号的捕获方法无法实现对全球定位系统（GPS）卫星信号快速精确捕获的问题，文章提出一种基于盲信号分离(BSS)方法的GPS卫星信号高精度快速捕获方法。采用小波阈值降噪法对混叠的GPS卫星信号进行降噪处理，提高卫星信号的信噪比，利用提出的基于子空间估计算法的卫星信号BSS方法求解GPS卫星信号的多普勒频率和码相位，从而恢复出不可观测的各个源信号。实验结果表明，该算法能够对真实卫星信号实现快速精确捕获；对比传统算法，文章所提的捕获算法更加适用于对弱信号的捕获需求，该算法具有较好的工程应用价值。
卫星通信 盲信号分离方法 小波变换 信号捕获 satellite communication blind signal separation wavelet de-noising signal acquisition
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Intelligent Microwave Lightwave Integration Innovation Center (iMLic), Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
We demonstrate a photonic architecture to enable the separation of ultra-wideband signals. The architecture consists of a channel-interleaved photonic analog-to-digital converter (PADC) and a dilated fully convolutional network (DFCN). The aim of the PADC is to perform ultra-wideband signal acquisition, which introduces the mixing of signals between different frequency bands. To alleviate the interference among wideband signals, the DFCN is applied to reconstruct the waveform of the target signal from the ultra-wideband mixed signals in the time domain. The channel-interleaved PADC provides a wide spectrum reception capability. Relying on the DFCN reconstruction algorithm, the ultra-wideband signals, which are originally mixed up, are effectively separated. Additionally, experimental results show that the DFCN reconstruction algorithm improves the average bit error rate by nearly three orders of magnitude compared with that without the algorithm.
ultra-wideband signal acquisition photonic analog-to-digital converter deep learning Chinese Optics Letters
2020, 18(12): 123901
针对实际生产或维修中飞机螺旋桨的不平衡问题, 设计了一种飞机螺旋桨的静平衡检测系统。可以检测出螺旋桨不平衡量的大小和位置。测试系统通过平衡台部分刀口卸荷差动式测量方式, 保留出系统X、Y方向的旋转自由度, 应用传感器检测在其方向上的不平衡力矩。由stm32f103和tm7711组成的信号采集电路传送到上位机中, 在上位机软件中进行运算处理, 显示出最终结果。并经过实验验证了系统的准确性。
飞机螺旋桨 静平衡测试系统 刀口卸荷差动式测量 信号采集 aircraft propeller static balance test system knife port unloading differential measurement signal acquisition
1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳471000
3 空军石家庄飞行学院, 石家庄050081
4 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南洛阳471000
基于某制冷型红外焦平面探测器, 介绍了一种高信噪比的模拟信号采集电路。使用了噪声分析法对电路噪声来源进行分析, 建立了低噪声的信号变换路径; 采用信噪比(SNR)和噪声等效温差(NETD)测试相结合的方法, 对电路和成像组件指标进行评价; 测试结果表明, 组件SNR可达76 dB, NETD可达17. 5 mK(环境温度300 K), 信号采集过程中噪声引入量少, 组件能够实现对远距离微弱小目标的探测。
微弱目标探测 模拟信号采集 高信噪比 dim target detection analogue signal acquisition high SAN NETD Noise Equivalent Temperature Difference(NETD)
华北理工大学工业工程学院, 河北唐山 063210
研究了弱信号条件下GPS软件接收机的C/A码的快速捕获问题。提出了一种高灵敏度快速捕获新算法，该方法首先采用平均相关技术降低C/A码的自相关损耗，基于载频误差补偿技术减小C/A码累积误差；然后利用叠加相关方法降低相干累积运算的复杂度，通过循环移位减小频率步进搜索的时间消耗。实验结果表明，该算法能够实现微弱GPS信号捕获，且运算量适中，捕获概率较高。
全球定位系统 信号捕获 高灵敏度 低复杂度 GPS signal acquisition high sensitivity low complexity
1 吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室, 电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室, 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
一氧化碳作为一种危险的开采排放气体, 在复杂的井下环境中极易累积, 对矿工生命安全造成严重威胁。 介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪, 该仪器采用激发波长为465 μm的量子级联激光器作为光源, 配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12 m的紧凑型多次反射气室, 实现了对痕量一氧化碳气体的检测。 自主设计的新型高速光电信号采集系统解决了应用商业示波器造成的信号链阻抗失配的问题。 这一新系统的采样带宽为400 MHz, 采样频率1 GSPS, 垂直分辨率达到12 bit, 有效的提高了检测仪的灵敏度与集成度。 该仪器采用长光程差分吸收光谱法, 通过比较实测光谱与进行Voigt展宽的理论光谱之间的残差得出此检测仪的检测下限为108×10-9。 检测仪的测量误差有非平稳, 慢时变的特点。 根据这一特点我们采用阿伦方差对气体检测仪检测灵敏度进行了估计, 经过约40 s方差曲线达到极小值, 此时阿伦方差值为61×10-9。 在2 h的稳定性测试中, 检测仪稳定度达到21×10-3, 在长达12 h的稳定性测试中, 检测仪的稳定度依然可以达到17×10-2。 此仪器具有较高的灵活性, 通过更换不同激射波长的激光器可以实现对多种气体的痕量检测。
量子级联激光器 痕量气体检测 光电信号采集系统 长光程差分吸收光谱 残差分析 阿伦方差 Quantum cascade laser Trace gas detector Photoelectric signal acquisition system Long-path differential optical absorption spectros Residual analysis Allan deviation 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2278
