上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240
针对传统固态激光雷达中光束快速扫描控制响应速度和电压控制精度较低的问题,提出了一种基于透镜辅助光束扫描(LABS)技术和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的固态激光雷达测距系统。该系统采用收发一体的结构,系统中的LABS器件由1×16光开关芯片、4×4光纤阵列和透镜组成。根据LABS方案每一级只有一个光开关处于工作状态的特点,通过选择不同的发射器,将光束照亮到透镜的不同位置来实现光束的转向。光束扫描采用FPGA结合外部选通电路进行控制的方式,通过输出电压控制4级马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型光开关工作,实现光束的快速切换。实验结果表明,该系统光束转向角度步长为0.35°,最大测距范围可达200 m,9.2 m内的测距误差约为1 cm。
光束扫描 现场可编程逻辑门阵列 激光雷达 光开关 beam steering, field programmable gate array, lida
华中师范大学物理科学与技术学院, 湖北武汉 430079
针对当前遥感卫星电荷耦合器件(CCD)相机幅宽越来越大, 速率越来越高, 现有相机模拟源设备数据输出带宽不足的问题, 提出并实现了一种基于非易失性存储器 Express(NVMe)的超高速多通道遥感相机模拟源设备。该设备利用现场可编程逻辑门阵列 (FPGA)实现 4组 NVMe SSD主机控制器, 完成对固态硬盘 (SSD)的读写操作; 同时利用 DMA控制器读取 DDR4中缓存数据, 数据经封装处理后通过光纤接口输出。实验结果表明: NVMe主机控制器的写平均速率可以达到 1.7 GBps, 读平均速率达到 3.2 GBps。模拟源系统整体存储容量 8 TB, 对外输出带宽高达 80 Gbps, 支持 8路光纤接口输出。该模拟源具有较强的稳定性及良好的可扩展性, 已成功应用在某遥感卫星 CCD相机模拟源系统中, 为数传等设备的测试以及调试提供了充分保障。
模拟源 非易失性存储器 Express 现场可编程逻辑门阵列 CCD相机 光纤 simulator Non-Volatile Memory express Field Programmable Gate Array CCD camera optical fiber 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(9): 1178
1 光场调控科学技术全国重点实验室,成都 610209
2 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室,成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所,成都 610209
4 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
5 中国科学院大学 光电学院,北京 100049
为实现微弱振动信号的实时、高精度解调,提出一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的激光多普勒微弱振动检测及信号处理方法。采用全光纤结构的光学系统,振动信号处理系统则以FPGA为核心设计。改进相位解缠模块,在增大振动测量范围的同时,使其能适用于简谐振动与复杂振动。通过模拟振动实验验证了改进后相位解缠模块,且当振幅在80 μm以内时,测量精度在5‰以内。通过对压电陶瓷实际振动目标测振实验,其频率测量误差在1 Hz以内,振幅与频率的测量精度均在1%以内。实验验证了该振动信号处理方案对于扩大振动测量范围与实现高精度目标振动解调的有效性。
激光技术 激光多普勒测振 现场可编程逻辑门阵列 信号处理 相位解缠 laser technique laser doppler vibration measurement field programmable logic gate array signal processing phase unwrapping
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
在以偏振编码为基础的量子保密通信中,由于外界温度、应力以及光纤的本身缺陷等因素,使得偏振态无法保持长期稳定,增加系统的误码率,因此需进行偏振控制以维持通信系统正常运行。诱骗态已经成为现阶段量子通信网络的常规操作,利用诱骗光子作为偏振参考,有望实现系统偏振态长时间、不间断地锁定控制,提高通信效率。提出了利用现场可编程逻辑门阵列进行偏振态制备以及强光、单光子偏振控制于一体的系统偏振解决方案,将偏振态制备、强光偏振控制、单光子偏振控制单元集成在一个系统中,提高了系统的集成化,增加了系统管理的便捷性,实验测试偏振态制备单元可以根据需要产生不同的偏振态,经过强光偏振控制后,保真度可达99.11%±0.44%,经单光子偏振控制后保真度可达97.93%±0.96%,演示证明了方案的有效性和稳定性。
量子保密通信 现场可编程逻辑门阵列 偏振控制 集成化 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106018
1 南京航空航天大学 自动化学院, 江苏 南京 211106
2 中国空气动力研究与发展中心 结冰与防除冰重点实验室,四川 绵阳 621000
3 南京铁道职业技术学院, 江苏 南京 210031
针对航空复合材料的结冰探测, 该文提出了基于超声导波技术的解决方案, 采用转移矩阵法建立了层状结构波导模型, 绘制了相速度和群速度频散曲线, 分析了超声导波在碳纤维增强复合材料板中的传播特性。在此基础上, 基于现场可编程逻辑门阵列设计了由信号源和接收机组成的硬件电路, 结合恒温箱搭建了结冰探测系统及其实验环境。通过测量回波信号波包相对时延的方式, 验证了超声导波结冰探测方案的可行性, 为飞机结冰探测领域提供了新思路。
超声导波 结冰探测 碳纤维增强复合材料 频散曲线 现场可编程逻辑门阵列 ultrasonic guided waves ice detection carbon fiber reinforced polymer dispersion curves field programmable gate array
光学 精密工程
2022, 30(15): 1868
南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏南京210044
为了提升高速串行计算机扩展总线标准(PCIe)总线互联设备在高速通信过程中的系统性能,减少对中央处理器(CPU)资源的占用,基于Kintex-7 系列现场可编程逻辑门阵列(FPGA)平台进行总线主控式直接存储访问(DMA)设计,通过PCIe 接口实现了主机设备(PC)与FPGA 设备之间的高性能数据传输。同时,基于Root Port 仿真平台设计DMA 读写测试用例,仿真结果验证PCIe 接口逻辑的正确性。通过连接上位机和配置驱动进行实际传输速率测试,结果表明,DMA 写速率最高可达1 620 MB/s,DMA 读速率最高可达1 427 MB/s,带宽最大值能够达到PCIe 接口理论带宽值的84%。设计方案成本低,可靠性高,能够满足高性能、低延时的数据采集要求。
高速串行计算机扩展总线标准 现场可编程逻辑门阵列 直接存储访问 数据传输 Peripheral Component Interconnect express Field Programmable Gate Array Direct Memory Access data transmission 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(4): 385
针对低轨第五代移动通信技术(5G)协议标准、R16协议标准以及基于5G低地球轨道(LEO)宽带卫星通信系统的终端基带芯片研发的迫切需求,在分析了LEO-5G系统的物理广播信道(PBCH)链路结构和下行时频同步总体架构的基础上,文章提出了一种“两块合并分两段互相关”的主同步信号(PSS)检测算法进行粗频偏估计,通过辅同步信号(SSS)相关对频偏进一步估计,并结合小区特定参考信号(CRS)导频信号确定精确同步的LEO-5G下行同步算法与现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现方案。利用Vivado和Matlab软件对算法的可行性与有效性进行了仿真验证,结果表明,该同步算法具有较好的实时性和较高的稳定度,下行时频同步FPGA模块管理信息库(MIB)解析正确率约为83.07%,并且对于进行时序和资源消耗评估的芯片,存储资源消耗仅为11.7%,各项指标均符合要求。
同步 5G低轨宽带卫星通信系统 小区特定参考信号 现场可编程逻辑门阵列 synchronous LEO-5G CRS FPGA
强激光与粒子束
2022, 34(4): 043001