[发明专利]基于FPGA的快速寻峰方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的快速寻峰方法及系统。

 

背景技术

随着光纤光栅在各行业的应用越来越普及，光纤光栅解调仪表使用量越来越大，在许多高速应用场合需要高精度、高速、多通道的光纤光栅解调仪表，不仅需要高精度波长解调，更需要高速的解调。

传统的光纤光栅解调仪表普遍采用CPU作为解调器件，使用C语言实现算法，其优点是实现快、修改方便；但是，CPU属于顺序控制器件，且由于指令响应周期的影响，在高速和多通道解调方面应用存在障碍。

当然，也有使用FPGA解调的，但其采用的方法过于简单，如使用FPGA配合模拟电路进行预置比较的，这样的解调算法无法发挥FPGA的优势和提高光纤光栅仪表的解调精度。

现有的寻峰算法分为两类：一类以CPU作为处理器实现解调的，其特点是实现简单，操作方便，但存在严重的速度和通道瓶颈；另一类是利用FPGA完成采样，后续再用CPU进行解调，这样只是简单的利用了FPGA高速接口能力，并未对其有充分的利用，在多通道和高速应用场合，该方法依然存在较大的技术瓶颈。

FPGA拥有并行处理的优势,其巨大的逻辑资源可以实现解调算法的并行处理和流水处理,鉴于这一点，本方法提出一种完全由FPGA实现的数字寻峰算法，其采样、存储、峰值寻找和峰值计算全部由FPGA实现，并通过多通道并行处理和流水线算法使得处理速度提供了几个数量级。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中光纤光栅解调仪表解调信号效率较低，精度不够高的缺陷，提供一种多通道高速、高精度解调的基于FPGA的快速寻峰方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于FPGA的快速寻峰方法，包括以下步骤：

S1、获取各个光纤光栅通道上的光纤光栅所反射特定波长的光信号，并将其转换为电信号；

S2、通过FPGA模块控制高速A/D对电信号进行并行多通道高速A/D采样，取得多个通道的高速A/D数据并锁存；

S3、通过FPGA模块对获取的多个通道的高速A/D数据进行并行的平滑滤波运算；

S4、通过FPGA模块对经过平滑滤波后的数据进行峰值初判，当符合预设峰值要求时，获取该峰值的上升沿起点和下降沿终点之间的所有采样数据，并记录峰值通道号以及峰值顺序；

S5、通过FPGA模块对获取的上升沿起点和下降沿终点之间的所有采样数据进行加权平均计算，获得峰值位置的精确值并存储。

本发明所述的方法中，步骤S4中峰值初判具体包括：

接收一个通道的采样数据，找到该通道的最大值；

以该最大值为顶点向下延伸预设值，取得基准值，大于该基准值的则记录为一个峰值；当采样数据顺序上升且高于基准值时，表示峰值的上升沿，顺序下降且高于基准值时，表示峰值的下降沿；

获取峰值上升沿起点和下降沿终点之间的所有采样数据，并记录峰值通道号以及峰值顺序。

本发明所述的方法中，步骤S4中峰值初判具体包括：

获取预设个数的连续采样值，若其幅值连续上升，则判断其为峰值的上升沿；

横坐标位置跳跃预设值，再获取预设个数的连续采样值，若其幅值连续下降，则判断其为峰值的下降沿；

判断该峰值的上升沿和下降沿之间的最大值减去预设值后是否大于所有多通道高速A/D采样数据的最大值，若是，则获取该峰值的上升沿起点和下降沿终点之间的所有采样数据，并记录峰值通道号以及峰值顺序。

本发明所述的方法中，步骤S5具体包括：

读取同一通道的一组上升沿起点至下降沿终点数据；

设置上升沿起点横坐标为零，将读取的纵坐标与对应的横坐标相乘并累加获得数据Y；

将读取的纵坐标累加获得数据T；

计算Y/T，比值为峰值位置的精确值。

本发明所述的方法中，多通道高速A/D采样时，各个通道采用统一的时钟工作，同步采样。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

提供一种基于FPGA的快速寻峰系统，包括：

光电转换模块，用于获取各个光纤光栅通道上的光纤光栅所反射特定波长的光信号，并将其转换为电信号；

并行多通道高速A/D采样电路，用于对电信号进行并行多通道高速A/D采样；以及

FPGA器件，该FPGA器件包括：