[实用新型]一种基于FPGA的测风激光雷达信号处理器

说明书

本实用新型公开了一种基于FPGA的测风激光雷达信号处理器，包括第一寄存器单元，第二寄存器单元，汉宁窗函数单元、窗函数选择单元、第一乘法器、双树复小波滤波器，FFT单元和频谱累加器；窗函数选择单元与汉宁窗函数单元连接，第一寄存器单元、汉宁窗函数单元与第一乘法器均相连，第一乘法器与所述双树复小波滤波器连接，双树复小波滤波器与FFT单元连接，FFT单元与所述频谱累加器，并用FPGA进行硬核固化。本实用新型直接用硬件实现测风激光雷达信号处理,在有效地滤除干扰噪声的同时可以提高信号处理的速度，大大提高了测风激光回波频谱数据的信噪比。

技术领域

本实用新型涉及信号处理器领域，尤其涉及一种测风激光雷达信号处理器。

背景技术

大气风场的测量信息广泛应用于风切变测量、大气风廓线测量、尾流风场测量以及机场测风等，为舰船上舰载机起降、机场飞机起降的安全提供了保障，在气象、航空航天以及军事等领域都具有非常重要的实用意义。传统微波雷达仅能在雾、雨、雪等特殊气象条件下观测，无法对晴空大气进行探测，多普勒测风激光雷达的激光波长在红外波段，以大气中的气溶胶为探测介质，利用光的多普勒效应，通过提取激光回波中的多普勒频率计算得出风速信息，因此可以提供更精确的测量，具有更高的距离分辨率与速度分辨率。

在测风激光雷达中，回波信号中通常包含较多的噪声，这些噪声类似高斯白噪声，其能量分布于整个频段，有用信号和噪声很难分离，这就严重影响多普勒频率的准确提取。双树复小波变换作为一种新的时频分析方法，克服了离散小波变换中出现的频率混叠和频移敏感性等不足，在时域和频域都具有表征信号局部特性的能力。通过多分辨率分析，将激光回波信号在不同尺度下进行分解，再利用有用信号小波系数的层间相关性特点，可有效滤除随机干扰噪声，特别适用于分析处理随机性强、有效特征微弱这样的多普勒激光回波。

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)，可实现2n个采样点变换，是频谱分析最重要的技术手段之一。当截取距离门内的激光回波信号进行分析时，难以做到整周期截取，从而产生吉布斯效应，引起信号频谱泄露、频率分辨力下降以及多普勒频率计算误差等问题。将待处理信号与窗函数相乘，即进行加窗处理，可显著降低频谱泄露的影响。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于FPGA的测风激光雷达信号处理器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于FPGA的测风激光雷达信号处理器，包括第一寄存器单元，第二寄存器单元，汉宁窗函数单元、窗函数选择单元、第一乘法器、双树复小波滤波器，FFT单元和频谱累加器；

所述窗函数选择单元与所述汉宁窗函数单元连接，所述第一寄存器单元、所述汉宁窗函数单元与所述第一乘法器均相连，所述第一乘法器与所述双树复小波滤波器连接，所述双树复小波滤波器与所述FFT单元连接，所述FFT单元与所述频谱累加器；

所述双树复小波滤波器包括双树复小波变换IP核、小波系数层间相关运算单元、双树复小波逆变换IP核，所述双树复小波变换IP核将输入的经汉宁窗函数截取的激光回波数据转换成信号的各层小波系数，所述小波系数经所述小波系数层间相关运算单元转换成小波重构系数，所述小波重构系数经所述双树复小波逆变换IP核转换成滤波后的激光回波信号；

所述频谱累加器包括第二寄存器单元、第一多位累加器及地址产生器，所述地址产生器与所述FFT单元和所述第二寄存器单元连接，所述第一多位累加器与所述FFT单元和所述寄存器单元而连接，所述第二寄存器单元用于存储多脉冲累加后的频谱数据。

接上述技术方案,所述第一寄存器单元，所述寄存器单元为双口RAM，所述第一寄存器单元由地址计数器提供地址，所述第二寄存器单元由地址产生器提供地址。