基于FPGA的星载数据采集单元研究.pdf

哈尔滨工业大学专业硕士学位论文

摘要

随着高精度数据采集技术的发展，将该技术应用于星载太阳耀斑毫米波辐

射探测系统对观测太阳耀斑爆发具有重要的研究意义。太阳活动爆发出耀斑

时，星载太阳耀斑毫米波辐射探测系统对耀斑产生的毫米波辐射信号处理后所

输出的电压信号变化微弱，因此数字采集单元作为星载太阳耀斑毫米波辐射探

测系统的重要组成部分，其精度将直接影响到毫米波辐射探测系统的性能。

在对高精度数据采集技术的研究过程中，首先对该技术实现的功能和需要

解决的问题进行了详细的说明，同时对太阳耀斑毫米波辐射探测系统的功能和

结构进行了研究，基于FPGA在并行运算、多通道数据处理和处理速度方面的

优势，提出了以FPGA为主控的星载数据采集单元研究方案以及四通道同步采

集原理验证样机的相应技术指标要求。其次对采集技术的高精度影响因素进行

研究分析，并根据分析得到的结论以及指标要求，进行了关键器件的选型。

基于以上研究工作，课题完成了对四通道ADC同步采集原理验证样机的

软硬件设计，完成的硬件设计主要包括：ADC采集单元设计、通信单元设

计、存储单元设计、供电单元设计，软件设计主要包括：时钟模块、数据采集

模块、数据传输模块、数据存储模块的逻辑设计。在硬件电路PCB设计上使

用电源分割、模拟域与数字域隔离等方法抑制噪声干扰；在软件逻辑设计中通

过程控增益的设计提高系统信号动态检测范围，并通过采样时钟切换和通道选

通逻辑设计实现系统的低功耗方案设计，以及针对太空中单粒子位翻转效应对

存储可靠性的影响完成了对ECC校验算法的研究。

最后，对数字采集原理验证样机进行功能性能测试实验，包括典型信号的

测试、系统带宽以及噪声测试、通道一致性测试、毫米波辐射探测系统整体测

试等。实验结果表明课题设计的原理验证样机满足太阳耀斑毫米波辐射探测系

统所需功能并达到性能指标，具有较为良好的精度表现。

关键词：高精度；太阳耀斑；数据采集；FPGA；ADC

I

哈尔滨工业大学专业硕士学位论文

Abstract

Withthedevelopmentofhigh-precisiondataacquisitiontechnology,the

applicationofthistechnologytotheSolarFlareMillimeterRadiationDetection

Systemisofgreatresearchsignificanceforobservingsolarflareoutbursts.When

solaractivitiesgenerateflares,thevoltagesignaloutputofthemillimeterwave

radiationdetectedandprocessedbythesatellite-basedsolarflaremillimeterwave

radiationdetectionsystemexhibitssubtlevariations.Therefore,theaccuracyof

thedigitalacquisitionunit,asanintegralcomponentofthesatellite-basedsolar

flaremillimeterwaveradiationdetectionsystem,directlyinfluencesthesystems

performance.

Duringthestud