闪电定位系统中LF/VLF信号采集板设计

发布时间：2024-03-09 15:48

　　雷电灾害是一种严重的自然灾害,随着现代科学技术的迅速发展,发生于雷暴云与地面之间的放电现象(地闪)的危害日益受到人们的重视。为了降低地闪对人类社会的危害,同时能够更深入研究地闪发生发展规律,研制能够实时有效的对地闪进行监测和定位的系统有着重要的现实意义。针对目前我国雷电探测技术及设备研究水平还很薄弱的现状,本文以社会需求为立足点对地闪信号采集进行了深入研究,设计出了雷电定位系统中的地闪信号采集板。本文首先介绍了课题的研究背景和意义、地闪基本物理过程、电磁效应的相关基础知识以及雷电定位的相关原理方法。接着根据地闪信号的物理特征对采集方案进行了研究,形成了本文地闪信号的采集方案,依据采集方案进行了系统硬件设计,主要包括：地闪信号的调理电路、模数转换电路、FPGA为核心的逻辑控制芯片及外围配置电路、系统时钟管理电路、GPS接收机电路以及系统的整体电源电路等。分析了各器件的外围连接方式,并阐述了管脚连接的规则,同时简明扼要的说明了电路原理图与PCB设计的要点。随后在QuartusII开发平台上采用VERILOG HDL语言对地闪信号采集系统的内部逻辑进行了设计,主要逻辑设计包括：AD采样控制、...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 国外研究现状
    1.3 国内研究现状
    1.4 论文内容安排
第二章 理论基础
    2.1 地闪的物理过程
    2.2 雷电电磁场效应
    2.3 地闪定位方法简介
        2.3.1 雷电磁定向(MDF)定位技术
        2.3.2 雷电(TOA)定位技术
        2.3.3 雷电MDF和TOA综合定位技术(IMPACT)
    2.4 本章小结
第三章 地闪信号采集系统硬件设计
    3.1 方案总体概述
    3.2 FPGA及外围配置电路
        3.2.1 FPGA硬件逻辑资源
        3.2.2 FPGA配置方式
        3.2.3 FPGA电源去耦
    3.3 信号调理电路
        3.3.1 信号放大
        3.3.2 抗混叠滤波器
        3.3.3 数控衰减器
    3.4 采集电路
    3.5 时钟管理电路
    3.6 GPS电路
    3.7 电源电路
    3.8 原理图与PCB
    3.9 本章小结
第四章 FPGA逻辑设计
    4.1 Quartus Ⅱ平台介绍及VERILOG HDL语言
        4.1.1 Quartus Ⅱ平台介绍
        4.1.2 VERILOG HDL语言
    4.2 AD采样控制
    4.3 GPS时标设计
        4.3.1 UART串并转换模块
        4.3.2 GPS数据解析模块
        4.3.3 微秒时标计数器模块
    4.4 数字自动增益控制AGC设计
        4.4.1 自动增益控制AGC方案
        4.4.2 数字AGC实现
    4.5 时钟管理与控制
    4.6 本章小结
第五章 调试与测试
    5.1 调试
    5.2 测试
    5.3 本章小节
第六章 结论与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢



本文编号：3923579