为克服傅里叶变换光谱仪的机械扫描和光谱复原中软件处理实时性差的缺点，研究了一种基于FPGA的静态傅里叶变换光谱探测系统。根据傅里叶变换光谱理论，确立了选用等效斜楔干涉具和线阵COMS的方案，使用FPGA来实现,并详细介绍了系统工作原理。利用硬件描述语言VerilogHDL，在Vitex pro-2 FPGA芯片上，实现了探测系统CMOS驱动电路、光谱复原处理电路等逻辑设计，并通过第三方仿真软件Modelsim6.3f完成了各模块的功能仿真。应用该实验系统对波长为635nm的半导体激光器进行了光谱探测，测试结果与MATLAB仿真计算值一致。实验结果表明该光谱探测系统具有运算速度快、实时性和可靠性好等优点。

为实时获取战场中来袭激光、大气污染物、毒气等待测物光谱分布信息,根据傅里叶光谱变换理论,研究设计了实时数据处理系统。分析了光谱探测系统结构和工作原理,采用Xilinx公司Virtex2-Pro开发板在ISE10.1开发平台上设计了1024点基2-FFT算法数据处理模块硬件电路,并通过了第三方仿真软件Modelsim6.3f的仿真。结果表明,FPGA实际计算1024点基2-FFT频谱分布信息与Matlab理论计算结果相同。当芯片工作在100MHz时,完成1024点16位基2-FFT数据处理约需32μs,满足光谱探测实时数据处理要求。

利用对流水槽成功模拟热力非均匀下垫面对流边界层的发生发展。仿照数值模拟中常用的马赛克方法在对流水 槽的底部铺了一些导热率缓慢的材料(橡胶薄板),使下垫面的加热存在差异,进而产生非均匀加热。利用温 度廓线和准直光系统共同决定边界层顶部的位置和对流速度尺度。采用PTV测量技术获得高精度的二维流场,看到 流场具有复杂的空间结构和尺度特征。相对于均匀下垫面来说,底部的非均匀加热使得混合层湍流的组织性得到加 强,具有稳定的环流结构。非均匀下垫面对流边界层的方差随高度的变化曲线与均匀下垫面的特征明显不同。 为了分析非均匀下垫面对流边界层的环流特征和水平输送对湍流变化的贡献,计算了湍流动能的湍流输 送。计算结果表明,加热开始不久,由于不同下垫面的的温差较大,水平输送也较大;而当一段时间后,温 差变小,水平输送也变小了。由此可以看出非均匀下垫面对流边界层的水平输送依赖于下垫面的非均匀强度。

根据实时光谱探测系统,拟采用傅里叶变换光谱理论获取侍测光谱信息。文中首先介绍了实时光谱探测系统的基本工作原理,优化了基2-FFT 算法,然后详细描述了该算法的硬件结构和设计思路,重点叙述了算法有限状态机设计地址的产生及控制单元的流程,并利用Xilinx 公司XC3S400 芯片自带的IP 核在ISE9.1 软件开发平台上完成了FFT 模块的硬件设计。最后采用以VerilogHDL 语言编写的Testbench 测试程序在第三方仿真软件ModelsimSE6.3f 上对FFT 模块进行了功能仿真。仿真结果与Matlab理论计算结果的对比表明FPGA 硬件设计正确。当芯片工作在100MHz 时,实现256 点16bit 基2-FFT 数据所需的时间约为8.6阳,可满足实时光谱探测的要求。