USB2.0接口CCD光谱测量系统设计与数字信号处理应用

本文主要探讨了CCD（Charge-Coupled Device）光谱测量系统的数据采集与信号数字化处理，特别关注了如何通过USB2.0高速实时传输实现高灵敏度和高分辨率的线阵CCD信号采集。作者夏若彬在导师郑晓东和刘向东的指导下，完成了这项研究，其硕士学位论文专注于光通信技术领域。 在第一部分，论文描述了设计和开发一个用于光谱测量的高效系统，该系统选择了适合光谱测量的线阵CCD传感器，并通过实验验证了减除背景噪声技术可以显著扩大CCD的有效动态范围。作者根据CCD的实际动态范围，确定了A/D转换器的分辨率。系统采用了USB2.0接口和无外部缓冲存储器结构，确保了光谱数据的实时传输。利用CPLD实现CCD驱动和全局控制，提高了系统的稳定性和抗干扰能力。此外，系统具有RS232接口和JTAG接口，允许在系统中更新USB固件程序和CPLD硬件结构，增强了系统的灵活性和可扩展性。 在第二部分，论文深入研究了数字信号处理技术在去除光谱信号噪声中的应用。针对不同光源的光谱功率分布特性，作者尝试了多种去噪算法，包括快速傅里叶变换（FFT）、Savitzky-Golay滤波、Boxcar滤波以及小波理论。这些方法被应用于消除CCD的固定图形噪声、提高CCD的有效动态范围以及去除连续谱和线状谱光源的随机噪声。实验结果表明，FFT、Boxcar法和小波去噪对连续光谱源的随机噪声去除效果显著，而Savitzky-Golay法和小波去噪则适用于线状光谱丰富的放电灯。小波理论在连续谱和线状谱源中都有良好的去噪效果。 关键词：CCD，光谱，动态范围，USB，数字信号处理，噪声去除，Savitzky-Golay滤波，Boxcar滤波，小波理论 总结所述，这篇硕士论文详尽地介绍了CCD光谱测量系统的设计和优化，涵盖了从硬件选型、信号采集到数字信号处理的全过程，为后续的光谱测量技术研究提供了重要的理论基础和技术参考。