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雷达数字中频接收机系统设计方案

导读: 通过先进的数据采集板卡,为系统研制提供了一种高度集成的软硬件平台,从而加快了风廓线雷达数字中频接收机研制的进度。

  作为雷达系统的重要组成,传统的天气雷达接收机主要采用瞬时自动增益控制扩展动态范围,利用模拟I、Q解调器对信号进行模拟解调,对接收机硬件依赖性强,信号适应能力差,而软件无线电技术的出现导致了无线电接收机的革新。随着器件水平的迅速发展,作为软件无线电的重要内容,数字接收机日益成熟并已经在雷达、电子战和通讯接收机中普遍应用。

  软件无线电最终目标是将模数转换器件(ADC)紧接在电台天线,直接在信号射频进行采样,将模拟信号转换成数字信号,射频以下其他的所有处理功能全部采用软件模块来实现。当前,数字接收机在气象雷达中已经得到较大范围的推广,实际运行效果显著,其优势主要表现在体积变小、成本降低、系统复杂程度降低,表现突出的是灵敏度和动态范围性能有较大提升。

  这些数字接收机基本上采用如图1设计框图,主要由三大部分构成,即高性能模数转换(采集)、超大规模可编程逻辑器件实现数字变频功能和数据传输。这类设计不足之处在于,每个环节都需要精心设计,导致整个设计周期过长或系统过于复杂,寻找一种高集成度数据采集平台以简化设计无疑成为亟待解决的问题。

  

图1通用数字接收机框图

  凌华PCI-9846H高速数字化仪,可提供高精度、低噪音及高动态范围性能,高密度且高精准度,那么基于该板卡特点,是否可以成功设计出一种风廓线雷达数字中频接收机,从而简化数字接收机的冗长、繁琐且易出错的设计研制工作呢?

  简化系统的机会

  结合某型风廓线雷达系统参数特点,中频频点为50MHz,带宽为5MHz,数字中频接收机采用基于多相滤波的数字正交变换方法。该方法不仅不需要正交本振,且后续的数字滤波器阶数可以很低,实现起来简单。对ADC的数据进行直接下变频,ADC采样后数字信号经过两路分离处理后,通过半带滤波、降速率、数字滤波最终得到两路正交的雷达基数据输出。

  分析PCI-9846H高速数字化仪资源及结构特点,为验证系统的可行性,设计按图2搭建系统仿真平台。

  

图2数字中频接收机验证平台

  为方便描述操作过程,将按如下步骤进行:

  (1)将PCI-9846板卡插入PC机的PCI槽中。启动电脑,装入凌华科技提供的技术资料光盘,将建立系统必须的驱动和相关开发工具安装完毕。

  (2)将外部信号源设置两路全相参输出,模拟雷达提供的中频和采样时钟,一路设置为40MHz作为板卡外部时钟使用,接入板卡的"CLKIN"端,另一路设置为50MHz作为中频输入,接入PCI-9846的4个输入通道中一路CH0。

  (3)凌华科技在软件支持部分也投入大量的精力。针对PCI-9816/9826/9846的软件解决方案,凌华科技提供了传统的WD-DASK与任务导向型的DAQPilot驱动程序与开发链接库。打开LabVIEW软件,找到控件ADLinkDAQpilot。

  (4)设置ADLinkDAQpilot,使用0号通道,幅值范围±1V,选择外部时钟。

  (5)将ADC输出按图2进行下变频操作,图6为下变频中的IQ分离部分。

 

 图3IQ分离

  (6)根据设计者的设计习惯,为了便于数据分析,在LabVIEW中对每级数据进行存储,并使用MATLAB进行深层次的分析。

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