一種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字化高頻雷達(dá)接收機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字化高頻雷達(dá)接收機(jī)，包括發(fā)射信號(hào)合成部分、接收部分、時(shí)鐘部分和PC機(jī)；發(fā)射信號(hào)合成部分包括依次相連的數(shù)控振蕩模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和濾波器模塊；接收部分包括依次相連的濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字下變頻模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸模塊；時(shí)鐘部分分別與發(fā)射信號(hào)合成部分的數(shù)控振蕩模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、接收部分的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字下變頻模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸模塊相連。USB數(shù)據(jù)傳輸模塊與PC機(jī)相連。本實(shí)用新型模擬電路少，數(shù)字下變頻模塊采用時(shí)分復(fù)用方式，有效節(jié)省了硬件資源，體積小，內(nèi)部噪聲小，通道一致性好，平臺(tái)通用性強(qiáng)。
【專利說明】
一種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字化高頻雷達(dá)接收機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及高頻超視距雷達(dá)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于復(fù)用方式的多頻多通道 數(shù)字化高頻雷達(dá)接收機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的高頻超視距雷達(dá)接收機(jī)基本上為模數(shù)混合型，模擬前端電路較多，設(shè)計(jì)比 較復(fù)雜，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，接收機(jī)逐漸采用全數(shù)字化的設(shè)計(jì)模式，從而在通道一致 性、平臺(tái)通用性等方面提高了雷達(dá)的性能。為了提高探測(cè)性能，高頻超視距雷達(dá)接收機(jī)常采 用多個(gè)接收通道，如8通道接收機(jī)、16通道接收機(jī)，并且工作在多個(gè)頻段。而對(duì)于每個(gè)接收通 道的接收信號(hào)，經(jīng)過數(shù)字化處理后，都需要進(jìn)行后續(xù)的混頻、濾波和抽取等處理過程，該過 程即為數(shù)字下變頻(DDC)處理。常見的多頻多通道高頻雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)，其數(shù)字下變頻采用 每個(gè)通道單獨(dú)使用一個(gè)下變頻模塊并行進(jìn)行多通道下變頻的方式。對(duì)于Μ個(gè)頻段N個(gè)通道的 接收機(jī)，則需要Μ*Ν個(gè)下變頻模塊，因此這種處理方式會(huì)增加硬件成本和復(fù)雜度，在利用專 用芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)增加了電路板的尺寸和復(fù)雜度，而使用FPGA方式實(shí)現(xiàn)時(shí)下變頻中抽取濾波的 實(shí)現(xiàn)需要占用較多FPGA資源，當(dāng)多個(gè)下變頻模塊并行時(shí)，就需要較大的FPGA容量，這樣整個(gè) 接收機(jī)的硬件成本也會(huì)大大增加。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 針對(duì)【背景技術(shù)】存在的問題，本實(shí)用新型提供一種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字 化高頻雷達(dá)接收機(jī)。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案。
[0005] -種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字化高頻雷達(dá)接收機(jī)，包括發(fā)射信號(hào)合成部 分、接收部分、時(shí)鐘部分和PC機(jī);發(fā)射信號(hào)合成部分包括依次相連的數(shù)控振蕩模塊、數(shù)模轉(zhuǎn) 換模塊和濾波器模塊;接收部分包括依次相連的濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字下變頻模塊和 USB數(shù)據(jù)傳輸模塊;時(shí)鐘部分分別與發(fā)射信號(hào)合成部分的數(shù)控振蕩模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、接 收部分的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字下變頻模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸模塊相連;PC機(jī)與USB數(shù)據(jù)傳輸模塊 相連。
[0006] 所述的發(fā)射信號(hào)合成部分、數(shù)字下變頻模塊和USB數(shù)據(jù)傳輸模塊由數(shù)字處理芯片 FPGA實(shí)現(xiàn)。
[0007] 所述的數(shù)字下變頻模塊采用復(fù)用方式，即多個(gè)接收通道復(fù)用一個(gè)下變頻模塊;具 體包括依次連接的數(shù)控振蕩器模塊、數(shù)字混頻器模塊和抽取濾波模塊;數(shù)字混頻器模塊包 括多個(gè)并行運(yùn)算的乘法器，數(shù)控振蕩器模塊交替產(chǎn)生與發(fā)射頻率相同的多個(gè)本振信號(hào)；抽 取濾波模塊包括多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的半帶濾波器和多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的有限沖擊響應(yīng)濾波器，最后 一個(gè)半帶濾波器與第一個(gè)有限沖擊響應(yīng)濾波器連接，通過復(fù)用方式完成對(duì)多路信號(hào)的下變 頻處理。
[0008] 所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊包括一個(gè)多通道帶增益控制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0009] 發(fā)射信號(hào)合成部分的數(shù)控振蕩模塊產(chǎn)生待發(fā)射多頻段波形的數(shù)字信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)換 模塊將產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，濾波器模塊取出對(duì)應(yīng)發(fā)射頻段帶內(nèi)信號(hào)。實(shí)際工 作時(shí)，濾波器的輸出將連接至發(fā)射機(jī)和天線，通過天線把信號(hào)輻射出去。
[0010] 接收部分的濾波器濾除回波中的帶外噪聲，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊完成多通道輸入信號(hào)采 樣并對(duì)其進(jìn)行增益控制。數(shù)字下變頻模塊對(duì)采樣的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行混頻和降速濾波處理。USB 數(shù)據(jù)傳輸模塊將降速的數(shù)據(jù)傳至PC機(jī)。PC機(jī)處理上傳的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行成像。
[0011] 數(shù)字下變頻模塊包括數(shù)控振蕩器模塊、數(shù)字混頻器模塊和抽取濾波模塊。其中，數(shù) 控振蕩器模塊輸出的信號(hào)將作為本振信號(hào)，其頻率和發(fā)射部分的數(shù)控振蕩模塊的輸出頻率 相同，其數(shù)據(jù)率由采樣率決定。數(shù)控振蕩器模塊包括與工作頻率數(shù)相同個(gè)數(shù)的NCO IP核，數(shù) 字混頻器模塊包括多個(gè)(個(gè)數(shù)為接收機(jī)通道個(gè)數(shù)與工作頻率數(shù)的乘積)并行運(yùn)算的乘法器， 抽取濾波模塊包括多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的半帶濾波器和多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的有限沖擊響應(yīng)濾波器，濾 波器的個(gè)數(shù)由抽取倍數(shù)確定。
[0012] NC0交替產(chǎn)生多個(gè)頻段的兩路正交本振信號(hào)，輸出至混頻器模塊?；祛l器包括多個(gè) 乘法器，完成I路和Q路混頻。每個(gè)乘法器按時(shí)間交替完成多個(gè)頻段信號(hào)的混頻?；祛l后的多 路數(shù)據(jù)送入抽取濾波模塊。濾波器組IP核的工作時(shí)鐘比輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)率高，濾波器可實(shí) 現(xiàn)對(duì)輸入不同通道間信號(hào)的時(shí)分復(fù)用。
[0013] 時(shí)鐘部分給發(fā)射信號(hào)合成部分的數(shù)控振蕩模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、接收部分的模數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字下變頻模塊和USB數(shù)據(jù)傳輸模塊提供時(shí)鐘。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0015] 1、減少了模擬電路部分，體積小，內(nèi)部噪聲小，通道一致性好；
[0016] 2、多通道下變頻信號(hào)處理部分都在一塊FPGA里完成，通道間一致性好，平臺(tái)通用 性強(qiáng)；
[0017] 3、多通道下變頻信號(hào)處理部分采用了時(shí)分復(fù)用方式，有效減少了 FPGA資源的使用 量，節(jié)約了硬件成本。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0019] 圖2是本實(shí)用新型中數(shù)字下變頻模塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0020] 圖3是本實(shí)用新型中數(shù)字下變頻模塊里抽取濾波模塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0022] 如附圖1所示，本實(shí)用新型提供一種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字化高頻雷達(dá) 接收機(jī)，包括發(fā)射信號(hào)合成部分、接收部分、時(shí)鐘部分和PC機(jī)。發(fā)射信號(hào)合成部分包括依次 相連的數(shù)控振蕩模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和濾波器模塊;接收部分包括依次相連的濾波器、模數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字下變頻模塊和USB數(shù)據(jù)傳輸模塊;時(shí)鐘部分分別與發(fā)射信號(hào)合成部分的數(shù)控 振蕩模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、接收部分的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字下變頻模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸模塊相 連。PC機(jī)與USB數(shù)據(jù)傳輸模塊相連。
[0023] 下面以雙頻8通道數(shù)字化高頻接收機(jī)為例進(jìn)行詳細(xì)說明，本實(shí)用新型所采用的處 理方法均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0024] 發(fā)射部分的發(fā)射信號(hào)合成模塊產(chǎn)生待發(fā)射兩頻段波形的數(shù)字信號(hào)，低頻段7.5~ 8.5MHz，高頻段12~13.5MHz。兩通道數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩路模擬信 號(hào)，產(chǎn)生的模擬信號(hào)經(jīng)濾波器模塊濾波輸出。
[0025] 接收部分的濾波器濾除每通道的帶外噪聲，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊完成8通道輸入信號(hào)采 樣并對(duì)其進(jìn)行增益控制。數(shù)字下變頻模塊對(duì)采樣的8通道數(shù)字信號(hào)進(jìn)行混頻和降速濾波處 理。USB數(shù)據(jù)傳輸模塊將降速的數(shù)據(jù)傳至PC機(jī)。PC機(jī)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理。
[0026] 數(shù)字下變頻模塊包括數(shù)控振蕩器模塊、混頻器模塊和抽取濾波模塊。數(shù)控本振模 塊包括一個(gè)通道數(shù)為2的NCO IP核，混頻模塊包括16個(gè)并行運(yùn)算的乘法器。抽取濾波模塊包 括4個(gè)依次級(jí)聯(lián)的半帶濾波器冊(cè)1、冊(cè)2、冊(cè)3，冊(cè)4和4個(gè)依次級(jí)聯(lián)的有限沖擊響應(yīng)濾波器 FIR1、FIR2、FIR3、FIR4。
[0027] 接收的8通道信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)率是48MSPS的數(shù)字信號(hào)，數(shù)控振蕩器 NCO IP核工作的時(shí)鐘是96MHz，為實(shí)現(xiàn)對(duì)NC0的復(fù)用，NCO IP核的通道數(shù)為2，NC0產(chǎn)生兩路正 交的本振信號(hào)，每一路按時(shí)間交替產(chǎn)生高低兩個(gè)頻段數(shù)據(jù)率為48MSPS的本振信號(hào)?；祛l器 模塊包括16個(gè)乘法器，如圖2所示，采用正交混頻方式，每一個(gè)通道對(duì)應(yīng)2個(gè)乘法器，混出I、Q 兩路信號(hào)。每個(gè)乘法器的工作時(shí)鐘是96MHz，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻段的時(shí)分復(fù)用，每個(gè)乘法器按時(shí) 間交替產(chǎn)生高低頻段混頻之后數(shù)據(jù)率為48MPSP的信號(hào)，8通道信號(hào)經(jīng)混頻產(chǎn)生32通道數(shù)據(jù) 率為48MSPS的信號(hào)，輸出送至抽取濾波模塊。抽取濾波模塊完成這32通道數(shù)據(jù)的降速和濾 波處理。數(shù)字下變頻之后進(jìn)行1024點(diǎn)的快速傅里葉變換，發(fā)射波形周期是250ms，則變換之 前的數(shù)據(jù)率為4KSPS，抽取倍數(shù)為48MSPS/4KSPS=12000。抽取濾波模塊包括8個(gè)級(jí)聯(lián)的濾波 器，如圖3所示，前四級(jí)是半帶濾波器(HB)，每級(jí)抽取2倍，第五級(jí)到第七級(jí)FIR濾波器抽取倍 數(shù)均為5,最后一級(jí)FIR濾波器抽取倍數(shù)為6 TPGA里FIR濾波器IP核具有多通道時(shí)分復(fù)用功 能，當(dāng)IP核的工作時(shí)鐘比信號(hào)的數(shù)據(jù)率高時(shí)，可進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。假設(shè)濾波器IP核的工作時(shí)鐘 是輸入信號(hào)數(shù)據(jù)率的Μ倍，則一個(gè)FIR濾波器的IP核可進(jìn)行Μ通道的抽取、濾波，Μ為時(shí)分復(fù)用 因子。當(dāng)通道數(shù)比時(shí)分復(fù)用因子Μ大時(shí)，可以增加 IP核的線(wire)數(shù)目，參數(shù)線數(shù)實(shí)際是濾 波器的數(shù)目。假設(shè)抽取濾波的通道數(shù)目是N，F(xiàn)IR濾波器IP核工作時(shí)鐘是輸入該濾波器信號(hào) 數(shù)據(jù)率的Μ倍，即時(shí)分復(fù)用因子為M，本級(jí)濾波器抽取倍數(shù)為K，則需要本級(jí)濾波器數(shù)目是 抽取濾波模塊的工作時(shí)鐘是144MHz，針對(duì)ΗΒ1來說，輸入ΗΒ1信號(hào)數(shù)據(jù)率為48MSPS，它 的時(shí)分復(fù)用因子Μ為3,要完成32通道的抽取濾波需要HB1數(shù)目為11，依次可以計(jì)算出每級(jí)濾 波器的數(shù)目：6個(gè)ΗΒ2，3個(gè)ΗΒ3，2個(gè)ΗΒ4，LPF1、LPF2、LPF3、LPF4的數(shù)目都是1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字化高頻雷達(dá)接收機(jī)，其特征在于:包括發(fā)射信 號(hào)合成部分、接收部分、時(shí)鐘部分和PC機(jī);發(fā)射信號(hào)合成部分包括依次相連的數(shù)控振蕩模 塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和濾波器模塊;接收部分包括依次相連的濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字下 變頻模塊和USB數(shù)據(jù)傳輸模塊;時(shí)鐘部分分別與發(fā)射信號(hào)合成部分的數(shù)控振蕩模塊、數(shù)模轉(zhuǎn) 換模塊、接收部分的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字下變頻模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸模塊相連;PC機(jī)與USB數(shù) 據(jù)傳輸模塊相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字化高頻雷達(dá)接收機(jī)，其 特征在于:所述的發(fā)射信號(hào)合成部分、數(shù)字下變頻模塊和USB數(shù)據(jù)傳輸模塊由數(shù)字處理芯片 FPGA實(shí)現(xiàn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字化高頻雷達(dá)接收機(jī)，其 特征在于:所述的數(shù)字下變頻模塊采用復(fù)用方式，即多個(gè)接收通道復(fù)用一個(gè)下變頻模塊。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字化高頻雷達(dá)接收機(jī)，其 特征在于:所述的數(shù)字下變頻模塊包括依次連接的數(shù)控振蕩器模塊、數(shù)字混頻器模塊和抽 取濾波模塊;數(shù)控振蕩器模塊交替產(chǎn)生與發(fā)射頻率相同的多個(gè)本振信號(hào)，數(shù)字混頻器模塊 包括多個(gè)并行運(yùn)算的乘法器，抽取濾波模塊包括多個(gè)依次級(jí)聯(lián)的半帶濾波器和多個(gè)依次級(jí) 聯(lián)的有限沖擊響應(yīng)濾波器，最后一個(gè)半帶濾波器與第一個(gè)有限沖擊響應(yīng)濾波器連接，通過 復(fù)用方式完成對(duì)多路信號(hào)的下變頻處理。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)用方式的多頻多通道數(shù)字化高頻雷達(dá)接收機(jī)，其 特征在于:所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊包括一個(gè)多通道帶增益控制的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號(hào)】G01S7/285GK205608174SQ201620211150
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】張?zhí)m, 黃世鋒, 吳雄斌, 柳劍飛, 王市委, 岳顯昌
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)