一种多通道全数字超高频雷达信号采集装置的制作方法

本实用新型属于雷达技术领域，涉及一种用于探测河流表面波参数或者近岸海面浪参数雷达，尤其涉及一种多通道全数字超高频雷达信号采集装置。

背景技术：

超高频雷达主要用于气象观测、河流表面流反演和近海的海态监测等遥感技术，而雷达信号采集是雷达技术的基础。传统的超外差式超高频雷达因为信号在模拟前端已经实现了下变频，因此数据传输速率较低，对信号采集装置的指标要求不高。随着大规模集成电路的发展，现代超高频雷达的模拟电路逐渐由数字电路取代，原本位于模拟前端的混频器被数据混频器取代，有模拟混频器引入的交调失真和噪声得到彻底消除，雷达的技术指标得到进一步提升。但是由于全数字雷达对回波信号直接射频采样，这对雷达信号采集装置的要求大大提升，传统的信号采集装置很难达到要求的信号带宽、采样频率和传输速率。

技术实现要素：

针对背景技术存在的问题，本实用新型提供一种多通道全数字超高频雷达信号采集装置。为了满足现代全数字超高频雷达高采样率、高信号带宽和高传输速率的要求，本实用新型设计了一套多通道全数字超高频信号采集装置。本实用新型的工作频率可以根据具体雷达的工作频段灵活设置，只需改变位于模拟前端的带通滤波器即可。且实用新型具备硬件结构简单，通道数多，电路成本低，工作稳定等优点，完全满足现代雷达相关技术指标，为全数字超高频雷达提供了可靠的技术支持。

本实用新型的技术方案如下：

一种多通道全数字超高频雷达信号采集装置，包括依次连接的八通道模拟前端、并串转换器、抽取滤波器、FIR滤波器、数据缓冲器、USB控制器和雷达主机；其中八通道模拟前端的每个通道结构相同，均由依次连接的收发开关、射频放大器、带通滤波器和模数转换器组成。

所述收发开关由两个射频开关芯片HMC544A串联组成，开关隔离度达到60dB，切换速度小于20ns，信号带宽大于1GHz，最大允许信号功率大于40dBm。

所述并串转换器由FPGA实现，使用双口FIFO将并行数据转换为串行数据用于后续处理和传输。

所述射频放大器有低噪声放大器GALI-52和高增益放大器GALI-74组成，两级放大总增益为40dB，信号带宽大于800MHz，带内纹波低于2dB，噪声系数低于4.5dB。

所述带通滤波器结构为2个串联的7阶椭圆滤波器组成，滤波器中心频率340MHz，带宽20MHz，带内纹波低于2dB。所述模数转换器器件采样率高于125MHz，模拟信号输入带宽高于650MHz。

所述USB控制器由CY7C68013组成，数据传输速率高于480Mbps。

本实用新型电路结构简单，易于实现，且工作稳定，成本较低。可用于多通道全数字超高频雷达进行信号采集和传输，包含了低噪声系数、高增益的八通道模拟前端用于对信号进行放大滤波，使用高分辨率、高采样率的模数转换器直接对射频信号进行带通采样，信噪比高，不会引入交调失真。使用并串转换器对八通道并行信号转换为串行信号在进行抽取滤波，降低采样率，然后直接使用USB上传到雷达主机。本实用新型操作简单，具有明显的优点和经济价值。

附图说明

图1为本实用新型的结构简图。

图2为本实用新型的模拟前端结构图。

图3为本实用新型的收发开关结构图。

图4为本实用新型的模数转换器信号匹配电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

如图1所示，本实用新型包括依次连接的八通道模拟前端、并串转换器、抽取滤波器、FIR滤波器、数据缓冲器、USB控制器和雷达主机；图2显示的是模拟前端的一个通道结构图，八通道模拟前端的每个通道结构相同，均由依次连接的收发开关、射频放大器、带通滤波器和模数转换器组成；其中射频放大器由低噪声放大器GALI-52和高增益放大器GALI-74串联组成，两级放大总增益为40dB，信号带宽大于800MHz，带内纹波低于2dB，噪声系数低于4.5dB；带通滤波器结构为2个串联的7阶椭圆滤波器组成，滤波器中心频率340MHz，带宽20MHz，带内纹波低于2dB。

图3显示的是收发开关的结构图，收发开关由三个射频开关芯片HMC544A组成，保证了发射和接收均由两个开关串联，总的隔离度达到60dB以上，切换速度小于20ns，信号带宽大于1GHz，最大允许信号功率大于40dBm。并串转换器由FPGA实现，使用双口FIFO将并行数据转换为串行数据用于后续处理和传输。

所述模数转换器器件采样率高于125MHz，模拟信号输入带宽高于650MHz。信号在进入模数转换之前，必需使用信号匹配电路将单端信号转换为差分信号，信号匹配电路的电路图如图4所示，主要使用射频变压器配合电阻电容实现信号从单端到查分的转换。USB控制器由CY7C68013组成，数据传输速率高于480Mbps。

在本实施例中：

中心频率340MHz、带宽15Mhz的线性扫频回波信号经过收发开关隔离后，有射频放大器放大40dB，再通过带通滤波器滤除噪声，最后由模数转换器直接射频采样到数字域。八通道并行信号有并串转换器转换为串行信号后，由抽取滤波器实现下变频。原始信号的采样率为81.92Mhz，根据带通采样原理，采样后的信号中心频率变为12.32Mhz，带宽仍为15MHz。

FIR滤波器的带宽设置为20Mhz，阶数为83,带外衰减高于50dB，带内纹波小于2dB。经过抽取和滤波后，信号将通过USB上传到雷达主机，在上传之前，为了保证信号传输的稳定性，需利用数据缓冲器对信号进行缓冲。USB转换器的数据传输速率最高可达到480Msps，满足绝大多数全数字雷达的需求。

此外，由于本实用新型硬件电路简单，大多数功能都在FPGA中实现，因此都是可以灵活配置的，用户可以根据雷达的波形参数更改信号采集装置的采样率、带宽、放大器增益以及抽取滤波器的抽取倍数等。