基于fpga的多通道短波/超短波信号处理系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型属于无线电通讯领域，尤其涉及一种基于FPGA的多通道短波/超短波波信号处理系统。
【背景技术】
[0002]随着计算机和信息科学技术的飞速发展，人们面临的信号处理任务越来越繁重，对数据采集系统的要求也越来越高。由此，数字信号处理技术应运而生，并且得到了迅速的发展。由于其具有算法灵活、抗干扰能力强、处理速度快、结果精确等优点，现已广泛应用于图像处理、信号检测、软件无线电、工业自动化控制等领域。数据采集与处理系统作为实现数字信号处理技术的应用平台，也因此得到了很大的发展，在采样速率、处理能力等方面都有了很大的提尚。
[0003]FPGA技术的快速发展，使得FPGA在信号采集与处理方面的优势也越来越明显。FPGA芯片不仅具有很强的逻辑控制能力，而且具有较强的数字信号处理能力。现在新型的FPGA芯片中一般都集成了 DSP模块，甚至嵌入了软/硬核处理器，加上FPGA在信号并行处理方面的优势，使得基于FPGA的信号采集控制与处理已经完全成为可能。基于FPGA的信号采集与处理系统具有开发周期短、设计灵活、成本低、可靠性强等特点，具有十分广阔的应用前景。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统，具有高速实时采集，系统的精度高，通用性强等优点，采用软件无线电思想，能够广泛应用在语音信号、图像处理及自动化控制等领域。
[0005]本实用新型提出了一种基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统，包括接收模块、采集控制与处理模块和客户端模块；所述接收模块与所述采集控制与处理模块连接，所述采集控制与处理模块与所述客户端模块连接；其中，所述接收模块包括:射频电路和下变频电路；所述射频电路的输出端与所述下变频电路的输入端连接；所述采集控制与处理模块包括:多通道选择电路、A/D转换电路和FPGA及其外围电路；所述多通道选择电路的输入端与所述下变频电路的输出端连接；所述A/D转换电路的输入端与所述多通道选择电路的输出端连接；所述FPGA及其外围电路的输入端与所述A/D转换电路的输出端连接；所述客户端模块包括:串口连接电路与上位机模块；所述串口电路连接电路的输入端与所述FPGA及其外围电路的输出端连接；所述上位机模块的输入端与所述串口连接电路的输出端连接。
[0006]本实用新型提出的基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统中，所述FPGA及其外围电路包括:采集控制单元、信号处理单元、存储控制单元和存储器单元；其中，所述采集控制单元与所述信号处理单元连接；所述信号处理单元与所述存储控制单元连接；所述存储控制单元与所述存储器单元连接。
[0007]本实用新型提出的基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统中，所述FPGA为 ALTERA 的 Cyclone II 系列的 EP2C35F672C6N。
[0008]本实用新型提出的基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统中，所述存储器单元为片外Flash存储器。
[0009]本实用新型提出的基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统中，所述多通道选择电路为16路的多通道选择开关AD7506。
[0010]本实用新型提出的基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统中，所述A/D转换电路为双路12位的AD7862。
[0011 ] 本实用新型提出的基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统中，所述上位机模块采用MATLAB语言编写图形用户界面，界面显示各通道信号的波形和频率参数。
[0012]本实用新型提出的多通道短波/超短波信号处理系统的处理方法，包括以下步骤:
[0013]步骤一:通过射频电路对接收到的短波/超短波目标信号进行选频、滤波和放大，并由下变频模块高频信号变频为中频信号；
[0014]步骤二:FPGA及其外围电路控制多通道选择电路完成对多路模拟信号的选择，并控制A/D转换电路将选择后的多路模拟信号转换为数字信号送入FPGA进行FFT处理；
[0015]步骤三:通过串口连接电路将处理后的信号数据上传至上位机模块中，通过所述上位机模块的可视化界面将相关参数显示。
[0016]其中，所述步骤二包括:
[0017]步骤a:采集控制单元产生逻辑控制信号控制所述多通道选择电路完成对多路模拟信号的选择，并控制所述A/D转换电路产生工作时序将选择后的多路模拟信号转换为数字信号送入FPGA进行FFT处理；
[0018]步骤b:存储控制单元产生逻辑控制信号，将FFT处理后的信号存储在存储器单元中；
[0019]步骤c:通过设置溢出参数将存储在所述存储器单元中信号数据输出。
[0020]本实用新型通过采用四个多通道选择开关AD7506，实现了四通道的短波/超短波中频模拟信号的高速实时采集，系统的精度高，通用性强，可根据实际的采集需求，通过简单地增加多通道选择开关即可实现更多通道的信号实时采集。
[0021]本实用新型基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统，通过采用软件无线电的设计思想，使经过接收后的模拟信号尽可能快的实现数字化，避免信号传输过程中可能受到的内部或外界的干扰。克服了传统采集处理系统的低速、不可靠等缺陷，是数据的传输的可靠性得到增强，能够实现包括图形、语音及图像等的传输，满足了现有的数据采集与处理的需求。
[0022]本实用新型能够应用于短波/超短波通信如工业自动化控制、水利水情监测、电力应急通信等领域的信号采集与处理中。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统的结构示意图。
[0024]图2为本实用新型基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统中采集控制与处理模块的结构示意图。
[0025]图3为本实用新型基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统中上位机可视化界面的设计图。
【具体实施方式】
[0026]结合以下具体实施例和附图，对本实用新型做进一步的详细说明。实施本实用新型的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容外，均为本领域的普通知识和公知常识，本实用新型没有特别限制内容。
[0027]本实用新型中所涉及的“模块”均指内部烧录的或固有程序的芯片及其连接电路，芯片中所烧录或固有的程序均为现有公知技术。
[0028]图1是本实用新型基于FPGA的多通道短波/超短波信号处理系统的整体结构框架。本实用新型包括:接收模块100、采集控制与处理模块200与客户端模块300。
[0029]其中，接收模块100与采集控制与处理模块200连接，采集控制与处理模块200与客户端模块300连接，接收模块100用于接收短波/超短波目标信号，并进行相应的变频处理。采集控制与处理模块200是整个系统的控制核心，控制系统的相关功能模块完成对信号的采集与处理任务。客户端模块300主要是将采集到的多路信号的相关波形和频率等进行可视化显示，更直观地呈现给系统管理者。
[0030]参阅图1，接收模块100包括:射频电路110和下变频电路120，射频电路110用于对目标信号进行选频、滤波、放大等，下变频模块120用于将高频的短波/超短波信号变频至采集控制与处理模块200可处理的中频信号。
[0031]参阅图1，采集控制与处理模块200包括:多通道选择电路210、A/D转换电路220与FPGA及其外围电路230。在系统工作时，多路模拟信号首先经过多通道选择电路210和A/D转换电路220，采集控制单元231通过控制多通道选择电路210和A/D转换电路220，产生控制A/D转换的工作时序和进行多通道选择的逻辑控制信号，完成对多路模拟信号的选择，并对选择后的多路模拟信号进行A/D转换。经过A/D转换后的数字信号送入FPGA进行FFT处理，最后由存储控制单元233产生存储器单元234的逻辑控制信号，将经过FFT处理后的信号进行存储。
[0032]参阅图1，客户端模块300包括:串口连接电路310和上位机模块320，采集控制与处理模块200中的存储控制单元233通过产生逻辑控制信号，对经过FFT处理后的信号进行存储，而通过设置一定的溢出参数，将存储的信号数据通过串口连接电路310上传至上位机模块320中，通过上位机的可视化界面将相关参数显示。
[0033]以下结合图2对采集控制与处理模块200的结构及其功能做进一步的说明。
[0034]本实用新型选择16路的多通道选择开关AD7506，通过控制使能端高电平有效来控制AD7506的工作状态。根据需要采集的信号路数，将采集信号输入通道进行分组，从而通过多片AD7506实现对多路模拟输入信号的通道选择。由FPGA控制产生AD7506所需的片选信号和通道选择时序信号。
[0035]A/D转换电路220的作用就是把采集到的模拟信号转换成数字信号，以便后面的信号处理模块实现对数字信号的处理。本实用新型选择双路12位的AD转换芯片AD7862，该芯片内部集成了两个可以同时工作的12位AD转换器，可以完成两组通道信号中的任意一组通道的2路模拟信号同时采样，转换时间约为4us。FPGA会产生片选信号、多路选择信号、读取控制信号及CONVST信号，从而控制AD7862完成由模拟信号到数字信号的转换。进过转换后的数字信号通过数据总线将数据送入FPGA进行FFT处理。
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