一种五通道中频数字接收机的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于雷达电子领域，特别涉及一种五通道中频数字接收机。本实用新型包括FPGA芯片，所述FPGA芯片与第一采样通道模块、第二采样通道模块、第三采样通道模块、第四采样通道模块、发射样本通道模块之间双向通信连接，所述采样通道模块、发射样本通道模块的输入端分别连接回波信号、样本信号，所述FPGA芯片还与15路时序输入输出接口、第一光纤收发器、第二光纤收发器、以太网配置芯片之间双向通信连接，所述时序输入输出接口、光纤收发器、以太网配置芯片输出数字正交信号至后端设备。因此本实用新型具备了120dB大动态范围的中频数字接收能力，而且本实用新型还具备结构简单、成本低廉、灵敏度高的特点。
【专利说明】
一种五通道中频数字接收机
技术领域
[0001]本实用新型属于雷达电子领域，特别涉及一种五通道中频数字接收机。【背景技术】
[0002]在数字化雷达系统中，中频数字接收机是模拟信号转化为数字信号的关键环节， 通过模数转换器对中频模拟信号进行采集，将其转化为数字正交信号，然后对其进行数字下变频处理将其转化到基带频率上，并通过光纤或网口将处理后的数据传输至信号处理器或其它设备进行进一步运算处理。因此中频数字接收机采样的精度、灵敏度、动态范围直接影响到整个雷达系统的精度，灵敏度和动态范围。
[0003]目前中频采样的模数转换器的最高精度为16位，在中频采样率下的信噪比一般为 75dB左右，算上数字下变频的处理得益，在天气雷达常用的脉宽范围内，其动态范围大概为 80dB?90dB，因此对于一些动态范围需求较大的场合往往不能满足需求，因此提升中频数字接收机的动态范围是一个需要解决的问题。【实用新型内容】
[0004]本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提供了一种五通道中频数字接收机， 本实用新型提供了一种动态范围大、结构简单、成本低廉、灵敏度高的接收机。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术措施:
[0006]—种五通道中频数字接收机，包括主处理器模块，所述主处理器模块与采样通道模块、发射样本通道模块之间双向通信连接，所述采样通道模块、发射样本通道模块的输入端分别连接回波信号、样本信号；
[0007]本数字接收机还包括接口及网络模块，所述接口及网络模块输出数字正交信号至后端设备。
[0008]本实用新型还可以通过以下技术措施进一步实现。
[0009]优选的，所述发射样本通道模块包括第一模数转换单元、第一数字下变频单元、数字测频单元、初相采集单元，所述第一模数转换单元的输入端连接样本信号，第一模数转换单元的输出端连接第一数字下变频单元的输入端，所述第一数字下变频单元的输出端连接数字测频单元的输入端，所述数字测频单元的输出端连接采样通道模块、初相采集单元的输入端，所述初相采集单元的输出端连接采样通道模块的输入端。
[0010]优选的，所述采样通道模块包括第一采样通道模块、第二采样通道模块、第三采样通道模块、第四采样通道模块，所述第一采样通道模块、第二采样通道模块、第三采样通道模块、第四采样通道模块均与主处理器模块之间双向通信连接；
[0011]所述第一采样通道模块、第二采样通道模块、第三采样通道模块、第四采样通道模块均包括第二模数转换单元、第二数字下变频单元、相位修正单元，采样通道模块中的第二模数转换单元的输入端均连接回波信号，所述第二模数转换单元、数字测频单元的输出端均连接第二数字下变频单元的输入端，所述第二数字下变频单元、初相采集单元的输出端均连接相位修正单元的输入端，所述第一采样通道模块和第二采样通道模块中的相位修正单元的输出端均连接第一动态拼接单元的输入端，所述第一动态拼接单元的输出端连接第一增益修正单元的输入端；
[0012]所述第三采样通道模块和第四采样通道模块中的相位修正单元的输出端均连接第二动态拼接单元的输入端，所述第二动态拼接单元的输出端连接第二增益修正单元的输入端;所述第一增益修正单元、第二增益修正单元的输出端均连接接口及网络模块的输入端。
[0013]优选的，所述第二数字下变频单元包括数字控制振荡器，所述数字控制振荡器的输入端连接数字测频单元的输出端，数字控制振荡器的两个输出端分别连接第一乘法器、 第二乘法器的输入端，所述第一乘法器、第二乘法器的另一输入端均连接第二模数转换单元的输入端，第一乘法器、第二乘法器的输出端分别连接第一滤波器、第二滤波器的输入端，所述第一滤波器、第二滤波器的输出端均连接相位修正单元的输入端。
[0014]优选的，所述相位修正单元包括复数乘法器，所述复数乘法器的输入端连接第一滤波器、第二滤波器、初相采集单元的输出端，所述复数乘法器的输出端连接动态拼接单元的输入端。
[0015]进一步的，所述接口及网络模块为时序输入输出接口、第一光纤收发器、第二光纤收发器、以太网配置芯片，所述时序输入输出接口、第一光纤收发器、第二光纤收发器、以太网配置芯片输出数字正交信号至后端设备。
[0016]进一步的，本数字接收机还包括输出端与主处理器模块的输入端相连的FPGA配置芯片、存储芯片、串口电平转换芯片、以及温度传感器芯片。
[0017]进一步的，所述主处理器模块的型号为美国Altera公司生产的EP4SGX230芯片;所述第一模数转换单元、第二模数转换单元的型号均为美国AD公司生产的AD9460芯片。[〇〇18] 进一步的，所述第一光纤收发器、第二光纤收发器的型号均为法国Avago公司生产的AFCT5701ALZ芯片;所述以太网配置芯片的型号为韩国WIZnet公司生产的W5300芯片。 [〇〇19]本实用新型的有益效果在于:
[0020]1)、本实用新型包括主处理器模块，所述主处理器模块与采样通道模块、发射样本通道模块之间双向通信连接，所述采样通道模块、发射样本通道模块的输入端分别连接回波信号、样本信号，所述回波信号、样本信号经过所述接口及网络模块输出至后端设备。通过发射样本通道模块中的数字测频单元可以实现对样本信号的实时测频，保证了接收的回波信号频谱始终能被搬移到零频上；同时采样通道模块中的相位修正单元可以将非相参信号转化为相参的回波信号，提高了雷达的相参性能，而且两个采样通道模块经过动态拼接单元、增益修正单元，可以实现对任意两个采样通道进行强度上的拼接，因此本实用新型具备了 120dB大动态范围的中频数字接收能力，而且本实用新型还具备结构简单、成本低廉、 灵敏度高的特点。
[0021]2)、所述主处理器模块的型号为美国Altera公司生产的EP4SGX230芯片；所述第一模数转换单元、第二模数转换单元的型号均为美国AD公司生产的AD9460芯片；第一光纤收发器、第二光纤收发器的型号均为法国Avago公司生产的AFCT5701ALZ芯片；所述以太网配置芯片的型号为韩国WIZnet公司生产的W5300芯片。上述多个特定型号的部件互相配合，实现了本实用新型的最优设计。【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的电路组成框图；
[0023]图2为本实用新型的采样通道模块和样本通道模块的电路组成框图；[〇〇24]图3为本实用新型的第二数字下变频单元和相位修正单元电路的组成框图；[〇〇25]图4为本实用新型的数字测频单元的工作原理图。[〇〇26]图中的附图标记含义如下:[〇〇27]10—主处理器模块20—第一采样通道模块
[0028]21—第二模数转换单元22—第二数字下变频单元[〇〇29]23—相位修正单元24—第一动态拼接单元[〇〇3〇]25—第一增益修正单元26—第二动态拼接单元[〇〇31]27—第二增益修正单元30—第二采样通道模块[〇〇32]40—第三采样通道模块50—第四采样通道模块[〇〇33]60—样本通道模块61—第一模数转换单元[〇〇34]62—第一数字下变频单元63—数字测频单元[〇〇35]64—初相采集单元70—第一光纤收发器[〇〇36]80—第二光纤收发器90—以太网配置芯片[〇〇37]221—数字控制振荡器222—第一乘法器[〇〇38]223—第二乘法器224—第一滤波器[〇〇39]225—第二滤波器【具体实施方式】
[0040]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0041 ]如图1所示，一种五通道中频数字接收机，包括FPGA芯片10,所述FPGA芯片10与第一采样通道模块20、第二采样通道模块30、第三采样通道模块40、第四采样通道模块50、发射样本通道模块60之间双向通信连接;所述采样通道模块、发射样本通道模块60的输入端分别连接回波信号、样本信号;所述FPGA芯片10还与15路时序输入输出接口、第一光纤收发器70、第二光纤收发器80、以太网配置芯片90之间双向通信连接，所述15路时序输入输出接口、光纤收发器、以太网配置芯片90输出数字正交信号至后端设备。[〇〇42]所述主处理器模块10的型号为美国Altera公司生产的EP4SGX230芯片；所述第一模数转换单元61、第二模数转换单元21的型号均为美国AD公司生产的AD9460芯片;所述第一光纤收发器70、第二光纤收发器80的型号均为法国Avago公司生产的AFCT5701ALZ芯片； 所述以太网配置芯片90的型号为韩国WIZnet公司生产的W5300芯片。[〇〇43]如图2所示，所述发射样本通道模块60包括第一模数转换单元61、第一数字下变频单元62、数字测频单元63、初相采集单元64,所述第一模数转换单元61的输入端连接样本信号，第一模数转换单元61的输出端连接第一数字下变频单元62的输入端，所述第一数字下变频单元62的输出端连接数字测频单元63的输入端，所述数字测频单元63的输出端连接采样通道模块、初相采集单元64的输入端，所述初相采集单元64的输出端连接采样通道模块的输入端。[〇〇44]所述第一采样通道模块20、第二采样通道模块30、第三采样通道模块40、第四采样通道模块50均包括第二模数转换单元21、第二数字下变频单元22、相位修正单元23,采样通道模块中的第二模数转换单元21的输入端均连接回波信号，所述第二模数转换单元21、数字测频单元63的输出端均连接第二数字下变频单元22的输入端，所述第二数字下变频单元 22、初相采集单元64的输出端均连接相位修正单元23的输入端，所述第一采样通道模块20 和第二采样通道模块30中的相位修正单元23的输出端均连接第一动态拼接单元24的输入端，所述第一动态拼接单元24的输出端连接第一增益修正单元25的输入端；[〇〇45]所述第三采样通道模块40和第四采样通道模块50中的相位修正单元23的输出端均连接第二动态拼接单元26的输入端，所述第二动态拼接单元26的输出端连接第二增益修正单元27的输入端;所述第一增益修正单元25、第二增益修正单元27的输出端均连接接口及网络模块的输入端。
[0046]如图3所示，所述第二数字下变频单元22包括数字控制振荡器221，所述数字控制振荡器221的输入端连接数字测频单元63的输出端，数字控制振荡器221的两个输出端分别连接第一乘法器222、第二乘法器223的输入端，所述第一乘法器222、第二乘法器223的另一输入端均连接第二模数转换单元21的输入端，第一乘法器222、第二乘法器223的输出端分别连接第一滤波器224、第二滤波器225的输入端，所述第一滤波器224、第二滤波器225的输出端均连接相位修正单元23的复数乘法器的输入端。
[0047]本实用新型在使用时，可以与现有技术中的软件配合来进行使用。下面结合现有技术中的软件对本实用新型的工作原理进行描述，但是必须指出的是:与本实用新型相配合的软件不是本实用新型的创新部分，也不是本实用新型的组成部分。[〇〇48]如图2、3所示，样本信号经过第一模数转换单元61后转化为16位数字信号，再经过第一数字下变频单元62得到了一组正交样本信号；回波信号经过第二模数转换单元21后转化为16位数字信号;通过数字测频单元63对这组正交样本信号进行测频，得到当前样本信号的频率，通过此样本信号的频率求得第二数字下变频单元22中数字控制振荡器221输出的精确频率值，数字控制振荡器221根据测频结果分别输出相应频率的余弦序列和正弦数字序列，采样后的中频数字信号和这两个序列分别相乘，然后分别滤除基带以外的频率分量，这样就得到了初始的数字正交信号，初始的数字正交信号通过一个复数乘法器和样本通道初相正交信号的共辄相乘，在原始正交信号的相位上减去了这个初始相位，确保了信号的相参性。通过初相采集单元64将初相传送至相位修正单元23的输入端，相位修正单元 23通过所述初相修正四个采样通道模块的数字正交信号，使所述数字正交信号由非相参信号转化为相参信号。[〇〇49]在设计时让一个采样通道模块实现80dB的系统动态，另一个采样通道模块实现 40dB的系统动态，大增益采样通道模块实现回波强度为-104dBm?30dBm的正常信号接收， 小增益采样通道模块实现回波强度为_30dBm?+16dBm的正常信号接收，检测这两个采样通道模块的回波强度，当小增益采样通道模块中的回波强度大于某个阈值时，则选取小增益采样通道模块经相位修正单元23修正后的数字正交信号作为当前距离的回波信号;若小增益采样通道模块中的回波强度小于该阈值时，则选取高增益采样通道模块经相位修正单元 23修正后的数字正交信号作为当前距离的回波信号，因此就将两个采样通道模块的回波整合成为一个通道的回波强度，整合后的采样通道模块的动态范围为_104dBm?+16dBm，因此本实用新型具备了 120dB大动态范围的中频数字接收能力。
[0050]如图4所示，对16位数字信号进行数字下变频后得到了一组正交样本信号，对所述正交样本信号做1024点的FFT变换再求模，找到最大值对应的频率在谱线上的位置，并以此位置为中心进行一阶矩校正，最后可以得出发射样本通道模块相对于当前数字控制振荡器 221输出频率的偏移量，用所述偏移量来修正数字控制振荡器221的输出频率。
【主权项】
1.一种五通道中频数字接收机，包括主处理器模块(10)，其特征在于:所述主处理器模 块(10)与采样通道模块、发射样本通道模块(60)之间双向通信连接，所述采样通道模块、发 射样本通道模块(60)的输入端分别连接回波信号、样本信号；本数字接收机还包括接口及网络模块，所述接口及网络模块输出数字正交信号至后端 设备。2.如权利要求1所述的一种五通道中频数字接收机，其特征在于:所述发射样本通道模 块(60)包括第一模数转换单元(61 )、第一数字下变频单元(62)、数字测频单元(63)、初相采 集单元(64)，所述第一模数转换单元(61)的输入端连接样本信号，第一模数转换单元(61) 的输出端连接第一数字下变频单元(62)的输入端，所述第一数字下变频单元(62)的输出端 连接数字测频单元(63)的输入端，所述数字测频单元(63)的输出端连接采样通道模块、初 相采集单元(64)的输入端，所述初相采集单元(64)的输出端连接采样通道模块的输入端。3.如权利要求2所述的一种五通道中频数字接收机，其特征在于:所述采样通道模块包 括第一采样通道模块(20 )、第二采样通道模块(30 )、第三采样通道模块(40 )、第四采样通道 模块(50 )，所述第一采样通道模块(20 )、第二采样通道模块(30 )、第三采样通道模块(40)、 第四采样通道模块(50)均与主处理器模块(10)之间双向通信连接；所述第一采样通道模块(20 )、第二采样通道模块(30 )、第三采样通道模块(40 )、第四采 样通道模块(50)均包括第二模数转换单元(21)、第二数字下变频单元(22)、相位修正单元 (23)，采样通道模块中的第二模数转换单元(21)的输入端均连接回波信号，所述第二模数 转换单元(21)、数字测频单元(63)的输出端均连接第二数字下变频单元(22)的输入端，所 述第二数字下变频单元(22)、初相采集单元(64)的输出端均连接相位修正单元(23)的输入 端，所述第一采样通道模块(20)和第二采样通道模块(30)中的相位修正单元(23)的输出端 均连接第一动态拼接单元(24)的输入端，所述第一动态拼接单元(24)的输出端连接第一增 益修正单元(25)的输入端；所述第三采样通道模块(40)和第四采样通道模块(50)中的相位修正单元(23)的输出 端均连接第二动态拼接单元(26)的输入端，所述第二动态拼接单元(26)的输出端连接第二 增益修正单元(27)的输入端;所述第一增益修正单元(25)、第二增益修正单元(27)的输出 端均连接接口及网络模块的输入端。4.如权利要求3所述的一种五通道中频数字接收机，其特征在于:所述第二数字下变频 单元(22)包括数字控制振荡器(221)，所述数字控制振荡器(221)的输入端连接数字测频单 元(63)的输出端，数字控制振荡器(221)的两个输出端分别连接第一乘法器(222)、第二乘 法器(223)的输入端，所述第一乘法器(222)、第二乘法器(223)的另一输入端均连接第二模 数转换单元(21)的输入端，第一乘法器(222)、第二乘法器(223)的输出端分别连接第一滤 波器(224)、第二滤波器(225)的输入端，所述第一滤波器(224)、第二滤波器(225)的输出端 均连接相位修正单元(23)的输入端。5.如权利要求4所述的一种五通道中频数字接收机，其特征在于:所述相位修正单元 (23)包括复数乘法器，所述复数乘法器的输入端连接第一滤波器(224)、第二滤波器(225)、 初相采集单元(64)的输出端，所述复数乘法器的输出端连接动态拼接单元的输入端。6.如权利要求1或3所述的一种五通道中频数字接收机，其特征在于:所述接口及网络 模块为时序输入输出接口、第一光纤收发器(70)、第二光纤收发器(80)、以太网配置芯片(90)，所述时序输入输出接口、第一光纤收发器(70)、第二光纤收发器(80)、以太网配置芯 片(90)输出数字正交信号至后端设备。7.如权利要求1?5任一项所述的一种五通道中频数字接收机，其特征在于:本数字接 收机还包括输出端与主处理器模块(10)的输入端相连的FPGA配置芯片、存储芯片、串口电 平转换芯片、以及温度传感器芯片。8.如权利要求3所述的一种五通道中频数字接收机，其特征在于:所述主处理器模块 (10)的型号为美国Altera公司生产的EP4SGX230芯片;所述第一模数转换单元(61)、第二模 数转换单元(21)的型号均为美国AD公司生产的AD9460芯片。9.如权利要求6所述的一种五通道中频数字接收机，其特征在于:所述第一光纤收发器 (70)、第二光纤收发器(80)的型号均为法国Avago公司生产的AFCT5701ALZ芯片;所述以太 网配置芯片(90)的型号为韩国WIZnet公司生产的W5300芯片。
【文档编号】G01S7/285GK205608175SQ201620284751
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】徐鹏来, 茹炎, 方冰, 张阳
【申请人】安徽四创电子股份有限公司