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張福貴，成都信息工程學院
2013年1月22日 北京訊 作為雷達係統的重要組成，傳統的天氣雷達接收機主要采用瞬時自動增益控製擴展動態範圍，利用模擬I、Q解jie調tiao器qi對dui信xin號hao進jin行xing模mo擬ni解jie調tiao，對dui接jie收shou機ji硬ying件jian依yi賴lai性xing強qiang，信xin號hao適shi應ying能neng力li差cha，而er軟ruan件jian無wu線xian電dian技ji術shu的de出chu現xian導dao致zhi了le無wu線xian電dian接jie收shou機ji的de革ge新xin。隨sui著zhe器qi件jian水shui平ping的de迅xun速su發fa展zhan，作zuo為wei軟ruan件jian無wu線xian電dian的de重zhong要yao內nei容rong，數shu字zi接jie收shou機ji日ri益yi成cheng熟shu並bing已yi經jing在zai雷lei達da、電子戰和通訊接收機中普遍應用。
軟件無線電最終目標是將模數轉換器件(ADC) 緊接在電台天線,直接在信號射頻進行采樣,將模擬信號轉換成數字信號,射(she)頻(pin)以(yi)下(xia)其(qi)他(ta)的(de)所(suo)有(you)處(chu)理(li)功(gong)能(neng)全(quan)部(bu)采(cai)用(yong)軟(ruan)件(jian)模(mo)塊(kuai)來(lai)實(shi)現(xian)。當(dang)前(qian)，數(shu)字(zi)接(jie)收(shou)機(ji)在(zai)氣(qi)象(xiang)雷(lei)達(da)中(zhong)已(yi)經(jing)得(de)到(dao)較(jiao)大(da)範(fan)圍(wei)的(de)推(tui)廣(guang)，實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)效(xiao)果(guo)顯(xian)著(zhu)，其(qi)優(you)勢(shi)主(zhu)要(yao)表(biao)現(xian)在(zai)體(ti)積(ji)變(bian)小(xiao)、成本降低、係統複雜程度降低，表現突出的是靈敏度和動態範圍性能有較大提升。
這些數字接收機基本上采用如圖1設計框圖，主要由三大部分構成，即高性能模數轉換（采集）、超chao大da規gui模mo可ke編bian程cheng邏luo輯ji器qi件jian實shi現xian數shu字zi變bian頻pin功gong能neng和he數shu據ju傳chuan輸shu。這zhe類lei設she計ji不bu足zu之zhi處chu在zai於yu，每mei個ge環huan節jie都dou需xu要yao精jing心xin設she計ji，導dao致zhi整zheng個ge設she計ji周zhou期qi過guo長chang或huo係xi統tong過guo於yu複fu雜za，尋xun找zhao一yi種zhong高gao集ji成cheng度du數shu據ju采cai集ji平ping台tai以yi簡jian化hua設she計ji無wu疑yi成cheng為wei亟ji待dai解jie決jue的de問wen題ti。
圖1 通用數字接收機框圖
淩華PCI-9846H高速數字化儀，可提供高精度、dizaoyinjigaodongtaifanweixingneng，gaomiduqiegaojingzhundu，namejiyugaibankatedian，shifoukeyichenggongshejichuyizhongfengkuoxianleidashuzizhongpinjieshouji，congerjianhuashuzijieshoujiderongchang、繁瑣且易出錯的設計研製工作呢？
簡化係統的機會
結合某型風廓線雷達係統參數特點，中頻頻點為50MHz,帶寬為5MHz，數shu字zi中zhong頻pin接jie收shou機ji采cai用yong基ji於yu多duo相xiang濾lv波bo的de數shu字zi正zheng交jiao變bian換huan方fang法fa。該gai方fang法fa不bu僅jin不bu需xu要yao正zheng交jiao本ben振zhen，且qie後hou續xu的de數shu字zi濾lv波bo器qi階jie數shu可ke以yi很hen低di，實shi現xian起qi來lai簡jian單dan。對duiADC的數據進行直接下變頻，ADC采樣後數字信號經過兩路分離處理後，通過半帶濾波、降速率、數字濾波最終得到兩路正交的雷達基數據輸出。
分析PCI-9846H高速數字化儀資源及結構特點，為驗證係統的可行性，設計按圖2搭建係統仿真平台。
圖2 數字中頻接收機驗證平台
為方便描述操作過程，將按如下步驟進行：
（1） 將PCI-9846板卡插入PC機的PCI槽中。啟動電腦，裝入淩華科技提供的技術資料光盤，將建立係統必須的驅動和相關開發工具安裝完畢。
（2） 將外部信號源設置兩路全相參輸出，模擬雷達提供的中頻和采樣時鍾，一路設置為40MHz作為板卡外部時鍾使用，接入板卡的“CLK IN”端，另一路設置為50MHz作為中頻輸入，接入PCI-9846的4個輸入通道中一路CH0。
（3） 淩華科技在軟件支持部分也投入大量的精力。針對 PCI-9816/9826/9846 的軟件解決方案，淩華科技提供了傳統的WD-DASK 與任務導向型的 DAQPilot 驅動程序與開發鏈接庫。打開LabVIEW軟件，找到控件ADLink DAQpilot。
（4） 設置ADLink DAQpilot，使用0號通道，幅值範圍±1V，選擇外部時鍾。
（5） 將ADC輸出按圖2進行下變頻操作，圖6為下變頻中的IQ分離部分。
圖3 IQ分離
（6） 根據設計者的設計習慣，為了便於數據分析，在LabVIEW中對每級數據進行存儲，並使用MATLAB進行深層次的分析。
經過上述簡單快捷的係統仿真模型搭建，下麵即可對係統進行仿真、驗證。
（1） PCI-9846H的通道1ADC數據分析。經驗證分析，PCI-9846H板工作在40MHz外部時鍾時數據采集正常，因使用的是欠采樣（帶通采樣），信噪比相對而言會有所損失。
（2） 通過在LabVIEW環境中快速的搭建數字下變頻係統， 50.3MHz的中頻輸入信號，經過變頻，降速率後得到雷達4MHz帶寬下的IQ基數據。結果顯示係統實現了數字下變頻的功能，通過該部分的實驗證明了使用淩華科技的PCI-9846H板(ban)卡(ka)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)某(mou)型(xing)雷(lei)達(da)數(shu)字(zi)中(zhong)頻(pin)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)需(xu)要(yao)。使(shi)用(yong)該(gai)板(ban)卡(ka)和(he)相(xiang)關(guan)的(de)軟(ruan)件(jian)工(gong)具(ju)產(chan)品(pin)，大(da)大(da)簡(jian)化(hua)了(le)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)的(de)複(fu)雜(za)度(du)，縮(suo)短(duan)了(le)產(chan)品(pin)開(kai)發(fa)前(qian)的(de)研(yan)發(fa)周(zhou)期(qi)。
進入雷達係統
通過上節的建模、仿真、驗證，可以看出係統可將PCI-9846H運用與雷達係統中，係統構架框圖如圖4所示。直接將板卡插入雷達終端機中，將雷達中頻信號、來自頻綜的相參時鍾信號以及其他觸發信號接入板卡相關接口。係統簡化了以往數字中頻接收機，省去了外部電源、節約了外部空間以及其他數據連接等考慮。係統直接將PCI-9846H來的數據通過PCI訪問進行變頻、產品顯示。
圖4 數字接收機係統框圖
按如圖4所示將係統組裝完成後，為驗證雷達係統工作正常，從雷達射頻前端灌入信號，下麵是係統工作時測量的情況。
（1） 係統中頻輸出為50.05MHz,功率為+5dBm時最終IQ時域數據輸出。
主要是檢查輸出IQ信號的功率穩定性和相位穩定性。從實際功率計數錯誤次數和相位錯誤計數都為0可以看出，通過PCI-9846H板卡設計的數字下變頻幅度一致性和相位穩定性上基本符合要求。
（2） 係統中頻輸出為50MHz+70Hz頻偏,中頻輸入功率為-40dBm。風廓線各個波束的功率譜顯示。因為雷達工作頻點為1290MHz,根據相關計算公式，若輸入70Hz頻偏則目標測得值應該為8.13m/s，從圖5可以看出，測出的風速為8.0m/s,與上式計算值吻合，其中差值為風廓線雷達時域相參積累、譜平均次數誤差導致。滿足設計要求。
圖5 風廓線雷達測風性能驗證
淩華科技PCI-9846H板卡，集成了豐富的硬件及其他開發資源，無論使用者的使用何種開發平台，如Visual Studio、Borl C++ Builder、Delphi或者是LabVIEW，均可通過DAQPilotsuotigongdejiaohushijiekou，kuaisuwanchengchengxudeshejiyuyingyong。shiyonggaibankakeyifangbiankuaijiedejinxingqianqidefanganyanzheng，jiakuailemouxingfengkuoxianleidashuzizhongpinjieshoujiyanzhidejindu，jingshijixitongshiyong，zhengminggaibankeyishengrenshuzizhongpinjieshoujishejixuyao。
關於淩華
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