[發明專利]一種高精度多通道同步高速數據采集處理系統與方法

有效

• 申請號: 202110477065.5
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113162626B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 聶慧鋒;翟羽佳;黃穎;丁兆貴;張秋實;蘇生
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二三研究所
• 主分類號: H03M1/54
• 分類號: H03M1/54
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種高精度多通道同步高速數據采集處理系統與方法，系統包括時鐘分配校準源、ADC數據采集模塊，以及FPGA中的ADC數據接收、FIFO數據緩存、分數延時濾波和可編程控制四個模塊，其中時鐘分配校準源產生多通道同步信號和同步時鐘，并分配給ADC數據采集模塊進行采樣，采樣數據經ADC數據接收模塊發送至FIFO數據緩存模塊；可編程控制模塊根據采樣數據進行FFT運算，通過CORDIC算法提取出各通道與參考通道間的相位差后，再計算各通道與參考通道間的延時，求出采樣周期的整數和分數倍數；FIFO數據緩存模塊、分數延時濾波器依次完成采樣周期整數倍、分數倍的移動，最終得到多通道同步序列。本發明實現了高精度的多通道同步高速數據的采集處理。

技術領域

本發明屬于多通道信號處理技術領域，特別是一種高精度多通道同步高速數據采集處理系統與方法。

背景技術

多通道信號處理技術在雷達、電子對抗等領域有著廣泛的應用，隨著微波技術和信號處理技術的成熟，以及高速ADC和FPGA器件的工藝水平的不斷提高，對多通道信號處理技術也提出了更高的要求。例如瞬時帶寬的提高，必然要求具有更高的的采樣速率，采樣時鐘頻率和數據輸出處理速度也需要相應的提高；大動態范圍的需求，隨著電磁環境變得越來越復雜，設計大動態范圍的接收機變得非常重要，動態范圍是衡量接收機的一個重要指標；高靈敏度的需求，靈敏度越高，意味著接收機能夠接收到微弱信號的能力越強，能探測到目標距離越遠，靈敏度是接收機的另一個重要指標，然而大動態范圍和高靈敏度又是一對相互制約的，因為他們對射頻前端會提出相反的要求，所以在接收機的設計過程中需要均衡考慮這兩個指標。

在電子對抗領域，多通道信號處理技術有著非常成熟的應用，但是無論是在比相體制還是比幅體制的測向系統中，對通道一致性都提出了嚴格的要求，所以保證各通道間的幅相一致性是一項關鍵技術。在比相體制的測向系統中，若各通道間的相位不一致超出了一定的容差，將會導致測向結果跳動，甚至測向結果完全錯誤；在比幅體制的測向系統中，若各通道間波束幅度不一致，在信號檢測時會導致目標所在方位波束誤判，這將導致測向的精度的大大降低。

在陣列信號處理領域，由于各通道間存在不一致性，從而產生孔徑效應，使波束指向偏離預控的方向，主波束方向增益下降，波束展寬，旁瓣電平升高等。為了解決該效應帶來的問題，必須消除各個通道之間的不一致性或者使通道間的不一致性控制在可接受的范圍之類。

在多通道信號處理領域，為了保證各通道間完全同步，雖然在硬件設計時參考時鐘線、信號線可采用等長設計，但受限于印制板加工工藝和設計布局布線的限制，沒法保證所有通道完全一致，且在實際工作中，由于抖動或者擾動的存在，各通道間依然會存在差異，所以在進行信號預處理前必須對多通道采集數據進行同步。目前，多通道數據采集系統一般通過以下幾種方法進行同步：一是分別調節各通道的采樣參考時鐘的相位，從而實現通道間的采樣同步，這種方法只能應用在某些特定場合，因為其調節范圍小，只能在一個時鐘周期內調節；二是在FPGA接收到ADC的采樣數據后，通過FIFO進行一定深度的緩存，通過計算各個通道與參考通道的相位差，來確定FIFO中數據的移動點數，從而實現通道間的同步，這種實現方法靈活方便，不需要過多的硬件支持，只需在FPGA中進行簡單的相位差計算，在多通道信號處理中得到了廣泛的應用，但是該方法只能做到采樣周期的整數倍的同步，而對于同步要求高的應用場合不適用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高精度多通道同步高速數據采集處理系統與方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種高精度多通道同步高速數據采集處理系統，包括時鐘分配校準源、ADC數據采集模塊和FPGA，所述FPGA包括ADC數據接收模塊、FIFO數據緩存模塊、分數延時濾波模塊和可編程控制模塊，其中：

時鐘分配校準源，用于將射頻開關切換至校準支路或工作支路，產生多通道同步信號和同步時鐘，并分配給ADC數據采集模塊；

ADC數據采集模塊，對多通道同步信號進行采樣，得到多通道采集后的數字信號發送至FPGA的ADC數據接收模塊；