本實用新型屬于雷達技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于探測河流表面波參數(shù)或者近岸海面浪參數(shù)雷達，尤其涉及一種多通道全數(shù)字超高頻雷達信號采集裝置。

背景技術(shù)：

超高頻雷達主要用于氣象觀測、河流表面流反演和近海的海態(tài)監(jiān)測等遙感技術(shù)，而雷達信號采集是雷達技術(shù)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的超外差式超高頻雷達因為信號在模擬前端已經(jīng)實現(xiàn)了下變頻，因此數(shù)據(jù)傳輸速率較低，對信號采集裝置的指標要求不高。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，現(xiàn)代超高頻雷達的模擬電路逐漸由數(shù)字電路取代，原本位于模擬前端的混頻器被數(shù)據(jù)混頻器取代，有模擬混頻器引入的交調(diào)失真和噪聲得到徹底消除，雷達的技術(shù)指標得到進一步提升。但是由于全數(shù)字雷達對回波信號直接射頻采樣，這對雷達信號采集裝置的要求大大提升，傳統(tǒng)的信號采集裝置很難達到要求的信號帶寬、采樣頻率和傳輸速率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)存在的問題，本實用新型提供一種多通道全數(shù)字超高頻雷達信號采集裝置。為了滿足現(xiàn)代全數(shù)字超高頻雷達高采樣率、高信號帶寬和高傳輸速率的要求，本實用新型設(shè)計了一套多通道全數(shù)字超高頻信號采集裝置。本實用新型的工作頻率可以根據(jù)具體雷達的工作頻段靈活設(shè)置，只需改變位于模擬前端的帶通濾波器即可。且實用新型具備硬件結(jié)構(gòu)簡單，通道數(shù)多，電路成本低，工作穩(wěn)定等優(yōu)點，完全滿足現(xiàn)代雷達相關(guān)技術(shù)指標，為全數(shù)字超高頻雷達提供了可靠的技術(shù)支持。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種多通道全數(shù)字超高頻雷達信號采集裝置，包括依次連接的八通道模擬前端、并串轉(zhuǎn)換器、抽取濾波器、FIR濾波器、數(shù)據(jù)緩沖器、USB控制器和雷達主機；其中八通道模擬前端的每個通道結(jié)構(gòu)相同，均由依次連接的收發(fā)開關(guān)、射頻放大器、帶通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。

所述收發(fā)開關(guān)由兩個射頻開關(guān)芯片HMC544A串聯(lián)組成，開關(guān)隔離度達到60dB，切換速度小于20ns，信號帶寬大于1GHz，最大允許信號功率大于40dBm。

所述并串轉(zhuǎn)換器由FPGA實現(xiàn)，使用雙口FIFO將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)用于后續(xù)處理和傳輸。

所述射頻放大器有低噪聲放大器GALI-52和高增益放大器GALI-74組成，兩級放大總增益為40dB，信號帶寬大于800MHz，帶內(nèi)紋波低于2dB，噪聲系數(shù)低于4.5dB。

所述帶通濾波器結(jié)構(gòu)為2個串聯(lián)的7階橢圓濾波器組成，濾波器中心頻率340MHz，帶寬20MHz，帶內(nèi)紋波低于2dB。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件采樣率高于125MHz，模擬信號輸入帶寬高于650MHz。

所述USB控制器由CY7C68013組成，數(shù)據(jù)傳輸速率高于480Mbps。

本實用新型電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，且工作穩(wěn)定，成本較低?？捎糜诙嗤ǖ廊珨?shù)字超高頻雷達進行信號采集和傳輸，包含了低噪聲系數(shù)、高增益的八通道模擬前端用于對信號進行放大濾波，使用高分辨率、高采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器直接對射頻信號進行帶通采樣，信噪比高，不會引入交調(diào)失真。使用并串轉(zhuǎn)換器對八通道并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號在進行抽取濾波，降低采樣率，然后直接使用USB上傳到雷達主機。本實用新型操作簡單，具有明顯的優(yōu)點和經(jīng)濟價值。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖2為本實用新型的模擬前端結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本實用新型的收發(fā)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本實用新型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號匹配電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明：

如圖1所示，本實用新型包括依次連接的八通道模擬前端、并串轉(zhuǎn)換器、抽取濾波器、FIR濾波器、數(shù)據(jù)緩沖器、USB控制器和雷達主機；圖2顯示的是模擬前端的一個通道結(jié)構(gòu)圖，八通道模擬前端的每個通道結(jié)構(gòu)相同，均由依次連接的收發(fā)開關(guān)、射頻放大器、帶通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成；其中射頻放大器由低噪聲放大器GALI-52和高增益放大器GALI-74串聯(lián)組成，兩級放大總增益為40dB，信號帶寬大于800MHz，帶內(nèi)紋波低于2dB，噪聲系數(shù)低于4.5dB；帶通濾波器結(jié)構(gòu)為2個串聯(lián)的7階橢圓濾波器組成，濾波器中心頻率340MHz，帶寬20MHz，帶內(nèi)紋波低于2dB。

圖3顯示的是收發(fā)開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖，收發(fā)開關(guān)由三個射頻開關(guān)芯片HMC544A組成，保證了發(fā)射和接收均由兩個開關(guān)串聯(lián)，總的隔離度達到60dB以上，切換速度小于20ns，信號帶寬大于1GHz，最大允許信號功率大于40dBm。并串轉(zhuǎn)換器由FPGA實現(xiàn)，使用雙口FIFO將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)用于后續(xù)處理和傳輸。

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件采樣率高于125MHz，模擬信號輸入帶寬高于650MHz。信號在進入模數(shù)轉(zhuǎn)換之前，必需使用信號匹配電路將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號，信號匹配電路的電路圖如圖4所示，主要使用射頻變壓器配合電阻電容實現(xiàn)信號從單端到查分的轉(zhuǎn)換。USB控制器由CY7C68013組成，數(shù)據(jù)傳輸速率高于480Mbps。

在本實施例中：

中心頻率340MHz、帶寬15Mhz的線性掃頻回波信號經(jīng)過收發(fā)開關(guān)隔離后，有射頻放大器放大40dB，再通過帶通濾波器濾除噪聲，最后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器直接射頻采樣到數(shù)字域。八通道并行信號有并串轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為串行信號后，由抽取濾波器實現(xiàn)下變頻。原始信號的采樣率為81.92Mhz，根據(jù)帶通采樣原理，采樣后的信號中心頻率變?yōu)?2.32Mhz，帶寬仍為15MHz。

FIR濾波器的帶寬設(shè)置為20Mhz，階數(shù)為83,帶外衰減高于50dB，帶內(nèi)紋波小于2dB。經(jīng)過抽取和濾波后，信號將通過USB上傳到雷達主機，在上傳之前，為了保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，需利用數(shù)據(jù)緩沖器對信號進行緩沖。USB轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達到480Msps，滿足絕大多數(shù)全數(shù)字雷達的需求。

此外，由于本實用新型硬件電路簡單，大多數(shù)功能都在FPGA中實現(xiàn)，因此都是可以靈活配置的，用戶可以根據(jù)雷達的波形參數(shù)更改信號采集裝置的采樣率、帶寬、放大器增益以及抽取濾波器的抽取倍數(shù)等。