超高速雷達數字信號處理技術(shù)簡(jiǎn)介

五、超高速數據采集系統的實(shí)現

對于1m距離分辨率的雷達系統，其采樣速率可以達到250MS/s，其主要問(wèn)題是：

1.體系結構的選擇

(1)AD變換的體系結構[17]　在A(yíng)D轉換模塊中，可以采用單片AD的結構，也可以采用多片AD并行的結構;而多片AD并行又包括時(shí)間并行和幅度并行兩種方式.多片AD并行可以降低對每一AD芯片的性能要求，但增加了設備量和控制的復雜性.在超高速應用的場(chǎng)合，一般采用的是單片AD變換的結構.

(2)數據存儲的體系結構[18]　由于超高速數據采集系統的速度很快，因此存儲模塊的設計一般都采用分路數據輸出的體系結構;這種結構將AD的輸出數據分成多路較低速數據輸出，可以降低對存儲器讀寫(xiě)速度的要求.

2.元器件的選型與信號連線(xiàn)的處理

根據表1，對于250MS/s的數據采集系統，傳統的TTL芯片已無(wú)法工作.目前常用的超高速標準芯片系列是ECL芯片;對于250MS/s的采樣速率，ECL10KH系列可以滿(mǎn)足要求.

根據前面的分析，超高速系統的信號連線(xiàn)必須采用微波傳輸線(xiàn)作為信號之間的連線(xiàn)，并要進(jìn)行正確的端接.這樣就可以消除反射，并精確控制信號的延遲.

3.模擬電路的抗干擾

系統抗干擾的方法首先是屏蔽，包括電路整體的屏蔽以及系統模擬部分和數字部分之間的屏蔽.但是由于超高速系統一般是高功耗的，因此還必須兼顧散熱問(wèn)題.

數據采集系統中數字電路對模擬電路的干擾是主要誤差源之一.消除這一干擾可以通過(guò)器件的隔離、電源濾波、星形接地以及元器件的合理布置來(lái)解決.在超高速系統的實(shí)現中，大面積地是一個(gè)最基本、也最重要的因素之一，一方面它可以減小干擾，另一方面它也是微帶傳輸線(xiàn)的一個(gè)組成部分.

4.系統的實(shí)現與性能測試

(1)系統的實(shí)現　系統中采用了單片超高速AD芯片加全局存儲器的體系結構，并采用單片機構成系統與IBM-PC計算機的接口，使數據采集的結果可以在計算機中顯示并加以處理(圖1).其中，為降低對存儲器速度的要求，采用了分路數據輸出的方式，使存儲器的速度降低為AD變換速度的一半.存儲器的周邊器件采用ECL芯片.信號之間的連線(xiàn)采用微帶或帶狀傳輸線(xiàn)，并端接了合適的端接電阻.

圖1　超高速數據采集系統的體系結構

(2)系統性能測試　數據采集系統的性能測試主要包括靜態(tài)測試和動(dòng)態(tài)測試，其中動(dòng)態(tài)測試更能夠全面地反應系統的性能.在動(dòng)態(tài)測試中最為關(guān)心的指標是動(dòng)態(tài)有效位(ENOB).本系統在250MS/s采樣速率、125MHz輸入信號時(shí)測試了系統的動(dòng)態(tài)有效位，可以證明，系統的動(dòng)態(tài)有效位在7-bit以上.

六、高速數字脈沖壓縮系統的實(shí)現

1.脈沖壓縮的基本原理[8]

脈沖壓縮算法的基礎在于匹配濾波的理論.假設發(fā)射信號為S(t)，其頻譜為S(ω);并設匹配濾波器的沖擊響應為h(t)，傳遞函數為H(ω)，則脈沖壓縮后的信號輸出為：

Y(ω)=H(ω).S(ω)　(1)

y(t)=h(t)

s(t)　(2)

這里，只要匹配濾波器的沖擊響應/傳遞函數與發(fā)射信號滿(mǎn)足匹配濾波關(guān)系，就可以獲得脈沖壓縮的輸出結果.

2.脈沖壓縮的主要實(shí)現方法

(1)時(shí)域法實(shí)現脈沖壓縮　時(shí)域法實(shí)現脈沖壓縮的基礎是式(2)：由于匹配濾波在時(shí)域等效于相關(guān)接收，因此，時(shí)域法實(shí)質(zhì)上就是數字相關(guān)的方法.圖2顯示了相關(guān)數字脈壓的基本結構.其中，采集的原始信號與預先存儲的參考碼送入相關(guān)器，相關(guān)器的輸出就是脈壓后的數字結果;可以采用DA變換將其變?yōu)槟M信號顯示.

圖2　時(shí)域法實(shí)現數字脈壓

(2)頻域法實(shí)現數字脈壓　頻域法實(shí)現數字脈壓的基礎是式(1)，其基本結構示于圖3.這里，采集的原始信號首先通過(guò)FFT變換到頻域，與預先存儲的參考碼相乘后，再通過(guò)逆FFT變換回時(shí)域，就構成脈壓后的數字結果;同樣可以采用DA變換將其變?yōu)槟M信號顯示.由于FFT算法相當于快速卷積，因此頻域法的運算速度一般要快于時(shí)域法，尤其在壓縮比較大的情況下.

圖3　頻域法實(shí)現數字脈壓