風(fēng)廓線(xiàn)雷達數字中頻接收機的系統設計，因其復雜性和長(cháng)設計周期一直困擾著(zhù)研制人員。通過(guò)先進(jìn)的數據采集板卡，為系統研制提供了一種高度集成的軟硬件平臺，從而加快了風(fēng)廓線(xiàn)雷達數字中頻接收機研制的進(jìn)度。

   作為雷達系統的重要組成，傳統的天氣雷達接收機主要采用瞬時(shí)自動(dòng)增益控制擴展動(dòng)態(tài)范圍，利用模擬I、Q解調器對信號進(jìn)行模擬解調，對接收機硬件依賴(lài)性強，信號適應能力差，而軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的出現導致了無(wú)線(xiàn)電接收機的革新。隨著(zhù)器件水平的迅速發(fā)展，作為軟件無(wú)線(xiàn)電的重要內容，數字接收機日益成熟并已經(jīng)在雷達、電子戰和通訊接收機中普遍應用。

   軟件無(wú)線(xiàn)電最終目標是將模數轉換器件(ADC) 緊接在電臺天線(xiàn),直接在信號射頻進(jìn)行采樣,將模擬信號轉換成數字信號,射頻以下其他的所有處理功能全部采用軟件模塊來(lái)實(shí)現。當前，數字接收機在氣象雷達中已經(jīng)得到較大范圍的推廣，實(shí)際運行效果顯著(zhù)，其優(yōu)勢主要表現在體積變小、成本降低、系統復雜程度降低，表現突出的是靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍性能有較大提升。

   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）、超大規?？删幊踢壿嬈骷?shí)現數字變頻功能和數據傳輸。這類(lèi)設計不足之處在于，每個(gè)環(huán)節都需要精心設計，導致整個(gè)設計周期過(guò)長(cháng)或系統過(guò)于復雜，尋找一種高集成度數據采集平臺以簡(jiǎn)化設計無(wú)疑成為亟待解決的問(wèn)題。
 
           
                           圖1 通用數字接收機框圖

   凌華PCI-9846H高速數字化儀，可提供高精度、低噪音及高動(dòng)態(tài)范圍性能，高密度且高精準度，那么基于該板卡特點(diǎn)，是否可以成功設計出一種風(fēng)廓線(xiàn)雷達數字中頻接收機，從而簡(jiǎn)化數字接收機的冗長(cháng)、繁瑣且易出錯的設計研制工作呢？

   簡(jiǎn)化系統的機會(huì )

   結合某型風(fēng)廓線(xiàn)雷達系統參數特點(diǎn)，中頻頻點(diǎn)為50MHz,帶寬為5MHz，數字中頻接收機采用基于多相濾波的數字正交變換方法。該方法不僅不需要正交本振，且后續的數字濾波器階數可以很低，實(shí)現起來(lái)簡(jiǎn)單。對ADC的數據進(jìn)行直接下變頻，ADC采樣后數字信號經(jīng)過(guò)兩路分離處理后，通過(guò)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(diǎn)，為驗證系統的可行性，設計按圖2搭建系統仿真平臺。
 
         
                         圖2 數字中頻接收機驗證平臺

  為方便描述操作過(guò)程，將按如下步驟進(jìn)行：

  （1） 將PCI-9846板卡插入PC機的PCI槽中。啟動(dòng)電腦，裝入凌華科技提供的技術(shù)資料光盤(pán)，將建立系統必須的驅動(dòng)和相關(guān)開(kāi)發(fā)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(shí)鐘，一路設置為40MHz作為板卡外部時(shí)鐘使用，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(gè)輸入通道中一路CH0。

   （3） 凌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，凌華科技提供了傳統的WD-DASK 與任務(wù)導向型的 DAQPilot 驅動(dòng)程序與開(kāi)發(fā)鏈接庫。打開(kāi)LabVIEW軟件，找到控件ADLink DAQpilot。

  （4） 設置ADLink DAQpilot，使用0號通道，幅值范圍±1V，選擇外部時(shí)鐘。

   （5） 將ADC輸出按圖2進(jìn)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，為了便于數據分析，在LabVIEW中對每級數據進(jìn)行存儲，并使用MATLAB進(jìn)行深層次的分析。

   經(jīng)過(guò)上述簡(jiǎn)單快捷的系統仿真模型搭建，下面即可對系統進(jìn)行仿真、驗證。

  （1） PCI-9846H的通道1ADC數據分析。經(jīng)驗證分析，PCI-9846H板工作在40MHz外部時(shí)鐘時(shí)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(huì )有所損失。

   （2） 通過(guò)在LabVIEW環(huán)境中快速的搭建數字下變頻系統， 50.3MHz的中頻輸入信號，經(jīng)過(guò)變頻，降速率后得到雷達4MHz帶寬下的IQ基數據。結果顯示系統實(shí)現了數字下變頻的功能，通過(guò)該部分的實(shí)驗證明了使用凌華科技的PCI-9846H板卡可以實(shí)現某型雷達數字中頻系統設計需要。使用該板卡和相關(guān)的軟件工具產(chǎn)品，大大簡(jiǎn)化了系統設計的復雜度，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前的研發(fā)周期。

   進(jìn)入雷達系統

   通過(guò)上節的建模、仿真、驗證，可以看出系統可將PCI-9846H運用與雷達系統中，系統構架框圖如圖4所示。直接將板卡插入雷達終端機中，將雷達中頻信號、來(lái)自頻綜的相參時(shí)鐘信號以及其他觸發(fā)信號接入板卡相關(guān)接口。系統簡(jiǎn)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。系統直接將PCI-9846H來(lái)的數據通過(guò)PCI訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行變頻、產(chǎn)品顯示。 
 
             
                                圖4 數字接收機系統框圖

  按如圖4所示將系統組裝完成后，為驗證雷達系統工作正常，從雷達射頻前端灌入信號，下面是系統工作時(shí)測量的情況。

  （1） 系統中頻輸出為50.05MHz,功率為+5dBm時(shí)最終IQ時(shí)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(shí)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(guò)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） 系統中頻輸出為50MHz+70Hz頻偏,中頻輸入功率為-40dBm。風(fēng)廓線(xiàn)各個(gè)波束的功率譜顯示。因為雷達工作頻點(diǎn)為1290MHz,根據相關(guān)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(fēng)速為8.0m/s,與上式計算值吻合，其中差值為風(fēng)廓線(xiàn)雷達時(shí)域相參積累、譜平均次數誤差導致。滿(mǎn)足設計要求。
 
            
                                    圖5 風(fēng)廓線(xiàn)雷達測風(fēng)性能驗證

  凌華科技PCI-9846H板卡，集成了豐富的硬件及其他開(kāi)發(fā)資源，無(wú)論使用者的使用何種開(kāi)發(fā)平臺，如Visual Studio、Borl C++ Builder、Delphi或者是LabVIEW，均可通過(guò)DAQPilot所提供的交互式接口，快速完成程序的設計與應用。使用該板卡可以方便快捷的進(jìn)行前期的方案驗證，加快了某型風(fēng)廓線(xiàn)雷達數字中頻接收機研制的進(jìn)度，經(jīng)實(shí)際系統使用，證明該板可以勝任數字中頻接收機設計需要。