高空气象探测接收端中频信号处理技术研究

发布时间：2020-08-22 04:57

【摘要】：近年来,台风、暴雨等极端天气对社会经济的影响重大,气象问题受到广泛关注,气象探测技术的研究显得尤为重要。高空气象探测是气象预报的重要手段之一,而中频数字信号接收机是高空气象探测接收系统的重要组成部分。本文基于软件无线电思想,对中频信号处理技术进行了研究,设计了一套针对高空气象探测数据通信系统的中频数字接收机,并给出了实际制作的样机及其性能数据。本文首先研究了中频数字接收机的系统结构及其模块化的实现方案,分析研究了相关的中频信号处理的各项关键技术,并通过仿真计算研究了模数转换(ADC)、数控振荡器(NCO)、正交混频模块、多级抽取滤波器等各个模块的设计方案。其次,在MATLAB/Simulink平台上利用System Generator对系统进行整体建模仿真,借助ModelSim仿真工具验证了设计的正确性,为处于实验阶段的课题项目提供了FPGA拓展的可能性,大大缩短设计周期。最后,基于ASIC(Application Specific Integrated Circuit)方式,完成了高速AD芯片和专用可编程数字下变频器的选型及结构性能分析和外围电路接口设计,使用Altium Designer软件设计出各个模块的电路图和PCB板,完成了系统硬件电路设计,为后期产品化开发打下基础。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P412.2
【图文】：

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图 1 软件无线电结构图其中，数字信号处理部分又可细分为数字中频（IF）信号处理部分和数字基带信号处分。信号经过射频前端初步降速得到中频模拟信号，进入 A/D 转换模块转变为数字信号，但此时数字信号依然速率较高，若直接对其进行处理需要进行大量运算，对后续 DSP很高难以满足现实需求，所以对软件无线电中频信号处理关键技术进行研究具有十分重意义。目前软件无线电的关键技术有：射频天线设计、射频模拟前端设计、A/D 转换器研究字上下变频技术、基带信号处理技术等。用户数量越来越多，人们对无线网络要求越来，在这样的背景下，智能天线的提出对软件无线电中频带利用率、用户容量及抗干扰性出一定程度的改善，使得软件无线电技术的应用较传统无线电技术展现出巨大的优势和前景。但是实际中使用软件无线电技术还需要超高速的软、硬件处理能力，包括系统整件性能、数据管理处理能力、各功能模块协同工作能力等，由于现代硬件制造技术还不善，现阶段还处于软件无线电发展的 SDR 阶段[14]，即当前接收信号数字化是在天线后某

软件无线电,低通

、调制类型、数据传输速度及方式等功能利用软件定义配置和协调，尽可能简化硬并让模数转换器尽可能靠近射频天线，尽早实现信号数字化，以便供给数字信号处块，产生高兼容性、开放性的标准硬件平台[15]。一般的，根据选取不同的接收信号，相应的软件无线电构成架构也有很大差异：基于奈奎斯特低通采样有射频低通采线电结构、基于带通采样定理有射频直接带通采样软件无线电结构和中频带通采样电结构[12]。除此之外，由于理想的软件无线电结构希望在射频前端就完成信号数字于转换器件的精度、速度、动态范围有很高的要求，目前的工程应用水平还无法克标的限制难题，因此，考虑到适应当前的各类综合因素，国内外研究学者提出四种的通用基本结构：流水式结构、总线式结构、交换式结构和网络式结构。.1 软件无线电平台整体架构方案射频低通采样软件无线电结构如图 2.1 所示。

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电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章高空气象探测接收端技术研究理maxrf，则采样频率至少为 8GHz，若放宽过渡带混叠要求，最低采样率也max1) 6 f GHz，过渡带宽随着 r 值的减少而变窄，采样率随之下降，数字信号难度降低，有助于系统功能实施。但是，包括 ADC 和射频放大器在内的多种当如此高数据转换速率、高数据量、高动态范围情况下还无法满足需求，存在较故这种全宽开低通采样的工作结构不适用于本课题高空气象探测接收机的无线频直接带通采样软件无线电结构如图 2.2 所示。

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