測控系統(tǒng)射頻數(shù)字化處理方法

馮煒

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714054

摘要：隨著社會的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也得到了有效提高，有效的數(shù)字化處理方法有助于提升測控系統(tǒng)工作效率，降低測控系統(tǒng)工作過程中的復(fù)雜程度，基于此，為了使測控系統(tǒng)可以更加完整，本文重點討論了高速ADC、多相變頻以及基于超奈奎斯特架構(gòu)的寬帶調(diào)制三種測控系統(tǒng)射頻數(shù)字化處理方法，希望可以為測控系統(tǒng)射頻數(shù)字化處理工作人員提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：測控系統(tǒng)；射頻；數(shù)字化；處理方法

基于社會發(fā)展與人們生活需求，科研人員提出了測控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具有測量相關(guān)數(shù)據(jù)的能力，同時也有一定的控制能力，可以根據(jù)人們控制目標(biāo)對相關(guān)對象進(jìn)行控制，因此該系統(tǒng)中主要分為兩大部分，即測量部分與控制部分，二者并不是獨立存在的，而是通過一系列的處理技術(shù)聯(lián)系起來的，在科研人員的不斷努力下，提出了射頻數(shù)字化處理方法，該方法應(yīng)用到特定的技術(shù)，可以有效簡化測控系統(tǒng)運行程序，提高測量與控制有效性。

1 高速ADC處理方法

在計算機技術(shù)高速發(fā)展的背景下，ADC不僅是數(shù)據(jù)量接口與模擬量計算設(shè)備中的一個關(guān)鍵部件，同時也成為測控系統(tǒng)射頻數(shù)字化處理方法中的一個重要分支。筆者通過對當(dāng)前現(xiàn)代化電子設(shè)備的詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)高速ADC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于測控系統(tǒng)中，在測控系統(tǒng)中發(fā)揮了良好的作用。

高速ADC處理方法主要存在著兩種處理形式：一是全并行結(jié)構(gòu)形式，該種結(jié)構(gòu)也被稱之為Flash結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式可以隨著測控系統(tǒng)的變化而發(fā)生變化[1]。二是折疊式結(jié)構(gòu)或分區(qū)式結(jié)構(gòu)，在該種結(jié)構(gòu)支撐下，測控系統(tǒng)射頻處理工作可以克服上一結(jié)構(gòu)電路體積隨分辨率增加而變得更加龐大的缺點，但是在測控系統(tǒng)引入數(shù)字時還會存在一些誤差，因此前期需要做好誤差校正工作。筆者基于對高速ADC處理方法的了解，發(fā)現(xiàn)使用該方法進(jìn)行測控系統(tǒng)數(shù)字化處理過程中需要注意以下幾點內(nèi)容：一是需要保證測控系統(tǒng)噪聲抖動性能穩(wěn)定，盡可能避免高速ADC計數(shù)時鐘相位噪聲對測控系統(tǒng)有效位數(shù)的不良影響；二是要想保證該方法的采樣性能，相關(guān)人員需要選用高質(zhì)量的線性電源對高速ADC進(jìn)行供電；三是有效位數(shù)的保證需要提高采樣頻率，因此，相關(guān)工作人員需要使用高性能的后端器件，在實際工作中，可以使用采樣率為1.5Gsps的高速ADC，為測控系統(tǒng)采樣工作提供有力支持。

2 多相變頻處理方法

通過對測控系統(tǒng)的分析發(fā)現(xiàn)，大部分測控系統(tǒng)主要使用了不同頻率的下變頻器，下變頻器可以將測控系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)信號模擬到中頻，并借助解調(diào)設(shè)備處理后，得到相關(guān)數(shù)據(jù)[2]。該種方式不僅可以降低測控系統(tǒng)設(shè)備的復(fù)雜程度，同時也可以減少測控系統(tǒng)使用的數(shù)字化處理設(shè)備數(shù)目，使測控系統(tǒng)可重構(gòu)性能處于可控范圍內(nèi)。

當(dāng)測控系統(tǒng)選擇數(shù)字化處理方法后，使用多相變頻處理方法、借助多相變頻處理設(shè)備，可以使測控系統(tǒng)中不同點頻信號錄入測控系統(tǒng)終端設(shè)備中，在終端設(shè)備中，不同點頻信號會被不同頻率的解調(diào)設(shè)備進(jìn)行處理，由此可見，使用多相變頻處理方法，可以減少在點頻信號錄入測控系統(tǒng)終端設(shè)備過程中使用的解調(diào)設(shè)備，從而有效降低了測控系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量。

在使用多相變頻處理方法進(jìn)行信號處理過程中，大部分工作人員會使用到多相濾波器架構(gòu)，該架構(gòu)能夠解決其中存在的運算問題，使處理結(jié)構(gòu)可以在相關(guān)技術(shù)、設(shè)備的支持下達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)。但是如果在測控系統(tǒng)射頻處理過程中僅僅使用到多相濾波器架構(gòu)，信號轉(zhuǎn)變頻率只能變?yōu)閒/D這一偶型的整數(shù)倍，無法滿足測控系統(tǒng)處理信號的任意數(shù)值要求，基于此，需要使用到多相變頻處理技術(shù)，通過串并轉(zhuǎn)換電路，更準(zhǔn)確的采集出AD信號采樣以及輸出，保證AD信號可以得到更有效的分解，通過一系列處理后，M路信號可以被濾出高頻成分，保留低頻成分。通過對高速ADC處理方法的分析，我們掌握了需要使用采樣率為1.5Gsps的高速ADC，在使用多相變頻處理方法時，由于處理數(shù)據(jù)為高速ADC采樣的數(shù)據(jù)，因此存在著高速處理的困難，此時需要保證多相變頻輸入信號時，可以將其轉(zhuǎn)化成8路并行的數(shù)據(jù)信號，在降低處理速度的基礎(chǔ)上，解決了測控系統(tǒng)中高速處理的問題。

3 基于超奈奎斯特架構(gòu)的寬帶調(diào)制處理方法

超奈奎斯特架構(gòu)主要是指在DAC輸出過程中，得到的信號并不是落于第一奈奎斯特區(qū)域的原信號，而是輸出功率最大的有用信號，該信號為落于第二或第三奈奎斯特區(qū)域甚至更高區(qū)域原信號的鏡像信號[3]。形成超奈奎斯特架構(gòu)的主要原因是鏡像信號頻率高于原信號，在信號傳輸過程中，鏡像信號頻率為數(shù)據(jù)刷新速率與原信號的混頻，使測控系統(tǒng)采集的信號能夠處于更高的頻率帶上。基于超奈奎斯特架構(gòu)的寬帶調(diào)制處理方法可以直接合成射頻處理信號，在處理過程中不需要使用到混頻器與低通濾波器，因此從測控系統(tǒng)整體來看，該種射頻數(shù)字化處理方法與高速ADC處理方法類似，都可以有效減少系統(tǒng)在運行過程中使用到的元件數(shù)量，從而減小測控系統(tǒng)中PCB面積，降低測控系統(tǒng)整體成本，除此以外，在測控系統(tǒng)射頻數(shù)字化處理中使用該種方法還可以提升系統(tǒng)整體集成度，保證系統(tǒng)可靠性。因此當(dāng)前很多測控系統(tǒng)中都使用了該種方法。基于超奈奎斯特架構(gòu)的寬帶調(diào)制處理方法可以提高信號輸出的質(zhì)量，在超奈奎斯特架構(gòu)中輸出的信號頻率會受到限制，因此工作人員可以結(jié)合補償濾波等相關(guān)手段，保證測控系統(tǒng)輸出信號的可靠性。

4 總結(jié)

針對當(dāng)前廣泛使用的S頻段測控信號，使用數(shù)字化處理方法可以快速解讀出相關(guān)信息，在簡化測控系統(tǒng)復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上，提高測控工作準(zhǔn)確性，與中頻接口相比，射頻數(shù)字化技術(shù)可以接收到更多信號，同時射頻數(shù)字化處理速度以及解調(diào)速度更快，一個單站僅僅需要兩條主收鏈路，這樣不僅可以保證地面測控系統(tǒng)的工作效率，同時也可以保證相關(guān)設(shè)備運行能力，保證相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]單福悅，高河山，柳祎，周峰，周斌杰.基于SDR的超短波測控系統(tǒng)實現(xiàn)[J].遙測遙控，2016，（05）：7174.

[2]方德勝，陳新化，馮正濤.智能水文纜道測控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].水文，2011，（S1）：203206.

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