專利名稱：一種天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置，屬于接收機動態范圍檢測裝置技術領域。
背景技術：
目前，雷達接收機動態范圍表征了接收機對微弱信號的無失真還原能力，通常用 IdB增益壓縮點的動態范圍來表征接收機的動態范圍。IdB增益壓縮點動態范圍的定義為 當接收機的輸出功率大到產生IdB增益壓縮時，輸入信號的功率與可檢測的最小信號或等效噪聲功率之比。雷達接收機動態范圍測試有機內測試和機外測試兩種方法，機內測試采用頻率源作為測試信號源，通過控制標定單元內部的數控衰減器改變進入接收機的信號功率，根據信號處理輸出值測得接收機的動態范圍。常用的機外測試方法是使用外部信號源注入射頻信號到接收機前端，用頻譜分析儀觀測接收機的輸出功率，從而測得接收機的動態范圍。現有技術一采用雷達系統中的頻率源輸出的測試射頻信號作為測試信號源，控制標定單元的10位開關和射頻數控衰減器，測試信號經過10位開關和數控衰減器后進入接收機，通過調整數控衰減器的衰減量來設置進入接收機的測試信號功率，從信號處理終端測得接收機輸出功率，得到IdB壓縮點，從而測到接收機的動態范圍，測試信號流程圖如圖1所示。現有技術一存在以下不足1、采用雷達系統中的標定單元控制測試信號的功率，過分依賴標定單元的數控衰減器的性能，測試結果不準確。2、通過信號處理終端觀測接收機輸出功率，測試結果受數字中頻接收機的動態影響，結果不準確。3、測試過程中雷達系統中頻率源屬于射頻輸出狀態，而射頻開關隔離度偏低，對接收通道影響較大，測試結果不準確。現有技術二 使用外部射頻信號源的輸出信號作為測試信號，將測試信號輸入保護器及LNA(LNA為低噪聲放大器Low Noise Amplifier的英文縮寫)，通過接收前端定向耦合器注入接收機。調整外部信號源輸出信號功率，采用頻譜分析儀觀測接收機輸出信號，得到IdB壓縮點，從而測得接收機的動態范圍，測試框圖如圖2所示。現有技術二存在以下不足1、采用外部射頻信號源產生測試信號，頻譜分析儀觀測接收機輸出信號，儀器設備成本較高，測試條件不易滿足。2、對測試人員的專業技能要求較高。3、測試采用全人工操作，效率低，操作不方便，引入的人為誤差較大。4、測試完成后不能直接生成測試報告。
實用新型內容本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足之處，提供一種天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置，其能夠在測試接收機動態范圍時，將射頻輸出處于關斷狀態，降低雷達系統對接收通道的影響，同時降低測試成本及對測試人員專業技能的要求，提高測試結果的準確性，能夠實現智能化測試，自動生成測試報告，提高測試效率，能有效的解決上述現有技術存在的問題。為了實現上述目的，本實用新型解決技術問題采用的技術方案是提供一種天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置，其包括數模轉化器、數字下頻處理模塊和VPX總線接口 (VPX為交叉連接設備)，所述數模轉化器的輸出端與數字下頻處理模塊的輸入端相連，所述數字下頻處理模塊包括混頻處理模塊、低通濾波模塊和抽取模塊，混頻處理模塊的輸出端與低通濾波模塊的輸入端相連，低通濾波模塊的輸出端與抽取模塊的輸入端相連，所述數字下頻處理模塊的輸出端與VPX總線接口輸入端相連。作為一種優選方式，其中數字下頻處理模塊采用FPGA芯片，型號為EP2S60。與現有技術相比，本實用新型帶來的有益效果為該實用新型天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置采用VPX總線，可靠性好；全數字化處理、精度高、穩定性好；全自動測試流程，無需人工干預。本實用新型天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置具體具備以下優點1、采用高速高精度AD采樣，全數字化處理，動態范圍結果判別采用優化算法，提高了接收機動態范圍測試結果的準確性；2、接收機動態范圍測試采用一鍵式測量，只需點擊終端軟件測試按鈕，程序自動完成動態范圍測試，無需人工干預，避免了人為誤差的同時也提高了測試效率；3、測試完成后直接生成測試報告、并參照大量雷達測試、檢修人員的經驗數據，結合雷達系統結構對測試中不合格項產生的原因進行簡要剖析，給出檢修建議，方便操作人員快速修復雷達故障。
由以下本實用新型中較佳具體實施例的細節描述，可以對本實用新型的目的、觀點及優點有更清楚的理解，同時參考下列本實用新型的附圖加以說明圖1為現有技術1的測試信號流程圖；圖2為現有技術2的測試信號流程圖；圖3為本實用新型的檢測裝置的結構框圖；圖4為本實用新型中的數字下變頻信號流程圖。
具體實施方式
本實用新型的上述技術方案及其優點，不難從下述所選實施例的詳細說明與附圖中，獲得深入了解。如圖3、圖4所示，實施例，該天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置包括數模轉化器、 數字下頻處理模塊和VPX總線接口，所述數模轉化器的輸出端與數字下頻處理模塊的輸入端相連，所述數字下頻處理模塊包括混頻處理模塊、低通濾波模塊和抽取模塊，混頻處理模塊的輸出端與低通濾波模塊的輸入端相連，低通濾波模塊的輸出端與抽取模塊的輸入端相連，所述數字下頻處理模塊的輸出端與VPX總線接口輸入端相連。所述數字下頻處理模塊的核心為ALTERA公司的FPGA芯片(FPGA為現場可編程門陣列Field Programmable Gata Array的縮寫)，型號為EP2S60。 數模轉化器中的A/D轉化器采用高速高精度ADC芯片AD9446，最大采樣率可達 lOOMsps，采樣精度16位，SFDR高達89dB，典型信噪比為83dB，有效提升了系統靈敏度和線性動態范圍，保證了測量精度。中頻回波信號經A/D直接采樣后，輸出二進制補碼格式的16
位數字量。 數字下變頻處理以ALTERA公司超大規模FPGA芯片EP2S60為核心，結合外部 SRAM (SRAM是英文Static Random-Access Memory的縮寫，它是一種具有靜志存取功能的內存)和DRAM (DRAM是Dynamic Random-Access Memory的縮寫，即動態隨機存儲器)，實現實時高精度并行處理。數字下變頻處理主要由NCO混頻(NC0為數字控制振蕩器numerical controlled oSciIlator 的縮寫)、CIC 梳狀濾波(CIC 是補償電離室 Compensated Ionization Chamber的縮寫)、FIR抽取濾波器(FIR是有限脈沖響應Finite Impulse Response的縮寫)等部分組成。所述數字下變頻信號流程圖見附圖4。ADC輸出的并行數字信號與FPGA內部集成的NCO進行數字混頻得到零中頻信號，經過CIC濾波器和FIR濾波器濾波抽取處理后，得到基帶IQ信號，以滿足后端處理器處理速度和VPX總線傳輸速率要求。由于數字下變頻處理完全采用FPGA可編程方式實現，不受環境因素影響，靈活性高。數字下變頻結果經VPX總線輸出至終端處理器進行數據分析和結果顯示。VPX總線是近幾年為滿足更大數據帶寬和更強散熱能力的要求下產生的一種新的總線規范，VPX全部采用的MultiGig RT2連接器具有連接緊密、插入損耗小、和誤碼率低等優點，通過結合REDI (實時數據智能)構成的VPX-REDI平臺可滿足苛刻環境和大帶寬的工作需求。VPX支持多種并行和串行傳輸協議，主要包括VME64X和PCI并行總線協議。為解決與CPCI (德國西匹茲)和傳統VME產品(VME為虛擬機環境Virtual Machine Enviroment 的縮寫)的兼容問題，VPX還允許采用了一種同時帶有各種標準插槽的混合式背板結構，這樣在系統升級的時候仍可以保留大部分現有模塊。終端軟件通過VPX總線實時獲取IQ數據，采用多次平均算法和噪聲閥值判別算法，并結合氣象雷達方程和系統常數，計算得出當前注入信號的反射率值。然后步進衰減射頻信號源輸出功率，得到相應的反射率值，以此循環直到衰減到最大量程，測試結束。終端根據計算得到的該組反射率值，采用最小二乘法擬合出接收機的動態范圍曲線，計算出斜率、方差、動態范圍等結果，形成測試報告，并給出檢測意見。能夠實現以下主要技術指標1、ADC 精度16 位，100MSPS 采樣率2、中頻輸入帶寬彡IOMHz3、I/Q 數據位寬32bits4、中頻測試范圍_85 +15dbm ；5、動態范圍測試誤差彡2dB ；因此，根據上述結構描述得到的該實用新型天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置具備以下優點[0041]1、采用高速高精度AD采樣，全數字化處理，動態范圍結果判別采用優化算法，提高了接收機動態范圍測試結果的準確性；2、接收機動態范圍測試采用一鍵式測量，只需點擊終端軟件測試按鈕，程序自動完成動態范圍測試，無需人工干預，避免了人為誤差的同時也提高了測試效率；3、測試完成后直接生成測試報告、并參照大量雷達測試、檢修人員的經驗數據，結合雷達系統結構對測試中不合格項產生的原因進行簡要剖析，給出檢修建議，方便操作人員快速修復雷達故障。如熟悉此技術的人員所了解的，以上所述本實用新型的較佳實施例僅用于幫助了解本實用新型的實施，本實用新型不限于上述實施方式，本領域普通技術人員所做出的對上述實施方式任何顯而易見的改進或變更，都不會超出本實用新型的構思和所附權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置，其特征在于包括數模轉化器、數字下頻處理模塊和VPX總線接口，所述數模轉化器的輸出端與數字下頻處理模塊的輸入端相連， 所述數字下頻處理模塊包括混頻處理模塊、低通濾波模塊和抽取模塊，混頻處理模塊的輸出端與低通濾波模塊的輸入端相連，低通濾波模塊的輸出端與抽取模塊的輸入端相連，所述數字下頻處理模塊的輸出端與VPX總線接口輸入端相連。
2.根據權利要求1所述的一種天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置，其特征在于數字下頻處理模塊采用FPGA芯片，型號為EP2S60。
專利摘要本實用新型公開了一種天氣雷達接收機動態范圍檢測裝置，其包括數模轉化器、數字下頻處理模塊和VPX總線接口，所述數模轉化器的輸出端與數字下頻處理模塊的輸入端相連，所述數字下頻處理模塊包括混頻處理模塊、低通濾波模塊和抽取模塊，混頻處理模塊的輸出端與低通濾波模塊的輸入端相連，低通濾波模塊的輸出端與抽取模塊的輸入端相連，所述數字下頻處理模塊的輸出端與VPX總線接口輸入端相連。本實用新型能夠在測試接收機動態范圍時，將射頻輸出處于關斷狀態，降低雷達系統對接收通道的影響，同時降低測試成本及對測試人員專業技能的要求，提高測試結果的準確性，能夠實現智能化測試，自動生成測試報告，提高測試效率。
文檔編號G01S7/40GK202119904SQ201120213708
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年6月22日
發明者何建新 申請人:何建新, 成都信息工程學院, 成都遠望科技有限責任公司