中频采样阵列接收机技术研究

【摘要】：雷电因其极大的电流、极高的温度、强烈的冲击波和超强的电磁辐射等物理效应,能在瞬间产生强大的破坏作用,对国家财产以及人民安全产生了极大的危害。设计雷电探测数字接收机,利用采集的雷电信号分析雷电发生时的电磁辐射特征并估计雷电发生的空间位置,能够有效的减少国家以及人民财产损失,对雷电灾害的预防起到重要作用。 本文根据雷电探测系统的总体设计要求,利用FPGA实现了雷电探测系统中的中频阵列采样接收机数字下变频、阵列信号校正以及SDRAM控制器这些主要部分。文章首先对中频阵列接收机中的数字下变频器进行了理论性研究,根据数字下变频器各个部分输出实际所能达到的最大位数并在保证数据精度的情况下,合理控制数据位数,使用较少资源完成了8通道数字下变频器的实现。然后针对实际系统中存在的天线通道幅度与相位不一致性问题,研究了阵列信号处理中的阵列校正算法,并根据正弦校正信号下变频后包络为常数的特点,引入对校正系数计算完成后判断校正信号包络是否为常数的模块,用以抵抗干扰源对阵列校正的影响。最后根据SDRAM时序的要求,完成了数字接收机中SDRAM控制器的设计。通过matlab软件对数字下变频以及校正后实采信号分析,验证了这两个部分的性能满足系统的要求。在ModelSim中对SDRAM相应操作指令进行了仿真,验证了SDRAM接口设计的正确性。整个系统在实际应用中能够正常运行,并在实验中取得较好的实验结果,验证了中频阵列采样接收机设计的正确性。