本实用新型专利技术公开了一种激光测风雷达的回波信号采集装置，包括高速模数转换器、时钟发生器和FPGA控制器，所述高速模数转换器的信号输入端为所述回波采集装置的回波信号输入端，所述高速模数转换器的信号输出端与所述FPGA控制器的信号输入端连接，所述FPGA控制器设置有时钟配置端口，所述FPGA的时钟配置端口通过时钟发生器与所述高速模数转换器的采样时钟信号端连接，所述FPGA控制器的信号输出端为所述回波信号采集装置的速度信息输出端。本实用新型专利技术提高了系统测速范围、时间分辨率和空间分辨率；提高了采样的稳定性和抗频率混叠性能，能还原回波信号的全部信息；减少了系统复杂度，提高系统的稳定性和抗干扰性。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于激光测风雷达领域，具体涉及一种激光测风雷达的回波信号采集装置。
技术介绍
多普勒激光测风雷达以其高分辨率、高精度、大探测范围以及能提供晴空条件下三围风场信息的能力，引起了世界多个国家的关注和重视。多普勒激光测风雷达利用光的多普勒效应，测量激光光束在大气中传播其回波信号的多普勒频移来反演空间风速分布。在激光测风雷达中，全数字化的回波采集装置是激光测风雷达的设计重点。随着数字信号处理技术的不断发展，数字信号处理相对于模拟中频处理的优越性已经在雷达、工业控制、通信等领域得到了广泛的验证，模拟信号转化为数字信号(信号采样技术)是数字信号处理的桥梁和前提。受限于传统数字信号处理技术，现有技术采样率小于等于200MSPS，快速傅立叶变换计算速度慢，在激光测风雷达中，采用带通采样，采样后通过数字下变频处理后，得到基带IQ数据，IQ数据通过快速傅立叶变换后得到其多普勒频移信息，以获取目标速度信息，该方案由目前多普勒天气雷达信号处理器衍变而来，其结构如图1所示。现有技术存在以下缺陷：1)采样率低，采样带宽小，导致速度探测范围小；2)数字下变频处理进一步降低了处理带宽，从而降低了速度探测范围；3)速度分辨率和空间分辨率矛盾的问题难以解决。
技术实现思路
本技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种本技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种激光测风雷达的回波信号采集装置，包括高速模数转换器、时钟发生器和FPGA控制器，所述高速模数转换器的信号输入端为所述回波采集装置的回波信号输入端，所述高速模数转换器的信号输出端与所述FPGA控制器的信号输入端连接，所述FPGA控制器设置有时钟配置端口，所述FPGA的时钟配置端口通过时钟发生器与所述高速模数转换器的采样时钟信号端连接，所述FPGA控制器的信号输出端为所述回波信号采集装置的速度信息输出端。优选地，所述高速模数转换器的型号为ADS5474，所述时钟发生器的型号为AD9516-3，所述FPGA控制器的型号为XC7K325T。本技术的有益效果在于：本技术提高了系统测速范围、时间分辨率和空间分辨率；提高了采样的稳定性和抗频率混叠性能，能还原回波信号的全部信息；减少了系统复杂度，提高系统的稳定性和抗干扰性。附图说明图1是现有技术中回波采集装置的结构框图；图2是本技术所述激光测风雷达的回波信号采集装置的结构框图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明：如图2所示，本技术包括高速模数转换器、时钟发生器和FPGA控制器，所述高速模数转换器的信号输入端为所述回波采集装置的回波信号输入端，所述高速模数转换器的信号输出端与所述FPGA控制器的信号输入端连接，所述FPGA控制器设置有时钟配置端口，所述FPGA的时钟配置端口通过时钟发生器与所述高速模数转换器的采样时钟信号端连接，所述FPGA控制器的信号输出端为所述回波信号采集装置的速度信息输出端。本技术的工作原理如下：采样过程遵循采样定理，采样定理解释了采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。假如有一频率为F的信号，当采样时间间隔Δt≥1/2F为欠采样；当采样时间间隔Δt≤1/2F为过采样。只有过采样才能根据各采样值完全恢复原来的信号且不会造成频率混叠。所以，本技术对激光测风雷达回波信号采用超高采样率的过采样方式。在工作时，光电转换器将回波信号由光信号转换为电信号后送至高速模数转换器，FPGA控制器内部的控制逻辑实现对时钟发生器的配置和控制，使其为高速模数转换器提供高频采样时钟。再由FPGA控制器内部逻辑完成基于高速模数转换器数据的多普勒频移分析，进而得到风场信息。高速模数转换器选用Texas Instruments推出的高精度、高采样率转换器ADS5474，其采样精度14bits，最大采样率400MSPS，无杂散动态范围SFDR最大值为80dBFS，输入带宽可达1.4GHz，最大不饱和电平+10dBm，实际应用中信噪比可达70dB以上。ADS5474数据输出采用差分输出方式，抗干扰能力强，采用双倍速率输出的方式，DRY上升沿和下降沿分别锁存14位输出数据。时钟发生器选用型号为AD9516-3，AD9516-3的加载模式为串口同步加载，串行控制端允许对AD9516-3所有寄存器的配置进行读/写，AD9516串行控制可以配置为单一的双I/O引脚(SDIO)或两个单向引脚(SDIO/SDO)模式，默认模式下，AD9516为双端模式。本系统选择双端配置模式，串行接口为简单的SPI接口，所用到的控制线为：数据读写线SDIO、加载时钟线SCLK、串行接口片选线CSB。AD9516时钟输出涉及到的分频寄存器有：用于PLL产生稳定VCO的R，A和B寄存器、时钟输出分频寄存器、每对输出端口分频寄存器。PLL的R、A和B这3个寄存器需相互配合设置，VCO才能工作在所需的频率范围内，否则将导致不能锁存锁相模块。时钟输出分频器可以设置为2至6中的任意整数，输出端口的每个分频器可选用1至32中的任意整数作为分频参数。FPGA控制器的型号为XC7K325T，在本装置中，FPGA控制器要完成基于高速模数转换器数据的实时傅立叶变换处理、非相参积累处理、复数求模运算以及功率谱估计以及谱数据的质量控制等操作。要求FPGA控制器具有较大的算法资源以及较大的处理带宽。本系统中用到的XC7K325T具有Logic Cells326080个，最大RAM模块4000Kb，DSP Slices840个，CMT时钟管理10个，RocketIO GTX 16个，总IO bank 10个，最大使用IO数500个，完全能胜任本系统对FPGA的要求。以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围内。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光测风雷达的回波信号采集装置，其特征在于：包括高速模数转换器、时钟发生器和FPGA控制器，所述高速模数转换器的信号输入端为所述回波采集装置的回波信号输入端，所述高速模数转换器的信号输出端与所述FPGA控制器的信号输入端连接，所述FPGA控制器设置有时钟配置端口，所述FPGA的时钟配置端口通过时钟发生器与所述高速模数转换器的采样时钟信号端连接，所述FPGA控制器的信号输出端为所述回波信号采集装置的速度信息输出端。
【技术特征摘要】
1.一种激光测风雷达的回波信号采集装置，其特征在于：包括高速模数转换器、时钟发生器和FPGA控制器，所述高速模数转换器的信号输入端为所述回波采集装置的回波信号输入端，所述高速模数转换器的信号输出端与所述FPGA控制器的信号输入端连接，所述FPGA控制器设置有时钟配置端口，所述FPGA的时钟配置端口通过时钟发...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗继成，
申请(专利权)人：成都远望科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。