CN113156379B - 数据采集处理单元及装置 - Google Patents

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CN113156379B CN202110250972.6A CN202110250972A CN113156379B CN 113156379 B CN113156379 B CN 113156379B CN 202110250972 A CN202110250972 A CN 202110250972A CN 113156379 B CN113156379 B CN 113156379B
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Abstract

本申请实施例公开了一种数据采集处理单元，包括：参数信息接收模块，与数据处理模块相连接，用于将接收的参数信息输出给所述数据处理模块；所述数据处理模块，与双工传输模块相连接，用于根据所述参数信息，对回波信号的待处理的数字信号进行接收和处理，并将得到的处理结果输出给所述双工传输模块；参数信息输出模块，用于将所述参数信息输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的参数信息接收模块；所述双工传输模块，用于将所述处理结果输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的双工传输模块。本申请实施例还公开了一种数据采集处理装置。

Description

数据采集处理单元及装置
技术领域
本申请实施例涉及信号处理技术领域，涉及但不限于数据采集处理单元及装置。
背景技术
数字波束形成是指在数字域实现对雷达接收端的多个天线接收的回波信号的合成处理，现有的数字波束形成装置只能处理固定数量的天线接收的回波信号，当天线接收的回波信号数量增加时，无法对额外增加的回波信号进行处理。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供的数据采集处理单元及装置，多个数据采集处理单元能够级联，使得数据采集处理装置易于扩展，从而当合成孔径雷达系统中接收通道增加时，在数据采集处理装置中级联更多的数据采集处理单元即可满足多通道系统的使用需求。本申请实施例提供的数据采集处理单元及装置是这样实现的：
本申请实施例提供的数据采集处理单元，包括：参数信息接收模块，与数据处理模块相连接，用于将接收的参数信息输出给所述数据处理模块；所述数据处理模块，与双工传输模块相连接，用于根据所述参数信息，对回波信号的待处理的数字信号进行接收和处理，并将得到的处理结果输出给所述双工传输模块；参数信息输出模块，用于将所述参数信息输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的参数信息接收模块；所述双工传输模块，用于将所述处理结果输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的双工传输模块。
本申请实施例提供的数据采集处理装置，由至少两个数据采集处理单元级联得到。
在本申请实施例中，数据采集处理单元中设置有参数信息输出模块和双工传输模块，这样外部只需要将参数信息输入到第一个数据采集处理单元即可，其他数据采集处理单元的参数信息由前一级数据采集处理单元输入；如此，使本申请实施例提供的数据采集处理单元具有可扩展性，易于级联；从而当合成孔径雷达系统中接收通道增加时，在数据采集处理装置中级联更多的数据采集处理单元即可满足多通道系统的使用需求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于说明本申请的技术方案。
图1A为本申请实施例提供的一种数据采集处理单元的结构示意图；
图1B为本申请实施例提供的一种数据采集处理单元的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种数据采集处理单元的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的数据采集处理装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的距离向数字波束形成(Digital Beam-Forming，DBF)接收的一般模型的示意图；
图5为本申请实施例提供的数据采集处理单元的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的数字波束形成采集处理单元的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的8个天线接收通道系统组成框图；
图8为本申请实施例提供的8个天线接收通道数据采集处理单元原理框图；
图9为本申请实施例提供的16个天线接收通道系统组成框图；
图10为本申请实施例提供的16个天线接收通道数据采集处理装置原理框图；
图11为本申请实施例提供的N个天线接收通道系统组成框图；
图12为本申请实施例提供的N个天线接收通道数据采集处理装置原理框图；
图13为本申请提供的延迟电路结构示意图；
图14为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
需要指出，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”用以区别类似或不同的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
本申请实施例提供一种数据采集处理单元，该数据采集处理单元应用于电子设备，该电子设备可以是合成孔径雷达系统(Synthetic Aperture Radar，SAR)、至少包含合成孔径雷达系统的电子设备或其他需要进行多阵列信号处理的电子设备。
本申请实施例提供一种数据采集处理单元，图1A和图1B为本申请实施例提供的一种数据采集处理单元的结构示意图，如图1A所示，所述数据采集处理单元10包括：参数信息接收模块11、数据处理模块12、双工传输模块13和参数信息输出模块14；其中，
参数信息接收模块11，与数据处理模块12相连接，用于将接收的参数信息输出给所述数据处理模块12。
在一些实施例中，所述参数信息包括采样起始信号，相应地，所述参数信息接收模块11，如图1B所示，包括：采样起始信号接收接口111，与所述数据处理模块12的输入端相连接，用于将接收的所述采样起始信号输出给所述数据处理模块12。
在一些实施例中，所述参数信息还包括控制参数信号，相应地，所述参数信息接收模块11，如图1B所示，还包括：控制参数信号接收接口112，与所述数据处理模块12的输入端相连接，用于将接收的所述控制参数信号输出给所述数据处理模块12；其中，所述控制参数信号用于指示所述待处理的数字信号对所述处理结果的影响程度。
可以理解地，合成孔径雷达的雷达接收端将天线分为多个孔径，每个孔径对应一路信号接收通道，每个孔径将接收到的回波信号经过模数转换成对应的数字信号。假设，在雷达接收端将天线分成N个孔径，其中，N为大于0的整数；由于回波信号质量不同，如果直接设定每个待处理的数字信号对处理结果的影响程度相同，例如，直接对N个孔径的数字信号求均值，可能会导致处理结果不准确。因此，需要根据实际情况，通过控制参数信号指示每个待处理的数字信号对处理结果的影响程度，进而保证处理结果的准确性。
所述数据处理模块12，与双工传输模块13相连接，用于根据所述参数信息，对回波信号的待处理的数字信号进行接收和处理，并将得到的处理结果输出给所述双工传输模块13。
采样起始信号作为采样开始的标识，用于指示数据处理模块12开始采样，即，当数据处理模块12接收到采样起始信号时，对回波信号的待处理数字信号进行接收；当数据处理模块12接收到控制参数信号时，根据接收到的控制参数信号对回波信号的待处理数字信号进行处理。
在一些实施例中，数据处理模块12根据所述控制参数信号，确定每路所述待处理的数字信号的加权参数值；根据所述加权参数值，对N路所述待处理的数字信号进行加权合成处理，得到数字波束形成数据。
参数信息输出模块14，用于将所述参数信息输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的参数信息接收模块。
在一些实施例中，参数信息输出模块14可以与参数信息接收模块11相连接，与下一数据采集处理单元的参数信息接收模块直接连接，接收参数信息接收模块11发送的参数信息，然后将参数信息转发给所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的参数信息接收模块；在另一些实施例中，参数信息输出模块14也可以与数据处理模块12相连接，由数据处理模块12将参数信息输出给与该数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的参数信息接收模块。
可以理解地，当天线孔径数量确定后，对应的数据采集处理单元能够处理的数字信号的数量也是确定的，在雷达接收端的天线孔径数量增多时，当前数据采集处理单元无法处理额外增加的待处理数字信号。因此，在本申请实施例中，通过级联数字采集处理单元，对额外增加的待处理数字信号进行处理。通过在每个数据采集处理单元中设置参数信息输出模块，只需要将参数信息输入到第一个数据采集处理单元即可，其他数据采集处理单元的参数信息由前一级数据采集处理单元输入；如此，使本申请实施例提供的数据采集处理单元具有可扩展性，易于级联；从而当合成孔径雷达系统中接收通道增加时，在数据采集处理装置中级联更多的数据采集处理单元即可满足多通道系统的使用需求。
在一些实施例中，如图1B所示，所述参数信息输出模块14，包括：采样起始信号输出接口141，与所述数据处理模块12的输出端相连接，用于将所述采样起始信号输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的采样起始信号接收接口。
所述参数信息输出模块14，如图1B所示，还包括：控制参数信号输出接口142，与所述数据处理模块12的输出端相连接，用于将所述控制参数信号输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的控制参数信号接收接口。
所述双工传输模块13，用于将所述处理结果输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的双工传输模块。
在一些实施例中，双工传输模块13将所述处理结果转换为光信号；以及将所述光信号输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的双工传输模块。在一些实施例中，所述双工传输模块13包括两个收发双工光纤模块，该收发双工光纤模块通过光纤将处理结果输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的收发双工光纤模块。如此，通过双工传输模块将前一数据采集处理单元的处理结果输出给后一数据采集处理单元，如此，使本申请实施例提供的数据采集处理单元具有可扩展性，易于级联；从而当合成孔径雷达系统中接收通道增加时，在数据采集处理装置中级联更多的数据采集处理单元即可满足多通道系统的使用需求。
在另一些实施例中，在当前数据采集处理单元没有级联下一数据采集处理单元的情况下，双工传输模块13将该处理结果作为最终的处理结果，以光信号的形式将最终的处理结果输出给与该数据采集处理单元连接的其他工作模块，以使其他工作模块对该最终的处理结果进行其他后续处理，例如，将最终的处理结果输出给成像模块，以使成像模块对最终的处理结果进行成像处理。
本申请实施例提供的另一种数据采集处理单元，图2为本申请实施例提供的另一种数据采集处理单元的结构示意图，如图2所示，所述数据采集处理单元20包括：
采样起始信号接收接口21，与数据处理模块22的输入端相连接，用于将接收的所述采样起始信号输出给所述数据处理模块22。
控制参数信号接收接口23，与所述数据处理模块22的输入端相连接，用于将接收的所述控制参数信号输出给所述数据处理模块22；其中，所述控制参数信号用于指示所述待处理的数字信号对所述处理结果的影响程度。
采样起始信号输出接口24，与所述数据处理模块22的输出端相连接，用于将所述采样起始信号输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的采样起始信号接收接口。
在一些实施例中，采样起始信号输出接口24可以与采样起始信号接收接口21相连接，直接与下一数据采集处理单元的采样起始信号接收接口相连接，将采样起始信号接收接口21输入的采样起始信号转发给与该数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的采样起始信号接收接口；也可以与数据处理模块22相连接，由数据处理模块将采样起始信号输出给与该数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的采样起始信号接收接口。
控制参数信号输出接口25，与所述数据处理模块22的输出端相连接，用于将所述控制参数信号输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的控制参数信号接收接口。
信号采样模块26，与所述数据处理模块22的输入端相连接，用于对接收的所述回波信号进行采样，并将采样得到的待处理的数字信号输出给所述数据处理模块。
在一些实施例中，所述信号采样模块26，包括：回波信号接收接口261、采样时钟模块262、同步时钟模块和263和模数转换模块264；其中，
回波信号接收接口261，与模数转换模块264的输入端相连接，用于将接收的回波信号输出给所述模数转换模块264。其中，所述模数转换模块264包括至少一个双通道模数转换芯片2641。
采样时钟模块262，与所述模数转换模块264的输入端相连接，用于为所述模数转换模块264分配采样时钟信号；
其中，采样时钟模块262包括：采样时钟接收接口2621和第一时钟分配芯片2622；采样时钟接收接口2621连接第一时钟分配芯片2622的输入端，用于向第一时钟分配芯片2622提供采样时钟信号；第一时钟分配芯片2622的输出端连接每一双通道模数转换芯片264的输入端，用于为所述双通道模数转换芯片264分配采样时钟信号。
同步时钟模块263，与所述模数转换模块264的输入端相连接，用于为所述模数转换模块264分配同步时钟信号；
其中，同步时钟模块263包括：同步时钟接收接口2631和第二时钟分配芯片2632；同步时钟接收接口2631连接第二时钟分配芯片2632的输入端，用于向所述第二时钟分配芯片2632输入同步时钟信号；第二时钟分配芯片2632的输出端与每一所述双通道模数转换芯片2641的输入端相连接，用于为每一所述双通道模数转换芯片2641分配所述同步时钟信号。
所述模数转换模块264，与所述数据处理模块22的输入端相连接，用于根据所述采样时钟信号和所述同步时钟信号，同时对N路所述回波信号进行采样，并将采样得到的N路所述待处理的数字信号输出给所述数据处理模块22；所述同步时钟信号用于为所述双通道模数转换芯片2641提供外部的同步参考时钟。
在本申请实施例中，所述数据采集处理单元还包括数据处理模块22，所述数据处理模块22，与双工传输模块27相连接，用于根据所述参数信息，对回波信号的待处理的数字信号进行接收和处理，并将得到的处理结果输出给所述双工传输模块；在一些实施例中，所述数据处理模块22为可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)芯片、数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)芯片或中央处理器(central processingunit，CPU)等。
在一些实施例中，所述同步时钟模块263还与所述数据处理模块22的输入端相连接，用于为数据处理模块22分配同步时钟信号；同步时钟模块263的第二时钟分配芯片2632的输出端与FPGA芯片的输入端相连接，用于为该FPGA芯片分配同步时钟信号。
相应地，所述数据处理模块22，用于：根据所述采样起始信号，开始接收N路所述待处理的数字信号；并根据所述同步时钟信号，同步接收N路所述待处理的数字信号；根据所述控制参数信号，对接收的N路所述待处理的数字信号进行波束形成处理，得到数字波束形成数据。
数据处理模块22根据所述控制参数信号，确定每路所述待处理的数字信号的加权参数值；根据所述加权参数值，对N路所述待处理的数字信号进行加权合成处理，得到数字波束形成数据。例如，在雷达接收端将天线分为8个孔径，对应有8个待处理的数字信号，数据处理模块根据外部输入的控制参数信号，实时计算得到每个数字信号的加权参数值，并根据加权参数值，对8路数字信号进行处理，得到数字波束形成数据。
在一些实施例中，所述数据处理模块22包括：延迟电路221、数据处理电路222和采样起始信号输出电路223；其中，
延迟电路221，输入端与所述采样起始信号接收接口21相连接，输出端与数据处理电路222相连接，用于对所述采样起始信号进行延迟，并将延迟后的采样起始信号输出给所述数据处理电路222。
可以理解地，数据处理电路222按照采样起始信号开始接收不同通道的待处理数字信号，要求采样起始信号到达每个数据采集处理电路的时间是相同的。然而，当多个数据采集处理单元级联时，由于采样起始信号是由前一级数据采集处理单元输出到后一级数据采集处理单元，可能会出现采样起始信号到达每个数据采集处理单元的时间不同。例如，2个数据采集处理单元级联，采样起始信号到达第1个数据采集处理单元的时间为1秒，由第1个数据采集处理单元将采样起起始信号输出给第2个数据采集处理单元后，采样起始起始信号到达第2个数据采集处理单元的时间为2秒。因此，每个数据采集处理单元需要将接收到的采样起始信号通过延迟电路进行延迟，将延迟后的采样起始信号作为数据处理短路接收采样数据的起始时刻标志信号。
在一些实施例中，可以通过延迟值对采样起始信号进行延迟，其中，每个延迟电路的延迟值可以通过测试得到，然后通过输入外部参数的方式，将延迟值输入到每个数据采集电路中，数据采集电路收到延迟值后，根据延迟值对输入的采样起始信号进行延迟。
所述数据处理电路222，用于根据延迟后的采样起始信号，接收N路所述待处理的数字信号；以及，根据所述控制参数信号，对N路所述待处理的数字信号进行波束形成处理，得到数字波束形成数据，并将所述数字波束形成数据输出给所述双工传输模块27；其中，N为大于0的整数。
采样起始信号输出电路223，输入端与所述采样起始信号接收接口21相连接，输出端与所述采样起始信号输出接口24相连接，用于将所述采样起始信号接收接口21输出的所述采样起始信号输出给所述采样起始信号输出接口24。
在本申请实施例中，所述数据采集处理单元20还包括双工传输模块27，用于将所述处理结果输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的双工传输模块。
电源模块28，用于将输入的电源电压转化为所述数据采集处理单元的工作电压。电源模块为数据采集处理单元提供工作电压，电源模块支持的输入电压范围为16V～40V，电源模块将电子设备输入电压转换为数据采集处理单元需要的工作电压为+5V。
本申请实施例提供一种数据采集处理装置，图3为本申请实施例提供的数据采集处理装置的结构示意图，如图3所示，假设每个数据采集处理单元可以处理8个数字信号，当雷达接收端的天线孔径扩展为16个时，所述数据采集处理装置30由两个数据采集处理单元级联得到。
该数据采集处理装置30包括：
第一数据采集处理单元31，用于接收通道1至通道8的回波信号，将通道1至通道8的回波信号转换为数字信号后，对通道1至通道8的数字信号进行加权合成处理，得到数字波束形成数据后，将该数字波束形成数据输出给第二数据采集处理单元32，并接收外部输入的控制参数信号和采样起始信号，然后将控制参数信号和采样起始信号输出给第二数据采集处理单元32；
第二数据采集处理单元32，用于接收通道9至通道16的回波信号，将通道9至通道16的回波信号转换为数字信号后，对通道9至通道16的数字信号和第一数据采集处理单元输入的数字波束形成数据进行加权合成处理，得到最终的数字波束形成数据。第二数据采集处理单元32可以先根据控制参数信号，确定通道9至通道16的数字信号的加权参数值，根据该加权参数值确定通道9至通道16的数字信号对应的数字波束形成数据，再与通道1至通道8对应的数字波束形成数据进行加权合成处理，得到最终的数字波束形成数据；也可以直接确定通道1至通道8对应的数字波束形成数据的加权参数值和通道9至通道16的数字信号分别对应的加权参数值，直接进行加权合成处理，得到最终的数字波束形成数据。
同理，当雷达接收端的天线孔径扩展为24个时，所述数据采集处理装置由三个数据采集处理单元级联得到，第二数据采集处理单元将得到数字波束形成数据、控制参数信号和采样起始信号转发给第三数据采集处理单元，由第三数据采集处理单元对第二数据采集处理单元转发的数字波束形成数据和通道17至通道24的数字信号进行加权合成处理，得到最终的数字波束形成数据。…，如此，当雷达接收端的天线孔径扩展为N个时，所述数据采集处理装置由N/8个数据采集处理单元级联得到。随着天线孔径增加的数量级联数据处理单元，如此，适应不同的天线接收通道，扩展了数据采集装置的适用范围。
相关的单通道合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)系统通常采用单孔径的收发天线，波束在模拟端进行合成，从而形成单个通道模拟信号，然后进行模拟数字转换(Analog-to-Digital Converter，ADC)以及后续的成像处理。
如果观测更宽的测绘带，要求发射与接收需要更宽的天线波束宽度，采用模拟方式合成宽波束，会带来天线增益的降低以及距离模糊恶化等不利因素，严重影响成像质量。
本申请实施例属于雷达阵列信号处理技术领域。涉及用于对距离向多通道合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)的数字波束形成数据采集处理单元，利用该数据采集处理单元或者由该数据采集处理单元级联得到的数据采集处理装置，能够对距离向多通道模拟中频信号进行高速采集，并对距离向多通道数据进行数字波束形成处理，从而实现距离向接收波束的实时数字合成处理。
为了克服上述问题，在雷达接收端将天线分为多个孔径，每个孔径对应一个距离向接收通道。每个子孔径将接收到的回波信号独自经过模数转换(ADC)，然后将各路回波数据加权合成，即在数字域进行波束形成处理。这样能够克服相关单通道SAR在宽幅测绘时天线增益降低的问题，显著提高成像质量。
基于此，下面将说明本申请实施例在一个实际的应用场景中的示例性应用。
为了在实际工程应用中实现数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)，本申请实施例提供了一种数字波束形成采集处理单元，即数据采集处理单元，能够同时对多个通道的中频模拟回波信号进行数据采集，然后对采集后的数据进行加权合成，实现距离向接收波束的实时数字合成，最后将数字波束形成后的数据输出。本申请实施例的数据采集处理单元具有可扩展，易于集成的特点。随着天线接收通道数增加，本申请实施例的数据采集处理单元可以级联扩展为数据采集处理装置，适应于不同的天线接收通道。
本申请实施例设计了一个数据采集处理单元，该单元能够同时对多路模拟中频信号进行ADC处理，根据外部指令控制，将采集后的信号进行加权合成，在数字域实现波束形成。
本申请实施例将各个通道接收到的信号分别进行数字采样后在数字域进行处理生成等效的数字波束称之为数字波束形成，图4为本申请实施例提供的距离向数字波束形成(Digital Beam-Forming，DBF)接收的一般模型的示意图，如图4所示，ωN(t)表示各个通道的实时加权值，根据外部指令参数控制，由现场可编程逻辑门阵列(Field ProgrammableGate Array，FPGA)实时计算产生。N个通道的模拟中频信号数字化由ADC芯片完成，整个数字波束形成计算是由FPGA芯片进行编程的方法实现。
图5为本申请实施例提供的数据采集处理单元的结构示意图；如图5所示，本申请实施例的数据采集处理单元由一个配电单元(即电源模块的一种示例)与一个数字波束形成采集处理单元组成。
其中，配电单元为数字波束形成采集处理单元提供二次电源，配电单元支持的输入电压范围为16V～40V，配电单元将雷达系统输入的一次电源转换为数字波束形成采集处理单元需要的二次电源(即工作电压的一种示例)+5V。
数字波束形成采集处理单元是整个数据采集处理单元的功能核心，每一个数据采集处理单元能够完成对8路天线接收通道模拟中频回波的采集，接收外部的参数指令，实时计算出每个通道的加权值，将接收后的8路采集数据实时加权合成后输出。
图6为本申请实施例提供的数字波束形成采集处理单元的结构示意图，如图6所示，数据采集处理单元由4个双通道ADC芯片(即模数转换模块的一种示例)、1个FPGA芯片(即数据处理模块的一种示例)、12个射频同轴连接器(Sub Miniature version A，SMA)接口、1个控制参数输入接口、1个控制参数输出接口、2个光纤接口和二次电源输入接口组成。
进一步说明，ADC芯片双通道采样芯片；这样每个数据采集处理单元可同时实现8路模拟中频信号采集，模拟中频信号来自8个SMA接口输入S1～S8。8路模拟中频信号的采集由4片双通道ADC(模数转换)芯片实现。共有1片FPGA芯片，接收8个通道的采样数据，FPGA将接收到的8个采样通道的数据进行加权合成，然后将处理以后的数据输出。
1路采样时钟Fclk信号(即采样时钟信号的一种示例)由其中1个SMA接口输入，经过1:4的时钟分配芯片(即第一时钟分配芯片的一种示例)输入到4片ADC中。另外有一路同步时钟Rclk信号(即同步时钟信号的一种示例)从其中1个SMA接口输入，Rclk信号与采样时钟Fclk同源，频率为Fclk的1/4，经过时钟分配芯片(即第二时钟分配芯片的一种示例)输入到4片ADC中，为4片ADC芯片提供外部的同步参考时钟，同时输出一路时钟到FPGA，为FPGA提供备用工作时钟。
一路采样起始PRF脉冲信号(PRFin，采样起始信号)从1个SMA接口(即采样起始信号接收接口的一种示例)输入，作为每一个距离向信号采样开始的标志，PRF信号输入到FPGA中。另外一路PRF信号(PRFout)从FPGA输出，从1个SMA接口(即采样起始信号输出接口的一种示例)输出，作为数据采集处理单元之间的扩展级联使用。
二次电源+5V输入接口从二次电源输入接口输入。
控制参数输入接口连接到FPGA芯片上，不同工作模式下，接收外部参数指令控制。控制参数输出接口同样连接到FPGA芯片上，作为数据采集处理单元之间的扩展级联使用。
同时，FPGA连接两个收发双工光纤模块(即双工传输模块的一种示例)，作为DBF数据的输出接口。同时，当天线接收通道数扩展时，多个数据采集处理单元使用光纤级联，作为数据间的传输链路。
图7为本申请实施例提供的8个天线接收通道系统组成框图，如图7所示，根据实际的使用需求，当系统天线接收通道小于8个时，DBF数据采集与处理使用一个配电单元与一个数字波束形成采集处理单元即可。
图8为本申请实施例提供的8个天线接收通道数据采集处理单元原理框图，如图8所示，数据采集处理单元中的ADC芯片采集8个通道的模拟中频信号，FPGA按照采样起始PRF脉冲信号接收8个通道模数转换后的数字信号，然后外部控制参数要求完成8个通道信号的数字波束形成(DBF)实时处理，将处理后的数据通过双工传输模块输出。
图9为本申请实施例提供的16个天线接收通道系统组成框图，如图9所示，当天线接收通道扩展为16个时，使用两个数字波束形成采集处理单元级联的方式组成数据采集处理装置，同时，使用两个电源单元分别为每个数字波束形成采集处理单元提供二次电源。
通道1～8数据在数字波束形成采集处理单元1的FPGA内部加权合成以后，传输到数字波束形成采集处理单元2的FPGA，与通道9～16的数据合成，最终在数字波束形成采集处理单元2的FPGA内部完成16个通道数据的加权合成，数字波束形成采集处理单元2将处理后的数据从双工传输模块输出。
同时，数字波束形成采集处理单元1的FPGA接收外部的控制参数信号与采样起始PRF脉冲信号，然后将该信号转发输出到数字波束形成采集处理单元2的FPGA中。接收通道为16时，数据采集处理装置的工作原理框图如图10所示。
图11为本申请实施例提供的N个天线接收通道系统组成框图，如图11所示，当天线接收通道继续扩展时，本申请实施例中的数据采集处理装置可以不断级联，依据系统的实际需求，通过将多个数据采集处理单元级联使用。
图12为本申请实施例提供的N个天线接收通道数据采集处理装置原理框图，如图12所示，外部的控制参数与采样起始PRF脉冲信号只需要输入到第一个数据采集处理单元即可，其他数据采集处理单元的控制参数信号与采样起始PRF信号由前一级数据采集处理单元输入。
每个数据采集处理单元FPGA处理8个采样通道的数据。数据采集处理单元1对通道1～8数据DBF加权合成以后，传输到数据采集处理单元2的FPGA，与通道9～16的数据进行DBF合成，然后输出到数据采集处理单元3的FPGA，以此类推，数据采集处理单元M将N个通道数据经过数字波束形成处理后的结果输出。
特别的，FPGA按照采样起始PRF脉冲信号接收不同通道的采样数据，要求PRF到达每个数据采集处理单元FPGA的时间是相同的。当多级数据采集处理单元级联时，由于是前一级采集处理单元FPGA将PRF信号输出到后一级采集处理单元FPGA，可能会出现PRF信号到达每个FPGA的时间不同。基于此，本申请实施例还提供一种FPGA内部延迟电路框图，图13为本申请提供的延迟电路结构示意图，如图13所示，本申请实施例实施时，采取以下的操作步骤：
(1)、每个数据采集处理单元FPGA接收到PRF信号直接输出；
(2)、每个数据采集处理单元FPGA将接收到的PRF信号通过内部延迟电路。将延迟后的PRF信号作为接收采样数据的起始时刻标志信号。
(3)、每个数据采集处理单元FPGA内部PRF延迟电路的延迟值可以通过测试得到，然后通过外部参数输入到每个FPGA中。FPGA收到延迟值参数后，将输入的PRF延迟后接收采样数据。
本申请实施例提供了一种数据采集处理单元，包括：一个配电单元，为数据采集处理单元提供稳定可靠的二次电源，支持的输入电压范围为16V～40V，输出+5V电压；一个数字波束形成采集处理单元，按照采样起始脉冲PRF信号，最多完成对8路天线接收通道模拟中频回波的采集，接收外部的参数指令，实时计算出每个通道的加权值，将接收后的8路采集数据实时加权合成后输出。
在一些实施例中，系统中天线接收通道增加时，数据采集处理单元通过级联，可以满足不同通道系统的使用需求。
在一些实施例中，多个数据采集处理单元级联时，外部只需要提供一路控制参数输入信号与采样起始PRF信号即可，后一级的数据采集处理单元的控制参数信号与采样起始PRF信号均由前一级数据采集处理单元输入。
在一些实施例中，所述数据采集处理装置中的每个数据采集处理单元将接收到的PRF信号直接输出到下一级，同时将接收到的PRF信号延迟后作为采样数据起始时刻标志信号。
在一些实施例中，所述数据采集处理装置可适用于其他多通道阵列信号处理系统。
本申请实施例一种数字波束形成采集处理单元由配电单元与八通道采集处理单元组成，满足合成孔径雷达(SAR)系统多个孔径接收通道的数字波束形成的实际工程应用。
本申请实施例易于扩展，当系统中接收通道增加时，本申请实施例数据采集处理单元通过逐级级联扩展，得到数据采集处理装置，能够适应多通道系统使用需求。同时，多个数据采集处理单元级联时，系统只需要提供一路控制参数输入信号与采样起始PRF信号即可，后一级的数据采集处理单元的控制参数信号与采样起始PRF信号均由前一级输入，大大降低了系统设计的复杂度。
本申请实施例通用性强，适用范围广。本申请实施例装置不仅仅适用于数字波束形成处理，对于其他多通道阵列信号处理系统来说，本申请实施例同样适用。
基于前述实施例，本申请实施例提供一种电子设备，图14为本申请实施例的电子设备的硬件实体示意图，如图14所示，所述电子设备140包括上述任一项实施例所述的数据采集处理单元或数据采集处理装置。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”或“一些实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”或“在一些实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如对象A和/或对象B，可以表示：单独存在对象A，同时存在对象A和对象B，单独存在对象B这三种情况。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，以上所描述的实施例仅仅是示意性的。例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个模块或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其他形式的。
上述作为分离部件说明的模块可以是、或也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是、或也可以不是物理模块；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各实施例中的各功能模块可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各模块分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中；上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种数据采集处理单元，其特征在于，包括：
参数信息接收模块，与数据处理模块相连接，用于将接收的参数信息输出给所述数据处理模块；
所述数据处理模块，与双工传输模块相连接，用于根据所述参数信息，对回波信号的待处理的数字信号进行接收和处理，并将得到的处理结果输出给所述双工传输模块；
参数信息输出模块，用于将所述参数信息输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的参数信息接收模块；
所述双工传输模块，用于将所述处理结果输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的双工传输模块。
2.根据权利要求1所述的数据采集处理单元，其特征在于，所述参数信息包括采样起始信号，相应地，所述参数信息接收模块，包括：
采样起始信号接收接口，与所述数据处理模块的输入端相连接，用于将接收的所述采样起始信号输出给所述数据处理模块；
所述参数信息输出模块，包括：
采样起始信号输出接口，与所述数据处理模块的输出端相连接，用于将所述采样起始信号输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的采样起始信号接收接口。
3.根据权利要求2所述的数据采集处理单元，其特征在于，所述参数信息还包括控制参数信号，相应地，所述参数信息接收模块，还包括：
控制参数信号接收接口，与所述数据处理模块的输入端相连接，用于将接收的所述控制参数信号输出给所述数据处理模块；其中，所述控制参数信号用于指示所述待处理的数字信号对所述处理结果的影响程度；
所述参数信息输出模块，还包括：
控制参数信号输出接口，与所述数据处理模块的输出端相连接，用于将所述控制参数信号输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的控制参数信号接收接口。
4.根据权利要求3所述的数据采集处理单元，其特征在于，所述数据处理模块，包括：
延迟电路，输入端与所述采样起始信号接收接口相连接，输出端与数据处理电路相连接，用于对所述采样起始信号进行延迟，并将延迟后的采样起始信号输出给所述数据处理电路；
所述数据处理电路，用于根据延迟后的采样起始信号，接收N路所述待处理的数字信号；以及，根据所述控制参数信号，对N路所述待处理的数字信号进行波束形成处理，得到数字波束形成数据，并将所述数字波束形成数据输出给所述双工传输模块；其中，N为大于0的整数；
采样起始信号输出电路，输入端与所述采样起始信号接收接口相连接，输出端与所述采样起始信号输出接口相连接，用于将所述采样起始信号接收接口输出的所述采样起始信号输出给所述采样起始信号输出接口。
5.根据权利要求3所述的数据采集处理单元，其特征在于，还包括：
信号采样模块，与所述数据处理模块的输入端相连接，用于对接收的所述回波信号进行采样，并将采样得到的待处理的数字信号输出给所述数据处理模块。
6.根据权利要求5所述的数据采集处理单元，其特征在于，所述信号采样模块，包括：
回波信号接收接口，与模数转换模块的输入端相连接，用于将接收的回波信号输出给所述模数转换模块；
采样时钟模块，与所述模数转换模块的输入端相连接，用于为所述模数转换模块分配采样时钟信号；
同步时钟模块，与所述模数转换模块的输入端相连接，用于为所述模数转换模块分配同步时钟信号；
所述模数转换模块，与所述数据处理模块的输入端相连接，用于根据所述采样时钟信号和所述同步时钟信号，同步对N路所述回波信号进行采样，并将采样得到的N路所述待处理的数字信号输出给所述数据处理模块。
7.根据权利要求6所述的数据采集处理单元，其特征在于，所述同步时钟模块还与所述数据处理模块的输入端相连接，用于为所述数据处理模块分配同步时钟信号；相应地，所述数据处理模块，用于：
根据所述采样起始信号和所述同步时钟信号，同步接收N路所述待处理的数字信号；
根据所述控制参数信号，对接收的N路所述待处理的数字信号进行波束形成处理，得到数字波束形成数据。
8.根据权利要求3至7任一项所述的数据采集处理单元，其特征在于，所述数据处理模块，用于：
根据所述控制参数信号，确定每路所述待处理的数字信号的加权参数值；
根据所述加权参数值，对N路所述待处理的数字信号进行加权合成处理，得到数字波束形成数据。
9.根据权利要求1至7任一项所述的数据采集处理单元，其特征在于，所述双工传输模块，用于：
将所述处理结果转换为光信号；以及
将所述光信号输出给与所述数据采集处理单元级联的下一数据采集处理单元的双工传输模块。
10.一种数据采集处理装置，其特征在于，由至少两个如权利要求1至9任一项的数据采集处理单元级联得到。
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