CN212160069U

CN212160069U - 一种s波段天气雷达测试系统频谱分析装置

Info

Publication number: CN212160069U
Application number: CN202020330728.1U
Authority: CN
Inventors: 姜子旺
Original assignee: CHENGDU YUANWANG TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: CHENGDU YUANWANG TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2020-12-15
Anticipated expiration: 2030-03-17

Abstract

本实用新型涉及一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，包括变频模块、采集处理模块和显示模块；所述变频模块通过中频输入接口电路将中频信号传输到所述采集处理模块，同时通过采样时钟输入接口电路向所述采集处理模块发送以采样时钟信号；所述采集处理模块的数据输出端与所述显示模块的数据输入端和所述变频模块的数据输入端；所述显示模块的控制指令输出端与所述采集处理模块的指令输入端连接。降低了S波段天气雷达测量和维护成本，提高了S波段天气雷达频谱测量的性能，增强了产品的集成性、工作效率和统一化，提高了频谱分析的精度，能够在多个波段、多个型号产品上应用，降低了对维护人员技术能力和操作熟练度的要求。

Description

一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置

技术领域

本实用新型涉及天气雷达技术领域，尤其涉及一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置。

背景技术

随着现代气象业务和服务的不断深化，天气雷达在重大活动和灾害性天气监测中的作用日渐凸显，对应急保障能力的要求必然会越来越高。因此，雷达保障人员必须适应新形势，尤其在S波段雷达关键技术标准统一后，研发S波段天气雷达随机测量装置，为全面提高S波段雷达保障能力奠定基础。

现目前多采用频率测量仪表完成对S波段天气雷达产品频谱特性的测量，但是其存在着频谱测量设备体积庞大、重量大、不利于存放，以及设备价格昂贵、大大地增加设备维护成本的问题；也有采用集成模块完成对S波段天气雷达产品频谱特性的测量的，但是其存在着集成模块应用范围较小，智能适用于特定小范围的频谱测量；以及集成模块频谱指标较差，无法满足高性能天气雷达测量的需求的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，解决了目前采用的频谱分析方式存在的不足。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，包括变频模块、采集处理模块和显示模块；所述变频模块通过中频输入接口电路将中频信号传输到所述采集处理模块，同时通过采样时钟输入接口电路向所述采集处理模块发送以采样时钟信号；所述采集处理模块的数据输出端与所述显示模块的数据输入端和所述变频模块的数据输入端；所述显示模块的控制指令输出端与所述采集处理模块的指令输入端连接。

进一步地，所述采集处理模块包括时钟配置接口电路、数据采集接口电路、串口收发接口电路、数据传输接口电路和FPGA芯片；所述时钟配置接口电路和数据采集接口电路的输出端与所述FPGA芯片的输入端连接，所述串口收发接口电路与所述FPGA芯片相互连接，所述FPGA芯片的输出端与所述数据传输接口电路的输入端连接；所述时钟配置接口电路的输出端还与所述数据采集接口电路的输入端连接。

进一步地，所述时钟配置接口电路包括时钟配置芯片U6A；所述变频模块通过所述时钟输入接口电路连接到所述时钟配置芯片U6A的第13和14引脚；所述时钟配置芯片U6A的第33和34引脚与所述FPGA芯片连接，给所述FPGA 芯片提供一组处理时钟信号。

进一步地，所述数据采集接口电路包括采集芯片U4；所述变频模块通过所述中频输入接口电路连接到所述采集芯片U4的第66和67引脚；所述时钟配置芯片U6A的第28引脚与所述采集芯片U4的第5引脚连接，所述时钟配置芯片 U6A的第29引脚与所述采集芯片U4的第6引脚连接，给所述采集芯U4片提供一组采样时钟信号；所述采集芯片U4的第39、40、48、49和50引脚与所述 FPGA芯片连接。

进一步地，所述串口收发接口电路包括收发芯片U10和U12以及串口J7；所述串口J7的第8和9引脚与所收发芯片U12的第2和1引脚连接；所述串口 J7的第4和5引脚与所述收发芯片的U10的6和5引脚连接；所述FPGA芯片的输出端与所述收发芯片U10的输入端连接，所述收发芯片U12的输出端与所述FPGA芯片的输入端连接。

进一步地，所述数据传输接口电路包括网络接口芯片U1；所述FPGA芯片将处理结果数据通过并行收发线接入到所述网络接口芯片U1；所述网络接口芯片U1的输出端连接到所述显示模块。

进一步地，所述显示模块包括内部配置有千兆网口和安装有频谱分析软件的计算机设备。

本实用新型具有以下优点，一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，降低了S波段天气雷达测量和维护成本，提高了S波段天气雷达频谱测量的性能，增强了产品的集成性、工作效率和统一化，提高了频谱分析的精度，能够在多个波段、多个型号产品上应用，降低了对维护人员技术能力和操作熟练度的要求。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为中频输入接口电路图；

图3为采样时钟输入接口电路图；

图4为变频模块的处理框图；

图5为采集处理模块的处理框图；

图6为时钟配置接口电路图；

图7为数据采集接口电路图；

图8为串口收发接口电路图；

图9为数据传输接口电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

本实用新型采用独立模块设计，安装于S波段天气雷达随机测试系统插箱内。随机测试系统插箱内部通过底板总线连接，完成数据交互。随机测试系统内配备接口模块，通过通用接口(光口、网口、USB等)对外完成数据传输、控制分发等功能。

如图1-图3所示，一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，包括变频模块、采集处理模块和显示模块；所述变频模块通过中频输入接口电路将中频信号传输到所述采集处理模块，同时通过采样时钟输入接口电路向所述采集处理模块发送以采样时钟信号；所述采集处理模块的数据输出端与所述显示模块的数据输入端和所述变频模块的数据输入端；所述显示模块的控制指令输出端与所述采集处理模块的指令输入端连接。

其中，变频模块输出的中频信号经过电缆进入的中频输入接口电路板卡中，转换为差分信号后送入到采集处理模块中的高速采集芯片中；变频模块通过时钟配置接口电路将差分时钟信号接入到采集模块中的时钟配置芯片中，经过 FPGA的配置产生多组时钟，分别供采集芯片(作为采样时钟)和FPGA芯片(作为处理时钟)。

如图4所示，待测信号接入频谱分析装置后，首先经过100V隔直电容，再经1W单刀双掷开关选择放大/衰减通道。放大通道先后通过限幅器、低噪放 LNA1、2dB衰减和低噪放LNA2；衰减通道先后经过10dB衰减、数控衰减1 和数控衰减2。放大通道和衰减通道的输出端经过1W弹道双掷开关进行选择，得到输出结果经2dB衰减、射频滤波器和2dB衰减后，与一级本振源LO1混频。一次混频后的信号先后经过2dB衰减、1中频低通滤波器、2dB衰减、放大器、 2dB衰减和1中频低通滤波器后，再与二级本振LO2进行混频。二次混频后的信号先后经过3dB衰减、低通滤波器、数控衰减器、放大器、3dB衰减、放大器、3dB衰减、放大器、3dB衰减、中频滤波器，得到所需的中频信号输出。

进一步地，如图5所示，所述采集处理模块包括时钟配置接口电路、数据采集接口电路、串口收发接口电路、数据传输接口电路和FPGA芯片；所述时钟配置接口电路和数据采集接口电路的输出端与所述FPGA芯片的输入端连接，所述串口收发接口电路与所述FPGA芯片相互连接，所述FPGA芯片的输出端与所述数据传输接口电路的输入端连接；所述时钟配置接口电路的输出端还与所述数据采集接口电路的输入端连接。

采样时钟信号通过SMA进入AD9516进行时钟配置，得到ADC采样时钟送AD9467和处理时钟送FPGA。中频信号经过SMA进入AD9467进行高速采样，得到并行LVDS数据信号(16位)直接进入FPGA，FPGA内部对采集数据进行频谱分析处理，得到的结果经过88E1111送至CPCI插件。

FPGA通过差分收发芯片26LV31/26LV32与接口DB9进行RS422串行通讯，将控制命令发送至变频模块，并将回传信息接入FPGA进行数据校验。CPLD与 FPGA互联，完成程序的配置功能，程序文件存储再FLASH芯片内。

进一步地，如图6所示，所述时钟配置接口电路包括时钟配置芯片U6A，型号为AD9516；所述变频模块通过所述时钟输入接口电路连接到所述时钟配置芯片U6A的第13和14引脚；所述时钟配置芯片U6A的第33和34引脚与所述 FPGA芯片连接，给所述FPGA芯片提供一组处理时钟信号，差分时钟进入时钟配置芯片AD9516经过FPGA的配置产生多组时钟，分别供给采集芯片作为采样时钟信号和FPGA芯片作为处理时钟信号。

进一步地，如图7所示，所述数据采集接口电路包括采集芯片U4，型号为 AD9467；所述变频模块通过所述中频输入接口电路连接到所述采集芯片U4的第66和67引脚；所述时钟配置芯片U6A的第28引脚与所述采集芯片U4的第 5引脚连接，所述时钟配置芯片U6A的第29引脚与所述采集芯片U4的第6引脚连接，给所述采集芯U4片提供一组采样时钟信号；所述采集芯片U4的第39、 40、48、49和50引脚与所述FPGA芯片连接；中频差分信号与采集信号进入采集芯片AD9467后，转换为并行差分信号，直接进入FPGA芯片进行接收。

进一步地，如图8所示，所述串口收发接口电路包括收发芯片U10和U12 以及串口J7；所述串口J7的第8和9引脚与所收发芯片U12的第2和1引脚连接；所述串口J7的第4和5引脚与所述收发芯片的U10的6和5引脚连接；所述FPGA芯片的输出端与所述收发芯片U10的输入端连接，所述收发芯片U12 的输出端与所述FPGA芯片的输入端连接；FPGA与差分收发器件连接，作为对外互联串口，完成控制命令的传输。

进一步地，如图9所示，所述数据传输接口电路包括网络接口芯片U1；所述FPGA芯片将处理结果数据通过并行收发线接入到所述网络接口芯片U1；所述网络接口芯片U1转换为千兆网络信号，经过底板与计算完成数据通讯。

本实用新型的工作原理为：变频模块接收待测信号(频率2700～3000MHz)，经过隔直器，根据开关、衰减及中放增益控制命令选择放大/衰减通道及放大/衰减量，然后经过一个可设置本振频率的混频器得到中频，中频信号经过数控中放和滤波处理后接入采集处理模块，同时本振源产生一路中频采样时钟送采集处理模块。

采集处理模块接收到变频模块接入的中频信号直接进入采样芯片ADC，采样时钟经过时钟分配网络，产生采集所需的时钟信号和处理时钟信号，分别送 ADC和FPGA，ADC在FPGA的配置下进行数据采集，并将采集后的信号送至 FPGA进行处理，FPGA经过频谱分析处理后将所需的IQ信号经过网络传输至显示控制装置；同时FPGA接收计算机(频谱分析软件)发送的控制命令完成处理和数据选择等操作，并将配合参数发送至变频模块。

显示控制模块为计算机(配置有千兆网口并安装有频谱分析软件)，该计算机通过随机测试系统的接口模块与采集处理模块的FPGA进行数据通讯，并将 FPGA发送的IQ数据进行显示，实现频谱分析的功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，其特征在于：包括变频模块、采集处理模块和显示模块；所述变频模块通过中频输入接口电路将中频信号传输到所述采集处理模块，同时通过采样时钟输入接口电路向所述采集处理模块发送以采样时钟信号；所述采集处理模块的数据输出端与所述显示模块的数据输入端和所述变频模块的数据输入端连接；所述显示模块的控制指令输出端与所述采集处理模块的指令输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，其特征在于：所述采集处理模块包括时钟配置接口电路、数据采集接口电路、串口收发接口电路、数据传输接口电路和FPGA芯片；所述时钟配置接口电路和数据采集接口电路的输出端与所述FPGA芯片的输入端连接，所述串口收发接口电路与所述FPGA芯片相互连接，所述FPGA芯片的输出端与所述数据传输接口电路的输入端连接；所述时钟配置接口电路的输出端还与所述数据采集接口电路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，其特征在于：所述时钟配置接口电路包括时钟配置芯片U6A；所述变频模块通过所述时钟输入接口电路连接到所述时钟配置芯片U6A的第13和14引脚；所述时钟配置芯片U6A的第33和34引脚与所述FPGA芯片连接，给所述FPGA芯片提供一组处理时钟信号。

4.根据权利要求3所述的一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，其特征在于：所述数据采集接口电路包括采集芯片U4；所述变频模块通过所述中频输入接口电路连接到所述采集芯片U4的第66和67引脚；所述时钟配置芯片U6A的第28引脚与所述采集芯片U4的第5引脚连接，所述时钟配置芯片U6A的第29引脚与所述采集芯片U4的第6引脚连接，给所述采集芯U4片提供一组采样时钟信号；所述采集芯片U4的第39、40、48、49和50引脚与所述FPGA芯片连接。

5.根据权利要求2所述的一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，其特征在于：所述串口收发接口电路包括收发芯片U10和U12以及串口J7；所述串口J7的第8和9引脚与所收发芯片U12的第2和1引脚连接；所述串口J7的第4和5引脚与所述收发芯片的U10的6和5引脚连接；所述FPGA芯片的输出端与所述收发芯片U10的输入端连接，所述收发芯片U12的输出端与所述FPGA芯片的输入端连接。

6.根据权利要求2所述的一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，其特征在于：所述数据传输接口电路包括网络接口芯片U1；所述FPGA芯片将处理结果数据通过并行收发线接入到所述网络接口芯片U1；所述网络接口芯片U1的输出端连接到所述显示模块。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种S波段天气雷达测试系统频谱分析装置，其特征在于：所述显示模块包括内部配置有千兆网口和安装有频谱分析软件的计算机设备。