测控系统射频数字化处理方法

冯炜

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714054

摘要：随着社会的快速发展，科学技术水平也得到了有效提高，有效的数字化处理方法有助于提升测控系统工作效率，降低测控系统工作过程中的复杂程度，基于此，为了使测控系统可以更加完整，本文重点讨论了高速ADC、多相变频以及基于超奈奎斯特架构的宽带调制三种测控系统射频数字化处理方法，希望可以为测控系统射频数字化处理工作人员提供参考与借鉴。

关键词：测控系统；射频；数字化；处理方法

基于社会发展与人们生活需求，科研人员提出了测控系统，该系统不仅具有测量相关数据的能力，同时也有一定的控制能力，可以根据人们控制目标对相关对象进行控制，因此該系统中主要分为两大部分，即测量部分与控制部分，二者并不是独立存在的，而是通过一系列的处理技术联系起来的，在科研人员的不断努力下，提出了射频数字化处理方法，该方法应用到特定的技术，可以有效简化测控系统运行程序，提高测量与控制有效性。

1 高速ADC处理方法

在计算机技术高速发展的背景下，ADC不仅是数据量接口与模拟量计算设备中的一个关键部件，同时也成为测控系统射频数字化处理方法中的一个重要分支。笔者通过对当前现代化电子设备的详细分析，发现高速ADC已经广泛应用于测控系统中，在测控系统中发挥了良好的作用。

高速ADC处理方法主要存在着两种处理形式：一是全并行结构形式，该种结构也被称之为Flash结构，该结构形式可以随着测控系统的变化而发生变化[1]。二是折叠式结构或分区式结构，在该种结构支撑下，测控系统射频处理工作可以克服上一结构电路体积随分辨率增加而变得更加庞大的缺点，但是在测控系统引入数字时还会存在一些误差，因此前期需要做好误差校正工作。笔者基于对高速ADC处理方法的了解，发现使用该方法进行测控系统数字化处理过程中需要注意以下几点内容：一是需要保证测控系统噪声抖动性能稳定，尽可能避免高速ADC计数时钟相位噪声对测控系统有效位数的不良影响；二是要想保证该方法的采样性能，相关人员需要选用高质量的线性电源对高速ADC进行供电；三是有效位数的保证需要提高采样频率，因此，相关工作人员需要使用高性能的后端器件，在实际工作中，可以使用采样率为1.5Gsps的高速ADC，为测控系统采样工作提供有力支持。

2 多相变频处理方法

通过对测控系统的分析发现，大部分测控系统主要使用了不同频率的下变频器，下变频器可以将测控系统收集的数据信号模拟到中频，并借助解调设备处理后，得到相关数据[2]。该种方式不仅可以降低测控系统设备的复杂程度，同时也可以减少测控系统使用的数字化处理设备数目，使测控系统可重构性能处于可控范围内。

当测控系统选择数字化处理方法后，使用多相变频处理方法、借助多相变频处理设备，可以使测控系统中不同点频信号录入测控系统终端设备中，在终端设备中，不同点频信号会被不同频率的解调设备进行处理，由此可见，使用多相变频处理方法，可以减少在点频信号录入测控系统终端设备过程中使用的解调设备，从而有效降低了测控系统的设备数量。

在使用多相变频处理方法进行信号处理过程中，大部分工作人员会使用到多相滤波器架构，该架构能够解决其中存在的运算问题，使处理结构可以在相关技术、设备的支持下达到最优化状态。但是如果在测控系统射频处理过程中仅仅使用到多相滤波器架构，信号转变频率只能变为f/D这一偶型的整数倍，无法满足测控系统处理信号的任意数值要求，基于此，需要使用到多相变频处理技术，通过串并转换电路，更准确的采集出AD信号采样以及输出，保证AD信号可以得到更有效的分解，通过一系列处理后，M路信号可以被滤出高频成分，保留低频成分。通过对高速ADC处理方法的分析，我们掌握了需要使用采样率为1.5Gsps的高速ADC，在使用多相变频处理方法时，由于处理数据为高速ADC采样的数据，因此存在着高速处理的困难，此时需要保证多相变频输入信号时，可以将其转化成8路并行的数据信号，在降低处理速度的基础上，解决了测控系统中高速处理的问题。

3 基于超奈奎斯特架构的宽带调制处理方法

超奈奎斯特架构主要是指在DAC输出过程中，得到的信号并不是落于第一奈奎斯特区域的原信号，而是输出功率最大的有用信号，該信号为落于第二或第三奈奎斯特区域甚至更高区域原信号的镜像信号[3]。形成超奈奎斯特架构的主要原因是镜像信号频率高于原信号，在信号传输过程中，镜像信号频率为数据刷新速率与原信号的混频，使测控系统采集的信号能够处于更高的频率带上。基于超奈奎斯特架构的宽带调制处理方法可以直接合成射频处理信号，在处理过程中不需要使用到混频器与低通滤波器，因此从测控系统整体来看，该种射频数字化处理方法与高速ADC处理方法类似，都可以有效减少系统在运行过程中使用到的元件数量，从而减小测控系统中PCB面积，降低测控系统整体成本，除此以外，在测控系统射频数字化处理中使用该种方法还可以提升系统整体集成度，保证系统可靠性。因此当前很多测控系统中都使用了该种方法。基于超奈奎斯特架构的宽带调制处理方法可以提高信号输出的质量，在超奈奎斯特架构中输出的信号频率会受到限制，因此工作人员可以结合补偿滤波等相关手段，保证测控系统输出信号的可靠性。

4 总结

针对当前广泛使用的S频段测控信号，使用数字化处理方法可以快速解读出相关信息，在简化测控系统复杂程度的基础上，提高测控工作准确性，与中频接口相比，射频数字化技术可以接收到更多信号，同时射频数字化处理速度以及解调速度更快，一个单站仅仅需要两条主收链路，这样不仅可以保证地面测控系统的工作效率，同时也可以保证相关设备运行能力，保证相关设备的使用寿命。

参考文献：

[1]单福悦，高河山，柳祎，周峰，周斌杰.基于SDR的超短波测控系统实现[J].遥测遥控，2016，（05）：7174.

[2]方德胜，陈新化，冯正涛.智能水文缆道测控系统的设计与应用[J].水文，2011，（S1）：203206.

[3]张天平，郝建华，许斌，丁丹.基于niosII的测控中频处理系统设计[J].国外电子测量技术，2007，（08）：2730.