基于微机的风廓线雷达实时信号处理机

　　1 引言

　　风廓线雷达是上世纪八十年代中期发展起来的遥感测风技术, 与传统测风手段相比, 具有高实时性和高精度的特点, 目前已在气象、航天航空等领域得到了广泛的应用。实时信号处理机是风廓线雷达的一个重要组成部分, 其主要完成对接收机输出的中频信号进行A/D 变换和数字下变频处理(DDC)形成正交视频I、Q 信号, 然后对I、Q 信号进行脉冲压缩、时域积累、去直流、加窗、FFT 和谱积累等处理, 最后生成功率谱信号供风廓线雷达数据处理软件进一步处理。风廓线雷达实时信号处理流程如图1 所示。

　　2 组成与原理

　　风廓线雷达实时信号处理机可以利用高速 DSP 技术予以实现。传统的风廓线雷达实时处理机一般采用模拟正交相位检波器将中频信号变成正交视频信号或采用数字下变频技术生成正交视频信号, 然后利用 DSP 进行实时信号处理, 得到风谱数据后由计算机进行数据处理。由于 DSP 器件更新换代很快, 上述技术方案不仅成本较高, 而且经常由于 DSP 器件的更新换代造成后续维护的困难。目前微型个人计算机的处理速度发展很快, 已经能够完全满足风廓线雷达信号实时处理的速度要求。利用微机实现风廓线雷达信号的实时处理, 实现了风廓线雷达实时信号处理机的性能与微机同步发展, 由于微机的开放式架构和向下兼容性, 使风廓线雷达实时信号处理机维护和升级变得较为容易和方便。该种架构的实时信号处理机具有性价比高和可扩展能力强的特点, 更加符合软件无线电技术设计的思想。基于 DDC 和微机架构的风廓线雷达实时信号处理机主要由微型个人计算机、数字中频信号处理板、定时控制板和信号处理软件组成, 如图2 所示。

　　中频信号处理板对输入的中频信号进行 A/D 变换和数字下变频处理, 生成正交视频 I、Q 信号。定时控制板接收风廓线雷达定时监控组合所输出的雷达工作时序, 产生实时信号处理机的工作时序, 为微型计算机提供中断, 以此同步微机的各处理进程。在中断的同步下, 微型计算机利用 DMA 通过 PCI 总线接收数字中频信号处理板输出的正交I、Q 信号, 经时域积累、脉压、去直流、FFT 和谱积累后形成风谱数据。风廓线雷达实时信号处理软件是在 Windows2000 操作系统下利用VC 编制的, 是一个独立的进程。由于微机在Windows2000 操作系统下所能接收的中断频次每秒不能超过1000 次, 因此必须对实时信号处理机的工作时序进行精心设计, 使其所产生的中断低于 1000 次/秒。

　　3 中频信号处理板

　　中频信号处理板采用基于PCI 总线的插板结构, 主要由高速ADC、DDC 芯片、FIFO 和PCI 桥接器组成, 原理框图如图3所示, 其中DDC 芯片采用Graychip 公司的GC4016。