基于FPGA的多相数字基带转换器设计与实现.pdf

数字基带转换器是深空测控系统中不可或缺的组成部分，它主要负责将接收到的模拟信号转换为数字信号，并进行适当的频带选择。这一转换过程涉及信号的采集、处理以及转换等多个步骤，它的设计和实现是数字信号处理领域的一个重要研究课题。 在多相数字基带转换器的设计中，多相信道化滤波器组是一种有效的实现形式。多相信道化滤波器组可以提供同时多路输出的能力，它的处理压力相对较小，特别适合处理频段分布规律的观测任务。使用多相信道化滤波器组，可以显著提高计算效率，并随着选择的通道数增加，效率进一步提升。 VLBI（Very Long Baseline Interferometry）技术是一种用于深空航天器跟踪测轨的新型测量手段，它的精度高，测角优势明显，在未来深空航天任务中具有广阔的应用前景。在VLBI系统中，数字基带转换器是关键部件之一，它不仅处理数据采集，还涉及频带选择，解决了接收信号数据量大和记录速率之间的矛盾。使用多相数字基带转换器能够更好地满足VLBI技术的数据处理需求。 设计过程中，首先在Matlab环境中对算法进行验证。验证无误后，采用混合编程方式，结合DSPBuilder和QuartusII两款软件进行硬件编程，进而将算法在FPGA硬件上实现。DSPBuilder和QuartusII的结合使用，可以提高设计效率和实现的可靠性。通过这种方法，最终在数据回放板上验证了算法的可行性，并为研究VLBI测量技术提供了测试平台。 在实现多相信道化滤波器组的过程中，设计者需要解决信号在接收时出现的盲区问题。盲区是指在信号频谱分析中由于硬件设计不足导致某些频率范围内的信号无法被有效接收和处理。通过利用实信号谱以1/T为周期互为镜像的特点，可以在设计上消除盲区，保证信号接收的完整性和准确性。 在多相数字基带转换器的硬件实现中，FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为一种可编程逻辑器件，因其可重复编程、处理速度快、并行性好等特点，成为了实现数字信号处理系统的重要硬件平台。基于FPGA的设计能够更好地满足深空测控系统中对数据处理速度和实时性的要求。 在整个设计与实现的过程中，数字基带转换器的设计者需要具备扎实的信号处理理论知识，了解FPGA的硬件编程技术，并且熟悉Matlab以及DSPBuilder和QuartusII等硬件设计软件的使用。这些技术和工具的综合运用，有助于设计出满足特定工程需求的数字基带转换器。 基于FPGA的多相数字基带转换器的设计与实现是一个复杂而系统的工程。涉及到信号处理、硬件设计、软件编程等多个领域。它的成功实现，不仅需要理论知识的支持，还需要通过大量实验和仿真来验证其可行性。这一技术的发展，对于提高深空测控系统数据处理能力，推动空间科学技术的进步，具有重要的意义。