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基于VPX架构的信号预处理技术研究

专业名称：电子信息

硕士生姓名：白锦

指导老师：刘生

摘要

随着信息技术的迅猛进步，信号处理技术在通信、雷达、航空航天及能源等多个领

域的应用日益深入。这些领域对信号处理技术的性能需求不断提升，推动着信号处理系

统向高速、高效、高集成度、高可靠性和灵活配置的方向发展。在此背景下，本文基于

某科研项目，实现雷达系统中特定信号的接收与处理技术的研究。针对项目中的实际需

求，本文详细探讨了硬件架构技术的研发与实现，并深入研究了信号预处理技术，以确

保系统能够满足项目对信号处理性能的高标准需求。

在硬件架构技术研究方面，本文分析了某信号接收和处理的需求，在对VPX硬件

架构研究的基础上，结合当前前沿的VPX电路板卡现状，设计并实现了一种多类型多

板卡的VPX硬件架构。该硬件架构提供了丰富的处理资源，具有符号信号处理链路特

点的板卡互联结构。较好的实现了信号处理和硬件结构的吻合。

在信号采集方面，研究了影响系统性能的ADC中SFDR指标优化技术。分析了时

间交织采样ADC中影响SFDR性能的失配误差产生的理论根源，分析了ADC中各种

关键模块的结构和配置方法，提出了一种校准训练的ADC优化方法。经过实际测试表

明，最大可提升SFDR指标30dB。

在信号处理方面，高速ADC每秒产生4.8G个采样点，在FPGA中无法用传统的串

行结构实现信号处理。研究了面向FPGA的并行结构DDC实现方法，在并行DDC降

低速率后再采用串行结构DDC，并在FPGA中进行了实现。实现了56路带宽12.8MHz

信号的DDC处理。经过仿真表明，该方法具有较高的性能且占用较少资源。

在信号传输方面，在FPGA中实现了AXI4、aurora、PCIe高速数据接口，实现了数

据和控制指令的传输。在FPGA中设计了信号处理链路的流程，整合并行DDC模块、

串行DDC模块和各种高低速接口，从8路高速ADC数据中按照参数分离出8路带宽1

2.8MHz和49路带宽200kHz的信号。

基于本文研究的硬件平台架构，形成了高性能的VPX硬件设备。在设备中部署本

文设计与实现的FPGA信号预处理成果，为后续的信号处理工作提供了有效的支撑。经

过预处理部分的仿真和测试、整机的测试，所形成的设备具备较好的功能，并已经在现

实应用中发挥良好的效果。

关键词：VPX，时间交织采样，SFDR，并行结构DDC，串行结构DDC

ResearchonaCertainSignalPreprocessingTechnologyBasedon

VPXArchitecture

Maior:ElectronicInformation

Master:BaiJin

Instructor:LiuSheng

ABSTRACT

Withtherapidprogressofinformationtechnology,signalprocessingtechnologyis

increasinglyappliedinvariousfieldssuchascommunication,radar,aerospace,anden

ergy.Theescalatingperformancedemandsintheseareashavepropelledthedevelopme

ntofsignalprocessingsystemstowardshighspee