[发明专利]一种基于FPGA的前端数字化装置

摘要

一种基于FPGA的前端数字化装置，包括数字化前端和分析后端，数字化前端与分析后端连接；数字化前端用于完成空间电磁信号的采集、预处理、存储及传输，并将原始空间电磁信号和特征值数据封装成数据帧，传输至分析后端；分析后端用于接收和解析数字化前端发送来的数据帧，对数据帧进行数据后处理，同时提供界面管理。本发明电磁兼容性强，可提升重大敏感装备的空间电磁信号特征参数测量能力。

主权项

1.一种基于FPGA的前端数字化装置，其特征在于：包括数字化前端和分析后端，数字化前端与分析后端连接；所述数字化前端用于完成空间电磁信号的采集、预处理、存储及传输，并将原始空间电磁信号和特征值数据封装成数据帧，传输至分析后端；所述分析后端用于接收和解析数字化前端发送来的数据帧，对数据帧进行数据后处理，同时提供界面管理；所述数字化前端和分析后端通过光纤线缆连接，数字化前端和分析后端之间采用光纤通信方式通讯；所述数字化前端包括接收天线阵列、射频开关矩阵、信号变送模块、A/D采集模块、采集驱动模块、数字中频变换器、深度学习卷积计算层以及光纤传输协议层；所述接收天线阵列与射频开关矩阵连接；所述射频开关矩阵与信号变送模块连接；所述信号变送模块与A/D采集模块连接；所述A/D采集模块与采集驱动模块连接；所述采集驱动模块分别与数字中频变换器和光纤传输协议层连接；所述数字中频变换器与深度学习卷积计算层连接；所述深度学习卷积计算层与光纤传输协议层连接；所述采集驱动模块、数字中频变换器、深度学习卷积计算层以及光纤传输协议层均以IP CORE的形式集成于FPGA内；所述FPGA内嵌入处理器，所述处理器对采集驱动模块、数字中频变换器、深度学习卷积计算层以及光纤传输协议层的IP CORE进行任务管理；所述接收天线阵列用于完成无线通信信道中的电磁信号的接收，接收天线阵列的天线阵元以阵列形式布置，支持多维度的空间电磁信号的接收；所述射频开关矩阵用于完成空间电磁信号的自动切换和灵活接入；所述信号变送模块用于完成空间电磁信号的下变频，将射频信号变送至中频；所述A/D采集模块用于完成中频信号的高精度模数转换；所述采集驱动模块用于完成A/D采集模块后的信号接收，并按照FPGA内Block RAM的时序特性输出片内数字信号；所述数字中频变换器用于完成对片内数字信号时域、频域、能量域和空域的相关数据域变换和矩阵运算；所述深度学习卷积计算层用于建立对复杂电磁环境下无线通信信道特征参数的深度学习训练模型，逼近式地求取无线通信信道的传递函数表达式，或建立空间参数的映射表；所述光纤传输协议层用于将采集驱动模块后的片内数字信号和深度学习卷积计算层后的片内特征信号封装成数据帧信号，完成光纤通信接口的行为和逻辑控制，完成数字化前端中FPGA的AXI总线地址和分析后端的内存物理地址映射。