高速數(shù)據(jù)采集時，遇到“混疊”和“幅度分辨率不足”怎么辦？

在使用模塊化數(shù)字化儀進(jìn)行測量時，重要的是要注意一些常見的設(shè)置問題，這些問題會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不良和浪費(fèi)時間。本文將對“混疊”和“幅度分辨率不足”兩個問題提供深入解答。

混疊，采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的普遍問題。自采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)以來，由于輸入信號采樣不足而引起的混疊問題就一直存在。采用較的數(shù)據(jù)儀器，如數(shù)字化儀和數(shù)字示波器，根據(jù)采樣定理，要求模擬信號的采樣頻率大于輸入端存在的較高頻率分量的兩倍。如果不滿足這個條件，就會產(chǎn)生混疊。當(dāng)前的數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計通常包含大大超過模擬帶寬的較大采樣率。通過將其與長采集存儲器相結(jié)合，這些數(shù)字化器較小化了這個經(jīng)典問題。技術(shù)指標(biāo)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)采集技術(shù)的廣泛應(yīng)用,對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的許多技術(shù)指標(biāo),如采樣率、分辨率、存儲深度、數(shù)字信號處理速度、抗干擾能力等方面提出了越來越高的要求,其中前兩項為評價超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)。 但是，用戶應(yīng)該注意混疊，尤其是在將采樣率編程為較低速度時。

采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)對輸入信號進(jìn)行采樣并存儲結(jié)果數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 如果采樣率滿足或超過采樣定理的規(guī)則，則可以重建信號而不丟失任何信息。如果模擬輸入波形的采樣頻率小于其較大頻率的兩倍，則數(shù)字采樣的重建結(jié)果會產(chǎn)生頻率低于原始頻率的波形。

幅度分辨率不足

數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)將模擬信號的樣本轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。ADC的分辨率是用于數(shù)字化輸入樣本的比特數(shù)。對于一個n位ADC，可以產(chǎn)生的離散數(shù)字電平數(shù)為2n。因此，一個12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以解決212或4096級。較小有效位(lsb)表示可以檢測到的較小間隔，對于12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器，較小有效位為1/4096或2.4 x 10-4。高速模塊化數(shù)字化儀是采集和處理雷達(dá)信號的理想選擇，并為這些測量提供了多項優(yōu)勢。為了將lsb轉(zhuǎn)換成電壓，我們?nèi)?shù)字化儀的輸入范圍除以2，提高到數(shù)字化儀的分辨率。

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如何選擇數(shù)據(jù)采集卡

首先，選擇接口方式。

第二步，確定輸入和輸出指標(biāo)。

這些指標(biāo)有輸入和輸出的模擬量精度和速率,輸入和輸出的數(shù)字量電平和要求,輸入和輸出的數(shù)字傳輸協(xié)議方式.

第三步，選擇接口協(xié)議處理器。  如果你的數(shù)據(jù)采集卡不需要處理器就能夠滿足要求,你可以現(xiàn)在動手設(shè)計了.否則,繼續(xù)努力!如12位分辨率，當(dāng)電壓量程為5000mV，單位增量為（5000mV）/4096=1。  接下來考慮的是接口協(xié)議處理器.PCI, USB, PCMCIA, CAN, 網(wǎng)卡都有專門的接口芯片.當(dāng)然你也可以選擇FPGA加上軟件協(xié)議IP核,同樣能實現(xiàn)你的目標(biāo),但是難度很大.  

第四步，選擇采集卡處理器。2，VPX架構(gòu)的SATA采集存儲系統(tǒng)：對于惡劣環(huán)境及外場等應(yīng)用場合，桌面計算機(jī)形態(tài)的系統(tǒng)相對不太適合。  對于功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集卡,你需要選擇專用的處理器來預(yù)處理采集的數(shù)據(jù).單片機(jī), FPGA, DSP, ARM都是你可以挑選的對象.  單片機(jī)由于便宜,易于開發(fā),開發(fā)的資料齊全,工程師眾多,很適合初學(xué)者你的.FPGA設(shè)計方便,具有速度和效率的優(yōu)勢,也是不錯的選擇.  DSP是專門為數(shù)據(jù)處理而設(shè)計,速度快,可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的算法,是很好的選擇.ARM的功能過于復(fù)雜,適合于設(shè)計好的人機(jī)界面的場合.  有些器件將接口協(xié)議處理器和采集卡處理器集成在一體,這些芯片應(yīng)該有更好的使用價值.  

第五步，選擇數(shù)據(jù)采集電路。  很多公司提供采樣芯片:ADI,TI,MAXIUM,NS等等.  第六步，選擇驅(qū)動軟件和數(shù)據(jù)采集處理軟件的編寫語言。

高速數(shù)據(jù)采集卡

高速數(shù)據(jù)采集卡總線接口形式一般有：PCIExpress、compactPCI、PXI、PXIExpress、VPX、USB等。

選擇高速數(shù)據(jù)采集卡時一般會從以下指標(biāo)進(jìn)行評估：采樣率、精度、通道、總線接口、帶寬、輸入量程、耦合方式、FPGA是否開放等。

高速數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用領(lǐng)域一般有：激光、通信、雷達(dá)、超聲、大型物理、電子對抗及其他數(shù)字信號處理領(lǐng)域。

高速數(shù)據(jù)采集卡在船用雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用

近年，船舶行業(yè)快速發(fā)展，特別是國產(chǎn)航母“遼寧號”成功下水之后，我國船舶行業(yè)迎來的快速發(fā)展的良好時機(jī)，相關(guān)的配套設(shè)備也面臨著不斷升級的要求，如船用雷達(dá)的反映速度應(yīng)越來越快、目標(biāo)識別越來越精準(zhǔn)。

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