宽带多通道复杂电子信号实时捕获方法研究

Scientific research and major projects exist a large number of complex transient signals, such as deep space exploration, simulated nuclear explosion, the radar echo in battlefield environment. This kind of complex signals have the characteristics of very high bandwidth and rich waveform components. To improve the sampling rate and processing speed is the key to realize the broadband signal real-time acquisition. Now, the main bottleneck problem of the research on the multi-channel complex signals real-time capture in the domestic lies in these two aspects: the device level is unable to cope with the signal bandwidth's sharp rising, and the requirements of synchronous precision, which is reached picoseconds orders in multi-channel signals, is close to the system clock jitter. These outstanding contradictions make the technology become to an accepted international problems in measurement field. In view of these problems, this project will take three methods to greatly improve the level of complex signals capturing in real-time. Firstly, it will use large-scale parallel time-interleaved sampling method and the technolgy of adaptive correction to increase the sampling rate. Secondly, it will adopt the technical of three-dimention waveform display and the innovation of traditional architecture to improve the real-time waveform capture rate. The last, it will take the research on the embedded phase calibration and active compensation method of the acquisition synchronization for multi-channel signals. The project's system-level innovation will break the monopoly of foreign chip technically, and also can make up for the domestic components stagnate development impact on the high speed acquisition instrument.

科学研究和重大工程中经常测试诸多带宽极高、波形特征丰富的电子信号，如深空探测、模拟核爆、战场环境中产生的瞬态信号等。提高采样率和处理速度是实现宽带复杂信号实时捕获的关键。目前国内多通道复杂信号实时捕获技术发展的主要瓶颈问题是：无法满足信号带宽急剧上升的器件水平和多路信号之间已接近系统时钟抖动的最高皮秒量级的精密同步要求。这些问题使得该技术成为测试领域公认的国际难题。针对这一难题，本项目拟通过规模化并行时间交替采样和自适应综合校正技术提高实时采样率，采用波形三维显示技术并革新采集系统的传统架构方式来提高瞬态复杂信号的波形捕获率，通过内嵌式相位校准和主动补偿技术提高多通道信号采集同步的精度，从而实现复杂电子信号实时捕获水平的大幅提高。本课题系统级的革新将打破国外机构芯片技术上的垄断，可以弥补国内元器件发展水平滞后对整机造成的影响。

信号带宽和非平稳特性的增长，使传统频域测试很难满足宽带、瞬态信号的无缝测试要求，基于实时取样的时域测试正在成为电子测试发展的主流，也孕育着电子仪器体系的重要变革。然而，对取样速率的极度依赖、急速膨胀的信息处理量已经成为时域测试的瓶颈，并行技术是目前解决该问题的几乎唯一手段。但是并行取样必然伴随严重的非均匀性，由此产生的信号失真和呈指数增长的信号恢复运算量限制了其有效应用。因此，足够的高速率高精度采样性能，以及信号实时捕获能力是时域测试仪器研究的主要问题之一。.针对规模化ADC组时间交替采集可能引入的非均匀采样问题，研究了基于分数延迟滤波器的自适应非均匀综合校准技术，有效跟踪仪器老化、温度等环境参数所造成的失配误差变化，实现了高速并行采样结构下的非均匀信号实时重构，改善了并行采样的实时带宽和采集精度；.提出了一种具有极高波形捕获率的多体交叉、并行采集系统架构，建立了其数学模型。 将三维波形映射技术与极高波形捕获技术相结合，成功应用于并行采集的数字示波器。.提出了一种多通道高精度同步技术，研究解决了复杂电子系统测试中各测试模块间精确同步控制问题，是时域类综合测试仪器的关键技术之一。.上述研究成果突破了大规模高速并行非均匀采样综合校准、极高波形捕获与波形三维显示、多通道精密同步等关键技术，为获取类测试仪器的实现提供了理论和技术基础，由系统级的创新打破了国外机构从芯片技术上的垄断，弥补了元器件发展水平滞后对整机造成的影响，使我国具有高端信号获取仪器研究的自主知识产权。项目组共发表期刊论文和高水平国际会议论文19篇，其中SCI检索14篇，EI检索5篇；撰写学术专著1部；授权美国发明专利2项，申请中国发明专利4项；获得中国专利优秀奖1项；培养博士研究生3人，硕士研究生6人。