www·ele169·com|49信息工程0引言与常见的微波雷达相比，1550nm全光纤相干测风激光雷达具有高测量精度、高时空分辨率以及能实现小型化和集成化的优点[1~2]。因此，其在低空安全、气象监测、风电资源开发、航空安全保障等领域具有重要的研究和应用价值[3]。功率谱估计是相干测风激光雷达获取大气径向风速和风场信息的重要过程[4]。目前，比较常见的是采用MATLAB等分析软件进行编程或者使用数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，DSP）来完成雷达回波信号的功率谱估计[5~6]。但是，一方面使用MATLAB等工具来处理数据，具有通用性和灵活性，但其缺点是费时低效，不能达到实时处理的要求，另一方面，由于DSP内部的乘法器资源有限，在做大规模FFT运算时，往往需要使用多片DSP进行并行运算，从而会增大提高系统的体积，提高系统的开发难度[7]。近年来，FPGA（FieldProgrammableGateArray）芯片内部资源部不断丰富，性能得到极大地提高，为测风雷达信号数字信号处理提供了新的解决方案[8]。本文基于FPGA设计了针对测风激光雷达的功率谱估计系统。系统采用14位、250MSPS的ADC（AnalogtoDigitalConverter）采样回波信号，以XilinxArtix-7系列FPGA为数据采样处理的控制核心，完成了采样数据接收、外触发采样设置以及DDR3缓存，并通过VerilogRTL设计并行FFT处理模块实现了1024点的4路并行FFT计算，最终得出了信号的功率谱估计。1系统硬件设计■1.1系统总体结构设计本系统以高速ADC和FPGA为设计核心。首先，由ADC模块采样回波信号，并将离散化后的信号传输到FPGA数据处理模块。然后，系统再对采样后的有用数据进行接收、存储、功率谱估计以及传输，系统硬件总体设计框图如图1所示。■1.2ADC模块硬件电路设计考虑到测风雷达回波信号的频率范围为80±38.7MHz，本设计选用了ADI公司的AD9642芯片。AD9642是一款流水线型，不带内部缓冲器的AD转换芯片，满足低功耗要求。它的最高采样速率为250MSPS，分辨率为14-Bit，在输入信号为185MHz时，信噪比（SNR）为71.0dBFS，无杂散动态范围为83dBc。AD9642输入要求是1.75-VPP差分信号，输出兼容LVDS格式信号，可以实现信号的高速传输，其外围硬件电路设计如图2所示。图1系统总体结构图图2AD9642外围电路设计图AD9642为单通道AD芯片，可以通过CSB，SCLK，SDIO这3个引脚进行功能配置。在系统设计中，经过ADC数字化后的回波信号，被传输到FPGA进行接收和处理。AD9642与FPGA的接口方式如图3所示，AD芯片的编码时钟CLK_P，CLK...
