中文引用格式： 卓光加，董彩萍，郭拓，等. 基于卡爾曼融合的雙通道微弱信號采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 電子技術(shù)應用，2025，51(3)：98-104.
英文引用格式： Zhuo Guangjia，Dong Caiping，Guo Tuo，et al. Design and implementation of dual-channel weak signal acquisition system based on Kalman fusion[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(3)：98-104.
引言
隨著社會的快速發(fā)展，航天、工業(yè)、醫(yī)療、船舶等領域?qū)ξ⑷跣盘柼幚淼男枨笕找嬖黾?。水?a class="innerlink" href="http://m.jysgc.com/tags/磁異常信號" target="_blank">磁異常信號作為一種微弱且復雜的物理量，在地質(zhì)勘探、海洋探測和國防監(jiān)測等場合廣泛應用。然而，該信號處于微伏級別，極易受到環(huán)境噪聲、設備噪聲及電磁干擾等因素的影響，導致其難以實現(xiàn)有效檢測和精確采集。為應對這一挑戰(zhàn)，信號采集系統(tǒng)在信號檢測、處理過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其性能直接決定了信號的質(zhì)量和精度。特別是在提升信噪比和動態(tài)范圍方面，動態(tài)范圍越大，采集系統(tǒng)能夠覆蓋的信號幅度也相應擴展，意味著在固定AD量化級數(shù)內(nèi)可以采集到更多有用信息；反之，動態(tài)范圍較小會導致微弱信號被噪聲淹沒，從而影響信號的檢測精度和有效恢復。
為了使微弱信號能被采集，通常在采集之前會采用放大電路對信號幅度進行放大，信號放大過程中不可避免地會引入電源噪聲、放大器自身的熱噪聲、閃爍噪聲以及外部干擾信號。這些噪聲源在極端環(huán)境下尤為明顯，使得對微弱信號的檢測難度進一步加大。同時在常規(guī)的采集方法中，每一路信號的采樣通常直接采用單個AD轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果作為數(shù)字信號。盡管這些芯片具有很高的理論動態(tài)范圍，實際應用中由于單一量程的限制，系統(tǒng)的可測量動態(tài)范圍往往低于AD轉(zhuǎn)換器的理論值。李小龍[1]提出借助最小二乘法得到每個通道修正誤差所需要的系數(shù)，最后再通過配置 AD芯片實現(xiàn)對誤差的修正，但實時性不足，且對噪聲模型的適應能力較差。郭威等人[2]提出一種分立式架構(gòu)的雙 ADC 同步采集單元，實現(xiàn)對小信號采集時的高分辨率以及對大信號采集時的高容差，但由于不同AD對同一信號采集，易導致相位失調(diào)，可變增益也不易控制。
針對這一現(xiàn)狀，本文旨在提升采集系統(tǒng)對微弱信號的采集能力。以紫光Logos系列PGL22G型號的國產(chǎn)FPGA作為核心，微弱信號在前端實現(xiàn)信號預處理后，通過兩個AD通道對信號進行同步采集，并對兩個24位通道數(shù)據(jù)進行加權(quán)融合以及濾波估計，最終優(yōu)選結(jié)果以期提高信號采樣精度和動態(tài)范圍。最后，通過試驗對系統(tǒng)進行本地噪聲和系統(tǒng)響應精度論證。
本文詳細內(nèi)容請下載：
http://m.jysgc.com/resource/share/2000006367
作者信息：
卓光加1，董彩萍2，郭拓1，劉建國3
（1.陜西科技大學 電子信息與人工智能學院，陜西 西安712099；
2.海軍航空大學，山東 煙臺264000；
3.西北工業(yè)大學 航海學院，陜西 西安710068）
