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設計與實現[J]. 電子技術應用，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
隨著社會的快速發展，航天、工業、醫療、船舶等領域對微弱信號處理的需求日益增加。水下磁異常信號作為一種微弱且復雜的物理量，在地質勘探、海洋探測和國防監測等場合廣泛應用。然而，該信號處于微伏級別，極易受到環境噪聲、設備噪聲及電磁干擾等因素的影響，導致其難以實現有效檢測和精確采集。為應對這一挑戰，信號采集系統在信號檢測、處理過程中發揮了關鍵作用，其性能直接決定了信號的質量和精度。特別是在提升信噪比和動態范圍方面，動態范圍越大，采集系統能夠覆蓋的信號幅度也相應擴展，意味著在固定AD量化級數內可以采集到更多有用信息；反之，動態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。同時在常規的采集方法中，每一路信號的采樣通常直接采用單個AD轉換器的輸出結果作為數字信號。盡管這些芯片具有很高的理論動態范圍，實際應用中由于單一量程的限制，系統的可測量動態范圍往往低于AD轉換器的理論值。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，最后再通過配置 AD芯片實現對誤差的修正，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的雙 ADC 同步采集單元，實現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，可變增益也不易控制。
針對這一現狀，本文旨在提升采集系統對微弱信號的采集能力。以紫光Logos系列PGL22G型號的國產FPGA作為核心，微弱信號在前端實現信號預處理后，通過兩個AD通道對信號進行同步采集，并對兩個24位通道數據進行加權融合以及濾波估計，最終優選結果以期提高信號采樣精度和動態范圍。最后，通過試驗對系統進行本地噪聲和系統響應精度論證。
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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.西北工業大學 航海學院，陜西 西安710068）
