超高速雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)

綜述了超高速雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用背景、研究?jī)?nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)及解決方法.采用超高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了超高速數(shù)據(jù)采集、高速數(shù)字脈沖壓縮、超高速雷達(dá)回波模擬等系統(tǒng).
　　關(guān)鍵詞:雷達(dá)；超高速；數(shù)字信號(hào)處理；數(shù)據(jù)采集；脈沖壓縮；信號(hào)產(chǎn)生；信號(hào)模擬

Ultra-High-Speed Radar Digital Signal Processing

LONG Teng,MAO Er-ke,YUE Yan-sheng,HUANG Ruo-jian
(Department of Electronic Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081 China)

　　Abstract:The application background,research area,key technique problems and their resolution of ultra-high-speed radar digital signal processing were discussed.An ultra-high-speed data acquisition system,a high-speed digital pulse compression system,and an ultra-high-speed radar echo simulator were realized.
　　Key words:radar;ultra-high-speed;digital signal processing;data acquisition;pulse compression;signal generator;signal simulator

一、引　　言
　　本文所討論的超高速數(shù)字信號(hào)處理，是指數(shù)百兆帶寬信號(hào)的數(shù)字采集、處理技術(shù)超高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)具有很多獨(dú)特的問題，必須進(jìn)行仔細(xì)的分析和研究.
　　本文的目的，就是綜述超高速雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用背景、研究?jī)?nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)及解決方案，并介紹作者已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一些超高速雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng).

二、超高速數(shù)字信號(hào)處理在雷達(dá)中的應(yīng)用
　　1.距離高分辨率雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理
　　距離高分辨率雷達(dá)具有多種優(yōu)點(diǎn)［1］.對(duì)于最為常用的線性調(diào)頻脈沖(CHIRP)信號(hào)，為實(shí)現(xiàn)0.1～1m的距離分辨率，要求信號(hào)帶寬可以達(dá)到150～1500MHz［2］，因此是超高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的主要應(yīng)用之一.
　　2.合成孔徑雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理
　　合成孔徑雷達(dá)是當(dāng)前雷達(dá)偵察的主要方式之一［3］，其分辨率已經(jīng)從早期的10m量級(jí)發(fā)展到目前的1m～0.1m量級(jí)［4］，因此同樣需要進(jìn)行超高速數(shù)字信號(hào)采集與處理.
　　3.電子對(duì)抗與反對(duì)抗
　　在電子對(duì)抗和反對(duì)抗領(lǐng)域，數(shù)字射頻存儲(chǔ)器技術(shù)是近年研究的熱點(diǎn)［5］.數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)之一是瞬時(shí)帶寬，其中3-bit量化的數(shù)字射頻存儲(chǔ)器帶寬已經(jīng)可以達(dá)到17GHz，8-bit量化的數(shù)字射頻存儲(chǔ)器帶寬也可以達(dá)到220MHz［6］.因此，數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)也是超高速數(shù)字信號(hào)采集與處理技術(shù).
　　4.雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)
　　當(dāng)前雷達(dá)系統(tǒng)研究中已經(jīng)提出了雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)的概念，并在頻率較低的米波雷達(dá)中首先獲得了應(yīng)用［7］.雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)微波信號(hào)的采集和處理［7］，因此同樣需要采用超高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù).
　　5.多功能雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生與處理
　　雷達(dá)系統(tǒng)具有多種發(fā)射波形可以匹配不同的應(yīng)用環(huán)境、通過多波形的組合使用取得最優(yōu)的效果［8］.直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)是數(shù)字波形形成的主要方法之一.當(dāng)前DDS器件的水平已經(jīng)可以達(dá)到400MHz［9］，因此也是超高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用背景.
　　6.雷達(dá)信號(hào)/干擾模擬器
　　在雷達(dá)系統(tǒng)的研制中，為了在天線和微波前端不具備的條件下對(duì)雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理機(jī)進(jìn)行調(diào)試，需要雷達(dá)視頻信號(hào)/干擾模擬器［10］.對(duì)于距離高分辨率雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)，雷達(dá)信號(hào)/干擾模擬器也要能夠模擬寬帶視頻信號(hào)，因此也是超高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域之一.

三、超高速數(shù)字信號(hào)處理的主要內(nèi)容與特殊問題
　　1.超高速數(shù)字信號(hào)處理的主要研究?jī)?nèi)容
　　超高速數(shù)字信號(hào)處理主要包括以下研究?jī)?nèi)容［11］：
　　(1)超高速數(shù)據(jù)采集　超高速數(shù)據(jù)采集是整個(gè)超高速數(shù)字信號(hào)處理的最前端，包括超高速AD變換和超高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ).其中超高速AD變換的特殊問題是其中的超高速模擬電路，即AD變換的精度.它是整個(gè)超高速數(shù)字信號(hào)處理性能的基礎(chǔ).
　　(2)高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理　高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理要完成對(duì)采集的超高速數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)、截獲、跟蹤等處理，并具備不斷修改、完善的潛力；因此其主要特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性、多功能、可編程，故多采用高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP芯片)構(gòu)成.當(dāng)前先進(jìn)DSP芯片的主要代表是TMS320C8x、TMS320C6x和ADSP2106x芯片等等.
　　(3)超高速信號(hào)生成與信號(hào)模擬　這里的超高速信號(hào)生成指的是通過直接數(shù)字合成(DDS)方法產(chǎn)生各種雷達(dá)信號(hào)，因此其中核心的問題是超高速DA轉(zhuǎn)換.這里的超高速信號(hào)模擬指的是通過數(shù)字仿真的方法模擬寬帶雷達(dá)視頻回波信號(hào)，因此核心的問題也是超高速DA轉(zhuǎn)換.
　　2.超高速數(shù)字信號(hào)處理的特殊問題
　　超高速數(shù)字信號(hào)處理的特殊問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［11，12］：
　　(1)元器件選型　芯片選型的問題主要在于兩個(gè)方面：一方面，傳統(tǒng)的TTL芯片不能滿足超高速數(shù)字信號(hào)處理的速度要求，必須采用更高速的芯片類型.另一方面，AD變換器、DSP芯片、專用芯片(如FFT、數(shù)字相關(guān))、及DA變換器等芯片的選型應(yīng)與系統(tǒng)的要求進(jìn)行最佳匹配.
　　(2)體系結(jié)構(gòu)　系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)必須在信號(hào)帶寬、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、數(shù)字信號(hào)處理速度等多項(xiàng)要求之間進(jìn)行最優(yōu)的折中.由于系統(tǒng)速度要求很可能超過單片采集或處理芯片的速度極限，因此必須考慮采用多路并行的體系結(jié)構(gòu).
　　(3)數(shù)字電路的硬件實(shí)現(xiàn)　在硬件電路的實(shí)現(xiàn)中，由于信號(hào)之間的連線存在電阻、電容和電感，因此會(huì)造成信號(hào)的延遲、反射、串?dāng)_和噪聲.這些現(xiàn)象在中低速系統(tǒng)中通?？梢院雎?，但是在超高速系統(tǒng)中則會(huì)變得非常嚴(yán)重.例如，印制板上的線每英尺會(huì)造成約2ns的延遲量，這一延遲在中低速系統(tǒng)中可以不考慮，而在超高速系統(tǒng)中它已等同甚至超過一級(jí)門延遲.所以，超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的信號(hào)連線必須進(jìn)行特殊的處理，才能保證系統(tǒng)的正常工作.
　　(4)模擬電路的抗干擾　在超高速數(shù)據(jù)采集、超高速信號(hào)生成/信號(hào)模擬等應(yīng)用場(chǎng)合，除了數(shù)字電路之外，還有運(yùn)算放大器、A/D變換器、D/A變換器等模擬器件.這些模擬器件很容易受到各種干擾，必須采取各種抗干擾措施來(lái)保證它們的精度.
　　(5)系統(tǒng)功耗與散熱　超高速系統(tǒng)的電流一般都遠(yuǎn)大于中、低速系統(tǒng)，因?yàn)槌咚傧到y(tǒng)實(shí)際上是以大電流來(lái)?yè)Q取高速度的.系統(tǒng)功耗引起的溫升會(huì)使芯片的性能下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐尚酒膿p壞.因此必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行熱性能分析，并仔細(xì)研究系統(tǒng)散熱的方法.
　　(6)超高速數(shù)字信號(hào)處理的軟件算法　典型的雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理算法可分為底層算法和高層算法.底層算法主要是提高信噪比、抑制雜波等算法，包括脈沖壓縮、濾波、恒虛警率處理、信號(hào)檢測(cè)等.高層算法主要是雷達(dá)成像、目標(biāo)識(shí)別等算法.此外，在電子對(duì)抗、信號(hào)生成、信號(hào)模擬等方面，也有其特殊的算法需要研究.
　　超高速信號(hào)處理算法中一個(gè)比較獨(dú)特的問題是需要研究信號(hào)處理算法的并行性、算法與硬件結(jié)構(gòu)的最佳匹配問題.這是因?yàn)樾盘?hào)采集速度極高，要求信號(hào)的快速處理.在單片信號(hào)處理芯片性能不足的情況下，必須研究并行處理的處理機(jī)結(jié)構(gòu)和與之相應(yīng)的算法.

四、超高速數(shù)字信號(hào)處理關(guān)鍵技術(shù)的解決方案
　　1.元器件的選型［13］
　　對(duì)于超高速數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，傳統(tǒng)的TTL芯片已無(wú)法工作.目前常用的超高速標(biāo)準(zhǔn)芯片系列是ECL芯片；其不同系列的最高工作頻率可以達(dá)到250M、500M、甚至1600MHz(表1).對(duì)于更高速的系統(tǒng)；則需要采用砷化鎵器件構(gòu)成.

表1　常用芯片的最高觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)頻率(單位：MHz)

2.數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)［14］ 　　在數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)中，主要需要解決信號(hào)的延遲、反射、串?dāng)_、噪聲問題.解決這些問題的方法，就是采用微波傳輸線作為信號(hào)之間的連線.微波傳輸線在端接電阻匹配的條件下可以消除反射，并精確控制信號(hào)的延遲.由于ECL芯片本身具有驅(qū)動(dòng)50Ω端接傳輸線的能力，這就為微波傳輸線的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ). 　　3.模擬電路抗干擾［15］ 　　模擬電路的干擾源主要包括空間電磁輻射的干擾、信號(hào)線之間的串?dāng)_、地線和電源線的共模干擾等因素.可以采用屏蔽、大面積接地、元器件的合理布局、電源濾波等多種手段解決這一問題.例如，可以采用鐵氧體磁芯加電容濾波的方法來(lái)取得最好的濾波效果，并采用星形接地的方法來(lái)減小地線上的共模干擾. 　　4.體系結(jié)構(gòu)的選擇 　　體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以分為多個(gè)層次：最頂層的設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)；進(jìn)一步細(xì)化的層次是AD、存儲(chǔ)器、DSP、DA等模塊的體系結(jié)構(gòu).超高速系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)最重要的特點(diǎn)就是各種層次上的并行性；而具體系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則要根據(jù)不同的應(yīng)用條件而定. 　　5.系統(tǒng)功耗與散熱［11］ 　　由于超高速系統(tǒng)的功耗很大，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就必須把熱設(shè)計(jì)作為必需的組成部分；在設(shè)計(jì)階段就要仔細(xì)分析各個(gè)芯片的功耗、熱阻、溫度范圍及推薦的散熱方法.對(duì)于必須進(jìn)行強(qiáng)制制冷的系統(tǒng)，可以在風(fēng)冷、液冷等方案之間進(jìn)行選擇；一般來(lái)說(shuō)，只要選擇合適的風(fēng)冷方法就可以使系統(tǒng)正常工作. 　　6.采用先進(jìn)的分析手段［16］ 　　電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)可以對(duì)超高速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供極大的幫助.先進(jìn)的EDA工具可以分析PCB上傳輸線的延遲、反射和串?dāng)_，并對(duì)系統(tǒng)功耗和溫度進(jìn)行分析；采用先進(jìn)的EDA工具還可以在嚴(yán)格定義的布線條件下完成系統(tǒng)的自動(dòng)布線，因此可以大大提高超高速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功率. 合成孔徑雷達(dá)相關(guān)文章:合成孔徑雷達(dá)原理 上一頁(yè) 1 2 3 下一頁(yè) 關(guān)鍵詞： 技術(shù) 信號(hào)處理 數(shù)字 雷達(dá) 超高速 評(píng)論 我來(lái)說(shuō)兩句…… 驗(yàn)證碼： 相關(guān)推薦 Arbe Robotics與領(lǐng)先汽車制造商合作開發(fā)下一代雷達(dá) 汽車電子 Arbe Robotics 雷達(dá) | 2024-07-12 消息稱特斯拉新款 Model 3 所有雷達(dá)被移除，預(yù)計(jì) 20 萬(wàn)元左右 汽車電子 特斯拉 Model 3 雷達(dá) | 2023-08-21 是德科技完善信號(hào)源分析儀系列產(chǎn)品，應(yīng)對(duì)無(wú)線、雷達(dá)和高速數(shù)字應(yīng)用的需求 測(cè)試測(cè)量 是德科技 信號(hào)源分析儀 雷達(dá) | 2024-02-22 雷達(dá)伺服系統(tǒng)的數(shù)字化 資源下載 雷達(dá) 伺服系統(tǒng) 離散數(shù)字化 | 2007-02-16 Telechips投資Aura，旨在合作推進(jìn)自動(dòng)駕駛 汽車電子 Telechips Aura 自動(dòng)駕駛 雷達(dá) | 2024-03-27 Pickering Interfaces 擴(kuò)展了業(yè)界最大的 PXI 數(shù)字 I/O 模塊組合 測(cè)試測(cè)量 Pickering Interfaces PXI 數(shù)字 I/O 模塊組合 | 2024-06-26 利用PIC12C508單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)加密狗技術(shù)[轉(zhuǎn)帖] hpnet | 2002-05-19 全數(shù)字雙向可控硅電路 設(shè)計(jì)方案 數(shù)字 雙向 可控硅 電路 | 2009-07-06 數(shù)字功放電路 設(shè)計(jì)方案 數(shù)字 功放 電路 | 2009-07-06 超寬帶雷達(dá)信號(hào)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 資源下載 雷達(dá) 信號(hào)電路 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) | 2007-12-25 年輕工程師是如何鍛煉成“高手”的 資源下載 年輕工程師 模擬 數(shù)字 高頻 低頻 | 2007-02-16 USB系統(tǒng)研究 資源下載 USB 技術(shù) USB 協(xié)議 USB 總線 總線拓?fù)潴w系 | 2007-02-09 “白菜化”的有源相控陣?yán)走_(dá) 模擬技術(shù) 雷達(dá) RF 氮化鎵 相控陣 | 2024-01-12 快速原型開發(fā)技巧之信號(hào)處理篇 信號(hào)處理及其在實(shí)時(shí)嵌入式平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn) 視頻 LabVIEW講座 LabVIEW 信號(hào)處理 | 2013-01-25 變速數(shù)字選號(hào)機(jī) 設(shè)計(jì)方案 變速 數(shù)字 選號(hào)機(jī) | 2009-07-06 微軟2002嵌入式技術(shù)教育大會(huì)情況（4月11-12）北京(老站轉(zhuǎn)) amine | 2002-05-16 LabVIEW網(wǎng)絡(luò)講壇第四季之LabVIEW信號(hào)處理應(yīng)用實(shí)例 視頻 LabVIEW講座 LabVIEW 信號(hào)處理 | 2013-01-24 新一代4D成像雷達(dá)實(shí)現(xiàn)高性能 汽車電子 4D成像 雷達(dá) NXP | 2024-04-21 LA7687A 小信號(hào)處理集成電路 資源下載 信號(hào)處理 集成電路 LA7687A | 2007-12-25 LabVIEW網(wǎng)絡(luò)講壇第四季之信號(hào)處理概述 視頻 LabVIEW講座 LabVIEW 信號(hào)處理 | 2013-01-24 數(shù)字式智能飲水機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 視頻 信息技術(shù)大賽 單片機(jī) STC15F2K61S2 數(shù)字 智能飲水機(jī) | 2012-12-27 微軟嵌入式技術(shù)教育大會(huì)專訪實(shí)錄(老站轉(zhuǎn)) amine | 2002-05-16 仿真器概念及實(shí)現(xiàn)技術(shù) jackwang | 2002-05-14 LabVIEW網(wǎng)絡(luò)講壇第四季之LabVIEW信號(hào)處理使用技巧 視頻 LabVIEW講座 LabVIEW 信號(hào)處理 | 2013-01-24 傳感器和顯示器接口技術(shù)廣受關(guān)注 (轉(zhuǎn)載） hpnet | 2002-05-17 德州儀器：引領(lǐng)汽車安全與智能化的新篇章 汽車電子 德州儀器 汽車電子 雷達(dá) 傳感器 | 2024-01-19 在不影響系統(tǒng)性能的情況下延長(zhǎng)電池壽命的 3 種低 IQ 技術(shù) 電源與新能源 電池壽命 低 IQ 技術(shù) 德州儀器 | 2023-12-20 有關(guān)數(shù)字電位器幾個(gè)應(yīng)用問題的探討 設(shè)計(jì)方案 有關(guān) 數(shù)字 電位器 幾個(gè) 應(yīng)用 題的 探討 | 2009-07-06 MIMO 雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試工具和技術(shù) 測(cè)試測(cè)量 MIMO 雷達(dá) 測(cè)試 泰克 | 2024-02-22 數(shù)字電路組成的放大電路 設(shè)計(jì)方案 數(shù)字 電路 組成 放大 | 2009-07-06 上一篇：雷達(dá)成像近似二維模型及其超分辨算法 下一篇：FDD-CDMA的下行鏈路的波束形成 技術(shù)專區(qū) FPGA DSP MCU 示波器 步進(jìn)電機(jī) Zigbee LabVIEW Arduino RFID NFC STM32 Protel GPS MSP430 Multisim 濾波器 CAN總線 開關(guān)電源 單片機(jī) PCB USB ARM CPLD 連接器 MEMS CMOS MIPS EMC EDA ROM 陀螺儀 VHDL 比較器 Verilog 穩(wěn)壓電源 RAM AVR 傳感器 可控硅 IGBT 嵌入式開發(fā) 逆變器 Quartus RS-232 Cyclone 電位器 電機(jī)控制 藍(lán)牙 PLC PWM 汽車電子 轉(zhuǎn)換器 電源管理 信號(hào)放大器 關(guān)閉 看屁屁www成人影院,亚洲人妻成人图片,亚洲精品成人午夜在线,日韩在线 欧美成人 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();