線性調(diào)頻信號頻域數(shù)字脈沖壓縮

　　將正交的兩路采樣信號輸入到放大器。放大器一方面對信號放大。另一方面也將放大的信號以差分方式輸出。信號以差分方式輸出是為了抑制掉高階諧波分量，濾掉各種干擾信號（如電源和地的噪聲），這樣有利于提高A/D轉(zhuǎn)換器的性能。系統(tǒng)選用了12位A/D轉(zhuǎn)換芯片AD9220，該芯片具有單端輸入和差分輸入兩種方式，因此，放大器輸出信號能直接輸入到AD9220進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。兩路回波信號經(jīng)AD9220正交采樣后，再經(jīng)符號擴(kuò)展成16位存入FIFO。C6701處理器將輸入的32位信號送到內(nèi)部RAM，按照圖2所示的方法進(jìn)行頻域脈壓處理。首先對輸入信號進(jìn)行FFT變換，將信號變換離散的頻域抽樣值。然后將FFT變換 結(jié)果和匹配濾波系數(shù)相乘。設(shè)計(jì)中將匹配濾波器的系數(shù)存放在FLASH ROM中，上電后將此系數(shù)搬移到內(nèi)部高速數(shù)據(jù)RAM，然后才進(jìn)行運(yùn)算。為了獲得-40dB以下的副瓣電平，通常將匹配濾波器的系數(shù)進(jìn)行漢明加權(quán)后存放在ROM中。再后，對相乘結(jié)果進(jìn)行反傅立葉變換，完成頻域脈壓。量后，將反傅立葉變換結(jié)果進(jìn)行求模運(yùn)算，得出離散的脈壓信號并將其輸出。由于C6701是浮點(diǎn)處理器，既保證了較高的精度，又不用考慮溢出問題，使得有限字長的影響可以忽略不計(jì)。當(dāng)雷達(dá)發(fā)射周期較長時(shí)，可以將輸入信號分段進(jìn)行處理，每段單獨(dú)進(jìn)行頻域脈沖壓縮，然后按照重疊保留法將每段壓縮結(jié)果組合成整個(gè)信號脈壓輸出。

　　以上脈壓算法可以通過編程在DSP內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，這不僅簡化了電路、減小了體積、提高了系統(tǒng)的可靠性，而且擴(kuò)展了系統(tǒng)的功能，使系統(tǒng)具有較高的靈活性，即在不改變硬件電路的情況下，只需改變系統(tǒng)軟件和外部ROM中的匹配系數(shù)，就能完成不同信號的脈沖壓縮功能。

　　4 頻域脈沖壓縮系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　頻域脈沖壓縮系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要采用TI公司的CCS軟件開發(fā)。在CCS下，軟件可分為三個(gè)階段。第一階段，根據(jù)任務(wù)編寫C語言程序，并對程序進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)代碼性能較低時(shí)，為改進(jìn)代碼性能進(jìn)入第二階段，第二階段利用優(yōu)化方法重新編寫C代碼，并檢查所生成的代碼性能。第三階段，從C語言程序中抽出對性能影響很大的程序段，使用線性匯編語言重新編寫，然后使用匯編優(yōu)化器對線性匯編程序進(jìn)行優(yōu)化，從而得到滿意的代碼性能。根據(jù)以上方法，編寫出的脈沖壓縮系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)初始化子程序、DMA子程序、正傅立葉變換FFT子系統(tǒng)和反傅立葉變換IFFT子程序、復(fù)數(shù)相乘子程序、求模子程序等。其流程如圖4所示。

　　在執(zhí)行系統(tǒng)初始化程序時(shí)，要對系統(tǒng)的控制狀態(tài)寄存器、外部存儲器接口控制寄存器等進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，保證系統(tǒng)按要求正常工作。為提高系統(tǒng)效率，系統(tǒng)通過DMA通道從外部CE2空間將數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)RAM，所以初始化程序必須設(shè)置好外部存儲器CE2空間的控制寄存器。在進(jìn)行FFT變換子程序的設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)榛乃惴ū然惴?，并且頻率抽取算法比時(shí)間抽取算法能更好地發(fā)揮C6701的并行運(yùn)算能力，所以采有基四頻率抽取算法。對4096點(diǎn)信號進(jìn)行FFT變換，所需時(shí)間≤400μs。編寫的復(fù)數(shù)數(shù)組相乘通用子程序?qū)崿F(xiàn)4096點(diǎn)運(yùn)算所需時(shí)間≤95μs。對于反變換，可以直接得用前面的FFT算法實(shí)現(xiàn)，即先對輸入頻域序列作共軛變換，然后進(jìn)行FFT運(yùn)算，并對所得的時(shí)域序列再作共軛變換 ，最后除以FFT變換 數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。但這樣進(jìn)行反變換所需要的時(shí)間較長，不能實(shí)時(shí)處理。為此按照其四頻率抽取的算法編寫了IFFT子程序，此IFFT子程序經(jīng)過CCS優(yōu)化之后，對4096點(diǎn)逆變換來講，需要400μs左右。本程序和FFT子程序配合使用，可以方便地實(shí)現(xiàn)信號的正傅立葉變換和傅立葉變換，而不需要進(jìn)行位反轉(zhuǎn)操作，不僅節(jié)省了存儲空間，而且加快了運(yùn)算速度。為求復(fù)信號的模值，可以采用迭代等算法編寫求模子程序。

　　系統(tǒng)初始化程序如下：

　　system_intr()

　　{LOAD_REG_FIELD(CSR,0,0,2);

　　SET_REG(ICR,0xFFF0);

　　REG_WRITE(EXITERNAL_INTR_POL_ADDR,0);

　　INTR_MAP_RESET();

　　SET_REG(ISTP,0);

　　LOAD_FIELD(EMIF_CE2_CTRL_ADDR,5,READ_SETUP,READ_SETUP_SZ);

　　LOAD_FIELD(EMIF_CE2_CTRL_ADDR,8,READ_STROBE,READ_STROBE_SZ);

　　}

　　圖5是利用CCS提供的數(shù)據(jù)圖形顯示工具進(jìn)行坐標(biāo)變換后的脈壓結(jié)果。此線性調(diào)頻脈沖參數(shù)為：時(shí)寬32μs，帶寬5MHz，采樣頻率為5MHz。

　　采用先進(jìn)的高速數(shù)字信號處理器，使得大點(diǎn)數(shù)脈沖壓縮能夠在很短的時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量地完成。同時(shí)利用本系統(tǒng)，只要改變存儲器的系數(shù)，就可以方便地實(shí)現(xiàn)非線性調(diào)頻脈沖壓縮及其它濾波，具有通用性。對于要求更高速度的系統(tǒng)，可采用多片TMS320C6701并行處理。而TMS320C6701所帶的符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG口能夠方便地進(jìn)行了多片級聯(lián)調(diào)試，再加上開發(fā)軟件CCS所具有強(qiáng)大的功能，可以大大提高工作效率和縮短產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。