基于ADSP-TS101S的雷達信號處理系統(tǒng)的設(shè)計

作為面向數(shù)字信號處理的可編程嵌入式處理器，DSP具有高速、靈活、可靠、可編程、低功耗、接口豐富、處理速度快、實時性好等特點。雷達信號處理系統(tǒng)所涉及的主要技術(shù)包括數(shù)據(jù)重采樣、參數(shù)估計、自適應(yīng)濾波、恒虛警處理、脈沖壓縮、自適應(yīng)波束形成和旁瓣對消等，通常需要完成大量具有高度重復(fù)性的實時計算。由于DSP可以利用硬件算術(shù)單元、片內(nèi)存儲器、哈佛總線結(jié)構(gòu)、專用尋址單元、流水處理技術(shù)等特有的硬件結(jié)構(gòu)，來高速完成FFT、FIR、復(fù)數(shù)乘加、相關(guān)、三角函數(shù)以及矩陣運算等數(shù)字信號處理。因此，DSP非常適合雷達數(shù)字信號處理算法的實現(xiàn)。本文詳細地介紹了一種基于ADI公司高性能DSP—ADSP-TS101的雷達信號處理系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方法。

1 系統(tǒng)部件及信號處理算法的實現(xiàn)

本系統(tǒng)是某雷達的信號處理機，總共有4塊電路板，分為母板、抗干擾板、脈沖壓縮板和MTD板。

1.1 母板

母板主要是為其它三塊單板提供電源，同時也可作為單板間信號傳送的橋梁，將處理完的視頻數(shù)據(jù)送到顯示器顯示。

1.2 抗干擾板

抗干擾板的主要功能包括中頻采要、正交解調(diào)與低通濾波、自適應(yīng)旁瓣對消及旁瓣消隱等。

(1) 中頻采樣

中頻采樣主要是通過ADC讀人中頻數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的ADC采用美國ADI公司生產(chǎn)的12位、40MSPS轉(zhuǎn)換速率的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器，來將I、Q兩路模擬信號以某一采樣率轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

(2) 正交解調(diào)與低通濾波

該功能用于在FPGA中完成正交解調(diào)與低通濾波。在該系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA選用的是ALTERA公司生產(chǎn)的EP1K100,，圖1所示是該系統(tǒng)的中頻解調(diào)示意圖。由于系統(tǒng)會將采樣信號均轉(zhuǎn)換為1，0，-1，0，1……這樣的數(shù)字序列，故在對采樣信號進行解調(diào)后，會使其變?yōu)榱阒蓄l信號，然后再對其做FIR低通濾波。

(3) 自適應(yīng)旁瓣對消及旁瓣消隱

實現(xiàn)上述兩算法總共要用到4片ADSP-TS101S。為了簡化系統(tǒng)硬件、減少DSP的片間連線，系統(tǒng)的4個DSP之間應(yīng)以松耦合的鏈路方式進行鏈接。可由DSP1將經(jīng)過FlR低通濾波后的零中頻信號以DMA方式讀入。為了保證處理的數(shù)據(jù)為一幀完整的數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用乒乓方式讀人I、Q兩路數(shù)據(jù)，這樣可以保證一邊讀數(shù)據(jù)，一邊處理，同時將定點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)，并將處理結(jié)果送到DSP2。DSP2主要用于計算最佳旁瓣對消參數(shù)WI和WQ，并做旁瓣對消工作，再把處理結(jié)果送到DSP3。DSP3主要負責轉(zhuǎn)發(fā)主副通路I、Q兩路數(shù)據(jù)到DSP4，并計算主副通路I、Q兩路數(shù)據(jù)模值的工作，同時負責將處理結(jié)果送到DSP4。DSP4主要完成旁瓣消隱運算并將處理結(jié)果發(fā)往脈沖壓縮板。

1.3 脈沖壓縮板

脈沖壓縮板主要實現(xiàn)以下功能：

(1) 脈沖壓縮

圖2所示為脈沖壓縮的實現(xiàn)原理圖。脈沖壓縮主要解決雷達作用距離與分辨率之間的矛盾，是雷達系統(tǒng)中較為成熟和經(jīng)常采用的技術(shù)。假如總距離單元數(shù)為6000，則應(yīng)將其補齊至8192點，然后做FFT。需要說明的是，這里用到的H(k)是在MATLAB中生成好的，然后存貯到DSP中以供其調(diào)用。在產(chǎn)生H(k)時，不光要采用加海明窗的方法，還應(yīng)采用時域綜合法進行旁瓣抑制。具體算法可參見相關(guān)資料。頻域相乘后再做IFFT就是脈沖壓縮的結(jié)果。該算法在DSP1中完成后，就可將處理后的數(shù)據(jù)送到DSP2做后續(xù)處理。

(2) 自適應(yīng)濾波

自適應(yīng)濾波采用自適應(yīng)二次對消器來抑制云雨雜波，它由雜波測量和自適應(yīng)二次對消器組成，主要在DSP2中完成自適應(yīng)濾波參數(shù)Wi和Wq的估計運算，并做自適應(yīng)濾波。然后把處理結(jié)果送到DSP3做后續(xù)處理。

(3) 固定雜波對消

固定雜波對消采用二次對消器，其差分方程為：

在DSP3中做完固定雜波對消后，就可將結(jié)果送DSP4。