一種陣列式DSP結構在雷達信號處理的應用

摘 要:介紹一種脈沖壓縮雷達的信號處理體系結構，特點是全系統的處理模塊MTI、脈壓、MTD、CFAR均采用浮點DSP來完成處理。這種實現方式較采用FPGA實現的優點是可省去大量的FPGA編譯時間，不用考慮動態范圍不足的問題，適合團隊式并行編程、開發，軟件易于維護，系統穩定性、可靠性得到明顯提高。

關鍵詞:TS201; 雷達信號處理; MTI; 脈沖壓縮; MTD; CFAR

中圖分類號:TN95文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)15-0058-02

Application of Array DSP Structure in Radar Signal Processing

WEI Meng

(The 27th Institute of CETC， Zhengzhou 450047， China)

Abstract: The structure of a signal processing system in the pulse compression radar is introduced. The floating-point DSP is adopted to implement thesignal processing by the modules of MTI， plus compression， MTD and CFAR. The advantage of this approach compared with FPGA is that a large amount of developing time is economized and the dynamic range of the signal need not be considered. Therefore， it is suitable for the paralell programming and development by a group at same time， and the software is easy to be maintained. The practical application shows that the system is stable and the reliability is improved apparently.

Keywords: Tiger Shark 201; radar signal processing; MTI; plus compression; MTD; CFAR

0 引 言

脈沖壓縮雷達信號處理流程主要由MTI、脈沖壓縮、MTD、CFAR組成，常用的硬件處理結構為:MTI、脈沖壓縮采用FPGA實現，MTD、CFAR采用DSP實現。而MTI、脈沖壓縮采用FPGA實現較DSP實現困難得多，主要原因是MTI需要對脈沖在FPGA片內進行積累存儲占用大量片內存儲資源，而且MTI權系數要隨脈沖次序循環移動，調試驗證工作相當繁瑣。對于寬脈沖的脈沖壓縮由于節數較長占用大量邏輯資源，一般無法一次流水處理就得出結果，往往需要提高工作頻率來多次復用資源，這樣會使FPGA的功耗大幅增加、發熱量加大，從而使系統的可靠性降低，并且開發調試工作相當困難。而采用基于多片的浮點信號處理器則無需考慮信號動態問題，且編程靈活，調試工具功能強大，可對板上處理器進行動態并行調試，便于團隊式開發，縮短開發周期。

1 硬件平臺

本系統的硬件平臺由多片TigerShark201(TS201)陣列信號處理器構成，拓撲結構如圖1所示。

TS201信號處理板上有8片TS201，其中P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7為一個TS201信號處理器芯片單元，它的外圍配備了256 MB SRDAM和300 MB/s的差分互聯Link接口及2個LVDS高速串口，板上8片TS201排成立方體結構，每個信號處理器分別與其他三個通過Link接口相互交換數據，并有一個Link口引到板外，實現板間級聯。另外板上還有12對LVDS高速差分線與外部交換數據。

圖1 TigerShark201組成的陣列信號處理器拓撲結構

2 基于多片TS201的雷達信號處理的系統功能模塊組成

2.1 MTI

MTI的處理流程如圖2所示。

MTI采用二脈沖對消，算式為:

Yn=Xn-Xn-1

(1)

圖2 MTI的處理流程

實現過程采用桶形行循環移位的算法實現，A，B，C存儲器塊構成一個隊列，A存儲模塊寫入回波數據時，B，C存儲模塊同時進行運算，A存儲模塊寫滿后，B，C存儲模塊同時運算完成，C出隊列變為寫入回波存儲模塊，同時A，B存儲模塊進行運算，再下次B出隊列成為寫入回波存儲模塊，同時A，C存儲模塊進行運算，……，如此循環進行。

2.2 脈沖壓縮

雷達的信號形式如圖3所示。

圖3雷達的信號形式

雷達的每個脈沖周期采用二脈沖連續發射的形式，需要做脈壓的數據段如圖3所示，采用快速卷積法將M，N兩段分別處理。

圖4是某型號雷達采用快速卷積法實現脈沖壓縮原理框圖。由于采用兩段脈沖連續工作的方式，將兩次接收的回波數據長度化為2的n次方冪，不足的部分填零，拓撲結構如圖5所示。

圖4 快速卷積法脈沖壓縮原理框圖

圖5中兩段脈壓采用了兩條并行處理流水線，其中的DSP7，DSP4完成脈壓的FFT和復乘，DSP5，DSP2完成逆FFT，結果由DSP3發送到另外一塊板。

2.3 MTD，CFAR

MTD，CFAR采用與脈沖壓縮板相類似的硬件結構，如圖6所示。

圖6中箭頭表示用Link口連接的DSP間數據流傳輸方向。為了保證信號處理機在高轉速下能完成MTD，CFAR，距離單元分為三條并行處理流水線，處理結果送DSP8打包后送監控計算機，至此信號處理工作結束。

圖5 脈沖壓縮處理拓撲圖

圖6 MTD，CFAR處理拓撲圖

3 結 語

本文的信號處理采用積木式，具有清晰的模塊化結構，這種結構形式可成為同類型雷達的通用平臺。例如，只要軟件上做少許的修改就可以擴展處理能力，大大縮減研發周期，減少人力物力的投入，而且便于維護，增加可靠性，是中遠程雷達較理想的信號處理系統架構。

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