基于VPX總線的寬帶雷達信號的處理系統

路靜

【摘要】本文提出一種基于VPX總線標準的高性能信號處理系統，利用多種高速串行通信協議實現數據的靈活傳輸，采用現場可編程門陣列技術和PowerPC技術相結合的方式進行高性能數據處理。

【關鍵詞】寬帶技術相控陣雷達高性能信號處理

基于寬帶基礎上的雷達信號處理是在航海需要上發展而來的，同時寬帶雷達也用于航空環境中，對系統的抗震動與抗沖擊性能都有較高的要求。傳統的雷達信號的處理系統利用傳統的總線技術不能滿足其運行環境惡劣的條件，因此必須設計適應處理帶寬更高且速度更快、環境更加惡劣的設備來滿足需求，本文就針對此方面的應用進行研究與介紹。

一、高性能雷達信號處理系統

在設計中采用VPX的結構模式主要是考慮環境與散熱的需要，其總線是VME技術的自然進化，采用高速串行總線替代了原有的總線模式，以此獲得最佳的處理性能。與VITA組織結構以及其他總線模式相比，VPX的特征突出：從結構上看其密度高且靈活。VPX總線是按照IEEE1101的3U和6U標準來設計的，可以在兼容上做到最大范圍的兼容，保證系統的相對穩定。其次，帶寬被增強，使用高速串行的插件可以增加總線的寬帶性能。同時系統與各種高速串行協議都可以進行兼容。第三，電源設計有所增強，VPX規范通過增加背板的電量供應，和更加完善的散熱系統可以支持多種處理器的運行需求，保證了系統的功耗適應范圍。第四，采用較為先進的硅晶片結構制成的高速差分連接器具有連接緊密，超如損耗小且誤碼率較低的特征，每個差分都對支持的寬帶數據都可達到極限10G，且硅晶片設計帶有ESD接地層和接觸層，可以有效的防止意外放電的干擾。

二、工程應用

在VPX出現前，雷達系統面臨2個最基本的性能方面的艱制為總線信號引腳可支持的最大數據帶寬和每個板槽所提共的最大功率。VPX通過高速連接器和支持高級互聯結構有效地解決了上述2個問題。

本文以VPX為總線主體結構，解決了以往的DBF處理系統不能適應高速連接的問題，該系統利用光纖以太網接入板，3塊FFPGA處理板、1塊MPC8641 D處理板、以及5插槽VPX背板構成了處理系統，系統中所有的插板都按照VPX的需要進行定制。該系統在實際應用中構建模式為：系統前端的由32條光纖構成傳輸線路，其中每個光纖都可攜帶8個陣元的采樣數據，總計可以實現2G的傳輸效率。改DBF工程應用方案如下：光纖以太網接入板利用8個QSFP模塊接收到32路光纖信號并進行轉換成為32路64GBPS的電子信號。利用背板的電路傳輸給FPGA進行高速處理；每塊FPGA處理器都分別接受16路32Gb/S信號進行調整，兩塊板之間實現數據交換；整形后的半波束形成結果并傳輸至相應的FPGA前置處理板，進行最終的計算；完成波束的權系數計算是利用芯片MPC8641 D完成，其中分別將其結果傳遞到FPGA上。

三、系統性能測試

完成設計后，利用模擬對其計算能力與通信能力進行了測試，一方面，計算能力是信號處理的關鍵性指標，系統性能測試必須要求計算性能過關。在測試中利用1024點精度浮點復數基2FFT算法，測試不同處理器的計算性能。完成測試后數據表明，選擇的MPC8641D的計算能力為最強，高于DSP TS101計算能力的2.7倍；是DSP TS201計算能力的1.3倍。

通信能力的測定也是信號處理系統優劣的重要指標，其直接影響信號處理系統的基本性能。在本文的設計中，利用兩個板內與板外的FPGA進行別的例化測試了協議的內核，在保障鏈路誤碼率達到標準的同時測試鏈路中所能夠達到的最大速率，在測試中表明，不同的協議條件下，通信能力也有較大的差異，在與標準的SDP TS201的系統相比較，采用FPGA核心技術的系統可以提高傳輸速率4-8倍。

四、結語

綜合上述的分析，本文所提出的高性能寬帶相控陣雷達的信號處理系統，主要是利用VPX為核心技術，實現傳輸方式的改變，并利用FPGA和高性能CPU作為系統的處理單元，使其具有高速處理數據的性能，具有了寬帶相控雷達所需要的處理能力。并且利用系統兼容性特征可以保證多種寬帶條件下的順利工作。測試結果表明，系統支持超大寬帶與超大功率的運行工況，處理惡劣環境下的處理能力也維持在較高水平。

參考文獻

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