針對(duì)小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的分析研究

南京長(zhǎng)江電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司 耿昭謙 苗建清

針對(duì)小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的分析研究

南京長(zhǎng)江電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司 耿昭謙 苗建清

本文通過(guò)闡述針對(duì)小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理的系統(tǒng)研究工作，從硬件和軟件兩方面來(lái)分析雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的相關(guān)功能、組成及原理，最后給出數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)在該雷達(dá)中應(yīng)用的試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)運(yùn)用小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理的方法比傳統(tǒng)模擬信號(hào)處理更有效，并且這種系統(tǒng)簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，使得雷達(dá)系統(tǒng)更加可靠，提出完善的意見(jiàn)，以供讀者參考。

小型雷達(dá)；數(shù)字信號(hào)處理；模擬信號(hào)

0 引言

本文所分析探討的小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，是采用脈沖多普勒體制的，其通過(guò)搭建包括天線、信號(hào)處理器、接收器以及數(shù)據(jù)處理器及伺服系統(tǒng)在內(nèi)的整體系統(tǒng)，運(yùn)用數(shù)字方法進(jìn)行信號(hào)的接收，并且形成相應(yīng)的雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理功能。這種數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)主要是針對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行波譜和頻率的分析，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)頻率更精準(zhǔn)的截獲以及追蹤。而這些功能都是在其硬件平臺(tái)基礎(chǔ)之上的，并且通過(guò)相應(yīng)工序軟件的參與才能夠完成。因此，這種小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)是可以依據(jù)不同使用環(huán)境而靈活選取路線和方向的，并且可以盡快的截獲到目標(biāo)頻率的波段。同時(shí)這樣也保證了短時(shí)間內(nèi)大范圍搜索的特點(diǎn)，并且能夠達(dá)到較高的截獲率及落入在一定范圍內(nèi)的警戒率，提升追蹤的精確度。

1 小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的組成及工作原理

小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的軟件組成包括接收器、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)緩存處理器、數(shù)據(jù)重組處理器、壓控振蕩器等，其工作原理在于首先要針對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的重組，然后進(jìn)行時(shí)域加窗的處理，這樣可以有效遏制波頻旁瓣的出現(xiàn)，并在此之后進(jìn)行一定的波譜頻率分析，在頻域進(jìn)行目標(biāo)信號(hào)進(jìn)一步的檢測(cè)，通過(guò)運(yùn)用多普勒的頻率搜索技術(shù)之后就可以有效的截獲目標(biāo)，并且控制對(duì)于目標(biāo)的追蹤。與此同時(shí)系統(tǒng)將會(huì)對(duì)目標(biāo)的頻率信息以及角誤差信息進(jìn)行分析，這些將有助于在較多干擾的情況下也可以選擇到需要追蹤的目標(biāo)。在這一系列的處理過(guò)程中，目標(biāo)頻率相關(guān)的信息可以通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換作用轉(zhuǎn)換成位模擬信號(hào)，并進(jìn)一步將角誤差的信息通過(guò)數(shù)字信息的形式傳送至相關(guān)系統(tǒng)。

2 小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 微計(jì)算機(jī)及運(yùn)行導(dǎo)引頭信號(hào)

對(duì)小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)而言，微型計(jì)算機(jī)是其處理的核心，一般來(lái)說(shuō)這種小型雷達(dá)都會(huì)采用美國(guó)德克薩斯公司出產(chǎn)的TMs320C25型號(hào)的中央處理器，這種中央處理器有著固定16位的數(shù)據(jù)總線以及地址總線。除此之外系統(tǒng)的硬件設(shè)備還有三組儲(chǔ)存器，這三組片外的存儲(chǔ)器都是16K的高速存儲(chǔ)器，分別為EPROM、DRMA以及PRAM；除此之外系統(tǒng)還擁有十六個(gè)I/O交接口，其對(duì)于A/D控制或者D/A輸出等都有著不同的作用。

2.2 正交雙通道零中頻處理

所謂正交雙通道零中頻處理器的處理作用，即為一種數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的預(yù)處理設(shè)備，其可以有效地將接收機(jī)的輸出轉(zhuǎn)變成為正交和相互滲透的雙通視頻信號(hào)，只有這樣才能夠?qū)Σ蓸拥念l率要求降到最低，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)省造價(jià)，同時(shí)可以提升產(chǎn)品的性價(jià)比。

這種正交雙通道零中頻處理器主要是由三路相同的雙通道零中頻混頻器組成的，其也是對(duì)接收器、方位差、俯仰差等方位通道的不同信號(hào)所接收的。在每一路中都是由I以及Q兩條支路所組成的，而這兩條支路的差別也就是其中一條和標(biāo)準(zhǔn)電壓相同，另外的一條與標(biāo)準(zhǔn)電壓相差九十度，這一條也稱為正交線路。所以一共有六路零中頻的信號(hào)可以同時(shí)送到多路的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處。而正交雙通道的零中頻處理中I/Q支路的相位電壓差為九十度。也就相當(dāng)于是將中頻信號(hào)進(jìn)行有方向的分解，從而得出，正交的雙通道處理信號(hào)應(yīng)當(dāng)保留著中頻信號(hào)的幅度及其信息，并且進(jìn)一步向總體系統(tǒng)提供復(fù)數(shù)的信號(hào)。

2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以有效的接收八路的模擬信號(hào)進(jìn)行輸入，而為了進(jìn)一步降低模數(shù)轉(zhuǎn)換不一致的誤差，不同通道可以采用同樣的A/D芯片進(jìn)行共享。這種芯片可以通過(guò)快速多種順序的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換來(lái)對(duì)于不同路的信號(hào)進(jìn)行采樣和分析。所采樣的數(shù)據(jù)首先是還存在雙端口的存儲(chǔ)器中的，而優(yōu)于使用了雙端口的存儲(chǔ)器，就可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的采樣以及數(shù)據(jù)采取并行工作。其雙端口的特性可以十分有效的連接兩套地址以及數(shù)據(jù)總線。所以只要不在 訪問(wèn)時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)地址單元，就可以多方面的采取數(shù)據(jù)，并從一個(gè)端口錄入，在收到轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)之后也可以從另外的端口進(jìn)行程序讀出，雙方也是互不影響的。而數(shù)模的處理系統(tǒng)就主要是針對(duì)中頻的VCO電壓進(jìn)行控制，同時(shí)采取角追蹤的回路方式進(jìn)行信號(hào)的控制，這期間一共設(shè)置了六路的D/A轉(zhuǎn)換。

3 小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)的處理而言，可以采用雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理的方式，運(yùn)用一定的程序匯編語(yǔ)言，對(duì)相應(yīng)的處理軟件進(jìn)行編制。這些程序的開(kāi)發(fā)也運(yùn)用了模塊化的設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)自頂向下的方式將系統(tǒng)功能逐漸分解，這種處理軟件一般都是由多個(gè)特有的功能模塊所組成的，并且主要分為總控制、工作控制、算法控制、子程序控制等不同的層次。而為了更有效的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)波段頻率的截獲，應(yīng)當(dāng)在給定的波段范圍內(nèi)進(jìn)行信號(hào)的搜索，確定目標(biāo)波段頻率區(qū)間之后確定中心點(diǎn)的頻率，進(jìn)一步就可以將這個(gè)頻率數(shù)值轉(zhuǎn)換成為一定的VCO控制電壓。

4 小結(jié)

采用脈沖多普勒體制的小型雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，其通過(guò)搭建包括天線、信號(hào)處理器、接收器以及數(shù)據(jù)處理器及伺服系統(tǒng)在內(nèi)的整體系統(tǒng)，運(yùn)用數(shù)字方法進(jìn)行信號(hào)的接收，并且形成相應(yīng)的雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理功能。在具體的使用過(guò)程中系統(tǒng)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換作用將信息轉(zhuǎn)換成位模擬信號(hào)，并將角誤差的信息通過(guò)數(shù)字信息的形式傳送至角誤差系統(tǒng)。系統(tǒng)就可以對(duì)目標(biāo)的頻率信息以及角誤差信息進(jìn)行分析，并且有助于在較多干擾的情況下選擇到需要追蹤的目標(biāo)。

[1]朱新平.基于Zedboard的PD雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué),2015.

[2]朱偉.米波數(shù)字陣列雷達(dá)低仰角測(cè)高方法研究[D].西安電子科技大學(xué),2013.

[3]孫麗麗.雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)仿真研究及其FPGA實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2009.