基于TS201的高性能雷達信號通用處理板設計

基于ADITS201的雷達信號處理機設計（西安電子科技大學雷達信號處理國家重點實驗室）摘要：本文開發(fā)了一套以4片TS201與一片F(xiàn)PGA為核心的雷達信號處理系統(tǒng)。處理板各DSP僅通過鏈路口實現(xiàn)點對點通信，調試方便。系統(tǒng)僅用一副板卡即完成了雷達數(shù)據(jù)處理，使其具有硬件結構簡單，體積小，程序易調試，整體可靠性高等特點，可以完成副瓣對消，四路信號的脈沖壓縮與動目標檢測，副瓣匿影等功能，其檢測結果控制著雷達伺服系統(tǒng)的運行。關鍵詞：TS201；FPGA；自適應旁瓣相消；數(shù)字脈沖壓縮；動目標檢測引言TS201是ADI公司最新型的TigerSHARC架構DSP，本文實現(xiàn)了一套以4片TS201和一片F(xiàn)PGA為核心的雷達信號處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)僅用一副板卡即實現(xiàn)了空時二維信號處理。實現(xiàn)了自適應副瓣相消，4路脈沖壓縮與MTI/MTD，副瓣匿影，和差波束測角等算法，可以完成對目標距離，方位偏差量的測算。該系統(tǒng)具有硬件結構簡單，體積小，程序易調試，可靠性高等特點。該系統(tǒng)已成功應用與某型號雷達處理機中。1.系統(tǒng)概述：系統(tǒng)結構如圖1所示，主要由旁瓣相消模塊，數(shù)字脈壓模塊，MTD處理模塊三大部分組成。圖1信號處理系統(tǒng)框圖雷達的脈沖重復頻率在高低重頻之間切換，系統(tǒng)按照脈沖重復周期處理回波數(shù)據(jù)，對IQ信號進行旁瓣相消，脈沖壓縮及MTD（先FFT后進行恒虛警處理），若經(jīng)副瓣匿影及門限檢測后系統(tǒng)判別無目標，則僅輸出噪聲處理強度至終端顯示機柜，若判定有目標則同時輸出目標距離，方位參數(shù)等信息，以控制伺服系統(tǒng)對重點空域跟蹤掃描，控制相控陣雷達自動調整波束指向跟蹤目標。表1部分參數(shù)列表重頻處理時間測試方波噪聲方波近距工作區(qū)遠距工作區(qū)1<3300us806553223722<6600us806587044242.系統(tǒng)平臺設計：板卡主要以4片TS201與一片F(xiàn)PGA為核心，外加FLASH、SDRAM、與光纖及其配置芯片組成。其核心器件TS201具有卓越的數(shù)據(jù)處理能力，具有最高達600MHz的工作時鐘，雙獨立內(nèi)核，且每個時鐘周期可以完成4條指令。具有24Mbits的片內(nèi)RAM，14個DMA通道可在不占用內(nèi)核時鐘的情況下完成大量數(shù)據(jù)傳輸，因而適宜應用在運算量高，大量數(shù)據(jù)頻繁交換的系統(tǒng)中。板卡結構如下圖2，系統(tǒng)晶振為50M，TS201經(jīng)12倍頻后工作時鐘為600MHz，單板卡的系統(tǒng)峰值處理能力達到14.4GFLPOS，滿足系統(tǒng)需要。圖2系統(tǒng)硬件結構圖該系統(tǒng)具有以下特點：一：FPGA與DSP0、1通過32位總線連接，AD-DDC后IQ數(shù)據(jù)以4M/S（32位字，折合128bit/s）速率經(jīng)光纖進入FPGA，數(shù)據(jù)率小于TS201總線慢速協(xié)議上限（M/S），因此FPGA與DSP的通信采用總線慢速協(xié)議。二：各DSP之間僅通過鏈路口實現(xiàn)點對點通信，避免了數(shù)據(jù)交換頻繁時由于總線競爭造成的總線瓶頸，同時大大降低了PCB布線的難度，節(jié)約了成本。三：4片DSP共用一片F(xiàn)LASH進行程序加載,DSP1從FLASH加載程序，DSP2、3、4以鏈路口方式通過DSP1加載。四：由于各DSP總線相互獨立，使各DSP具有完全獨立的尋址空間，程序運行不受其它DSP干預，獨立編程有利于調試5，采用4路數(shù)據(jù)分別在一片DSP中處理的設計使回波接收完畢后僅需一個脈沖重復周期即可完成目標檢測。點的脈壓時間分別為…….。遠小于脈沖重復后期，保證了系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。6.MTD模塊實現(xiàn)：雷達天線波束寬度內(nèi)最大可收到的目標回波脈沖數(shù)為，天線波束最小寬度為，天線最快轉速轉/分，根據(jù)最低脈沖重復頻率，易得相參積累脈沖數(shù)的上限為28，因此MTD選用16點FFT實現(xiàn)覆蓋的窄帶濾波器組，相參積累技術使系統(tǒng)信噪比進一步提高了16倍。本文采取時域抽取的方法實現(xiàn)FFT，相參積累時對相應的脈壓數(shù)據(jù)的地址做滑動,用最新脈壓的數(shù)據(jù)覆蓋最先進入的脈壓數(shù)據(jù),對同一距離單元數(shù)據(jù)加窗做16點FFT,可以得到相參積累后不同多普勒通道的目標。圖5SDRAM傳至片內(nèi)RAM的矩陣轉置DSP1還需處理雜波圖，正常視頻檢測，測角等，內(nèi)存消耗大，因此占用部分SDRAM空間存放15個周期的脈壓結果，MTD時需從SDRAM中讀取所需脈壓數(shù)據(jù)。本文采用二維DMA傳輸方式，該方式通過改變TCB配置使DMA傳輸中接收地址自動跳變，矩陣傳輸?shù)耐瑫r完成了矩陣轉置，無需消耗內(nèi)核時鐘。為保證對地雜波的抑制能力，只取2～13#多普勒通道輸出進行恒虛警處理。CFAR對目標周圍相鄰8個單元進行GO-CFAR運算，利用TS201強大的循環(huán)尋址功能，按 圖6恒虛警處理過程圖6開辟循環(huán)緩沖區(qū)，信號取模后滑動進入循環(huán)緩沖區(qū)，用最新進入的數(shù)據(jù)覆蓋最先進入的數(shù)據(jù),在循環(huán)緩沖區(qū)內(nèi)進行CFAR檢測。恒虛警及多路選大除輸出目標強度外還須包括對應多普勒通道的通道號及處理結果（復數(shù)）。若和路信號經(jīng)副瓣匿影（和路結果與輔路1、2選通）及門限檢測后判定有目標，則測角之前差支路須按通道號選出對應多普勒通道上的處理結果，根據(jù)和支路的檢測結果，在相同距離門上選取差支路輸出，按照下式查找誤差曲線完成和差波束測角： (3)回波的脈壓結果，正常視頻輸出，目標檢測結果，方位角偏移信息均及時返還至伺服系統(tǒng)，控制相控陣天線調整波束指向對準目標。7結語本文以4片ADSP-TS201為核心實現(xiàn)了信號處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對硬件結構和程序流程都進行了優(yōu)化設計，單板卡完成了信號處理，取代了以前舊的信號處理機，對處理機的系統(tǒng)更新具有現(xiàn)實意義。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于某型雷達處理機中。參考文獻[1]ADSPTS201TigerSHARCProcessorHardwareReferenceAnalogDevice[Z],Inc.2004.[2]ADSPTS201TigerSHARCProcessorProgrammingReferenceAnalogDevice[Z],Inc.2004.[3]ADSPTS201TigerSHARCProcessorEmbeddedProcessordatasheet.2007[4]劉書明,羅勇江ADSPTS20XS系列DSP原