基于TS201的高性能雷達(dá)信號通用處理板設(shè)計

基于ADITS201的雷達(dá)信號處理機(jī)設(shè)計（西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號處理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dá)信號處理系統(tǒng)。處理板各DSP僅通過鏈路口實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信，調(diào)試方便。系統(tǒng)僅用一副板卡即完成了雷達(dá)數(shù)據(jù)處理，使其具有硬件結(jié)構(gòu)簡單，體積小，程序易調(diào)試，整體可靠性高等特點(diǎn)，可以完成副瓣對消，四路信號的脈沖壓縮與動目標(biāo)檢測，副瓣匿影等功能，其檢測結(jié)果控制著雷達(dá)伺服系統(tǒng)的運(yùn)行。關(guān)鍵詞：TS201；FPGA；自適應(yīng)旁瓣相消；數(shù)字脈沖壓縮；動目標(biāo)檢測引言TS201是ADI公司最新型的TigerSHARC架構(gòu)DSP，本文實(shí)現(xiàn)了一套以4片TS201和一片F(xiàn)PGA為核心的雷達(dá)信號處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)僅用一副板卡即實(shí)現(xiàn)了空時二維信號處理。實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)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(biāo)距離，方位偏差量的測算。該系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單，體積小，程序易調(diào)試，可靠性高等特點(diǎn)。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用與某型號雷達(dá)處理機(jī)中。1.系統(tǒng)概述：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(dá)的脈沖重復(fù)頻率在高低重頻之間切換，系統(tǒng)按照脈沖重復(fù)周期處理回波數(shù)據(jù)，對IQ信號進(jìn)行旁瓣相消，脈沖壓縮及MTD（先FFT后進(jìn)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(biāo)，則僅輸出噪聲處理強(qiáng)度至終端顯示機(jī)柜，若判定有目標(biāo)則同時輸出目標(biāo)距離，方位參數(shù)等信息，以控制伺服系統(tǒng)對重點(diǎn)空域跟蹤掃描，控制相控陣?yán)走_(dá)自動調(diào)整波束指向跟蹤目標(biāo)。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(yuǎn)距工作區(qū)1<3300us806553223722<6600us806587044242.系統(tǒng)平臺設(shè)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(dá)600MHz的工作時鐘，雙獨(dú)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(yīng)用在運(yùn)算量高，大量數(shù)據(jù)頻繁交換的系統(tǒng)中。板卡結(jié)構(gòu)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(dá)到14.4GFLPOS，滿足系統(tǒng)需要。圖2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：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(jìn)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)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(jìn)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(dú)立，使各DSP具有完全獨(dú)立的尋址空間，程序運(yùn)行不受其它DSP干預(yù)，獨(dú)立編程有利于調(diào)試5，采用4路數(shù)據(jù)分別在一片DSP中處理的設(shè)計使回波接收完畢后僅需一個脈沖重復(fù)周期即可完成目標(biāo)檢測。點(diǎn)的脈壓時間分別為…….。遠(yuǎn)小于脈沖重復(fù)后期，保證了系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。6.MTD模塊實(shí)現(xiàn)：雷達(dá)天線波束寬度內(nèi)最大可收到的目標(biāo)回波脈沖數(shù)為，天線波束最小寬度為，天線最快轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分，根據(jù)最低脈沖重復(fù)頻率，易得相參積累脈沖數(shù)的上限為28，因此MTD選用16點(diǎn)FFT實(shí)現(xiàn)覆蓋的窄帶濾波器組，相參積累技術(shù)使系統(tǒng)信噪比進(jìn)一步提高了16倍。本文采取時域抽取的方法實(shí)現(xiàn)FFT，相參積累時對相應(yīng)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(jìn)入的脈壓數(shù)據(jù),對同一距離單元數(shù)據(jù)加窗做16點(diǎn)FFT,可以得到相參積累后不同多普勒通道的目標(biāo)。圖5SDRAM傳至片內(nèi)RAM的矩陣轉(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)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(jìn)行恒虛警處理。CFAR對目標(biāo)周圍相鄰8個單元進(jìn)行GO-CFAR運(yùn)算，利用TS201強(qiáng)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(jìn)入循環(huán)緩沖區(qū)，用最新進(jìn)入的數(shù)據(jù)覆蓋最先進(jìn)入的數(shù)據(jù),在循環(huán)緩沖區(qū)內(nèi)進(jìn)行CFAR檢測。恒虛警及多路選大除輸出目標(biāo)強(qiáng)度外還須包括對應(yīng)多普勒通道的通道號及處理結(jié)果（復(fù)數(shù)）。若和路信號經(jīng)副瓣匿影（和路結(jié)果與輔路1、2選通）及門限檢測后判定有目標(biāo)，則測角之前差支路須按通道號選出對應(yīng)多普勒通道上的處理結(jié)果，根據(jù)和支路的檢測結(jié)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(jié)果，正常視頻輸出，目標(biāo)檢測結(jié)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(diào)整波束指向?qū)?zhǔn)目標(biāo)。7結(jié)語本文以4片ADSP-TS201為核心實(shí)現(xiàn)了信號處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對硬件結(jié)構(gòu)和程序流程都進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，單板卡完成了信號處理，取代了以前舊的信號處理機(jī)，對處理機(jī)的系統(tǒng)更新具有現(xiàn)實(shí)意義。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于某型雷達(dá)處理機(jī)中。參考文獻(xiàn)[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