雷达通用信号处理平台的构建

高 飞，徐 光

雷达通用信号处理平台的构建

高 飞，徐 光

现代雷达信号处理平台的显著特点是输入数据多，工作模式复杂，信息处理量大。在实时信号处理系统中，雷达信号处理系统要同时进行高速数据分配、处理和大量数据交换。随大规模集成电路技术、高速串行处理及各种先进算法的飞速发展，特别是DSP与FPGA相关技术的发展，DSP+FPGA架构已成为解决这些问题的最佳方案。

雷达信号处理平台；数字信号处理；现场可编程门阵列

0 引言

信号数据采集所要求的高速、高精度、多通道、大容量数据采集系统应用在雷达、声纳、通信、地震预报、航空航天等领域都体现出实时性强、数据率高、数据量大、处理复杂和运算量大的特点。

DSP是一种指令集结构处理器，可根据指令系统来实现各种算法，其丰富的I/O资源有利于通讯、控制功能的实现。而FPGA属于现场可编程器件，设计方便、灵活，易于监测，能在板级间反复迅速的修改内部逻辑，实现系统的重构。这种系统结构灵活、实时性强、成本较低，能满足雷达信号处理通用性的要求。

1 DSP在雷达信号处理中的应用

DSP具备高速、灵活、可靠、可编程、低功耗、接口丰富、处理速度快和实时型好等特点。雷达信号处理系统主要技术包括数据重采样、参数估计、自适应滤波、恒虚警处理、脉冲压缩、自适应波束形成和旁瓣对消等，通常需要完成大量具有高度重复性的实时计算。DSP正是可利用自身特有的硬件结构，完成FFT、FIR、复数相加、相关、三角函数以及矩阵运算等数字信号处理。因此，在雷达数字信号处理算法实现上DSP是非常合适的。

2 FPGA在雷达信号处理中的应用

在高速数据采集方面，FPGA有很大优势，FPGA的时钟频率高，内部时延小，全部控制逻辑均可由硬件完成，FPGA作为控制器的同时也作为数据通道，可对数据进行分配、预处理和扮演协处理器角色。而且FPGA集成度高、体积小、功耗低，可集采集控制、缓冲、处理和传输于一个芯片内，编程配置灵活，开发周期短，系统简单，而且较易移植到雷达系统中，并且可以降低成本。因此，FPGA可作为核心控制电路。

3 雷达通用信号处理平台的构建

从DSP和FPGA的角度出发，首先解决芯片的选型。在DSP信号处理模块，对该单元的选型要求为：该单元的性能是决定并行处理系统的最基本因素，高性能的处理单元可提高系统的性能，减少体积和功耗，降低结构复杂性和提高软件的可维护性。

MPC8640D信号处理模块是PowerPC系列高性能双核处理器，采用AMC子卡结构的通用信号处理模块。内核最高时钟1000 MHz，具备灵活的I/O接口，其中串行RapidIO可配置为1X或者4X。串行RapidIO符合RapidIO互联标准，版本1.2。支持I/O和消息传输逻辑规范，支持8-和16-比特传输层规范。支持1X/4X LP-串行物理层规范。MPC8640D信号处理模块可灵活配制为Host或者Endpoint，与RapidIO交换板方便的组建RapidIO系统。最高能实现4X3. 125G的数据传输能力。在雷达信号处理平台上集成4块MPC8640D，将会带来很强的信号处理能力。

在软件层面， Workbench和ICE可实现对MPC8640D代码的开发和调试，通过在MPC8640D信号处理模块上运行Vxworks实时操作系统以提供对串行RapidIO的应用支持。

在FPGA选型方面，需求的FPGA功能模块须满足雷达回波信号处理以及DSP接口和其他对外接口逻辑设计。同时，还需要FPGA能完成与计算机、DSP以及数模转化器的通讯功能。

FPGA选用XILINX的virtex-5系列XC5VSX95T。与通用计算机采用RS-232串行通讯接口，与DSP通过高速串行RapidIO实现互连。XILINX的virtex-5系列采用第五代高级硅片组合模块列式结构，包含有LX、LXT、SXT、TXT和FXT五种截然不同的平台，具有先进的高速串行连接功能和链路/事务层功能。多达330，000个逻辑单元，多达六个时钟管理模块，且在性能方面具有高达800Mb/s的HSTL和SSTL(在所有的单端I/O上)并且据高达1.25Gb/s的LVDS(在所有的差分I/O对上)。

由此设计的高性能DSP+大规模FPGA架构的信号处理平台具有高度并行、数据吞吐量大及实时性高的特点，而且具有以下优点：

1)软硬功能的重新划分及软硬协同。对于一个算法，用硬件实现的特点是速度快、实时性强，但硬件设计较为复杂、灵活性差、精度较受限制。此平台可在速度与精度要求上达到平衡。

2)对外具有丰富的接口，既可当作一块独立的板卡使用，也可在相应的高速机箱上作为标准卡使用；同时，其丰富的底层软件库，可提供良好的二次开发空间。

3)设计的通用化信号处理模块，可根据不同的要求，通过软件自由修改参数，方便使用。

4)高速串行互连技术的成熟，解决了多年来一直困扰系统发展的带宽不足问题，用串行通道取代并行总线已成为趋势，且其优势显而易见。

4 结语

1)雷达信号处理是雷达系统的一个重要组成部分，合适平台的构建可使雷达系统完成各项复杂的工作。

2)基于高性能DSP和大规模FPGA的处理平台实时能力更强，结构可重构性更强，对雷达信号处理算法的适应能力更强，且工作更为稳定可靠。

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[5] 张光义. 相控阵雷达系统[M]. 北京: 国防工业出版社, 2000.

Design of Radar General Signal Processing Platform

GAO Fei, XU Guang

The distinguishing features of modern radar signal processing platform are more input data, complex operating mode and large amount of information processing. In a real-time signal processing system, the radar signal processing system needs simultaneously carry out high-speed data distribution, processing and exchange of large amounts of data. With the rapid development of LSI technology, high-speed serial processing and variety of advanced algorithms, particularly the development of the related technologies of DSP and FPGA, DSP + FPGA architecture has become the best solution to solve these problems.

radar signal processing platform; DSP; FPGA

TN95

A

高飞（1985-），男，工程师。研究方向：通用信号处理。