基于DSP实现对空警戒雷达的高分辨处理

2018-03-21李粉兵

电子测试 2018年2期

李粉兵

（中国电子科技集团公司第38研究所，安徽合肥，230031）

0 引言

根据信号分辨理论,雷达的测距精度和距离分辨力主要取决于发射信号的频率结构,它要求信号具有大的带宽，但随之采样频率提高了,这意味着对A/D的转换速度要求增高了，后续信号处理的运算速度和存储容量也相应地提高。另一方面，对于中、远程地面警戒雷达而言，并没有必要采用太高的距离分辨力。所以目前对空警戒雷达多采用窄带信号进行探测，如某雷达发射波形的带宽为2MHz，A/D按1：1的速率采样，经过脉冲压缩后其脉宽为0.5us，距离分辨为75m。但现代战争中战机多为多机编队飞行，这就要求雷达能迅速分辨出战机的机型架次,在这样的需求下，可以考虑在常规雷达信号通道（DPC+AMTI/MTD+CFAR）外，增加一高分辨处理通道。操作人员可以对感兴趣的局部地用宽带波形进行探测，回波实时进行高分辨处理，以便及时准确地掌握空情。

1 系统分析

高分辨通道的基本组成如图1所示。

图1 通道结构图

如某雷达的重复频率为300Hz，正常发射波形是窄带信号，而在高分辨区域的发射波形是带宽为50MHz、时宽为40us的线性调频信号,经过宽带接收的回波经下变频、滤波、正交解调，变为带宽为50MHz的零中频信号。A/D以50MHz速率高速采样后经过脉冲压缩后其脉宽为0.02us，距离分辨为3m,若高分辨处理距离为15Km，方位扇区为5°,天线以6m/s速度旋转，由此，每一发射脉冲所的采样数据有5000个，一个方位扇区有42个发射脉冲，总数据采集量为5000*42之多，对如此多的数据时域上计算卷积耗时较大，只能采用频域脉冲压缩，其数学模型为：

由信号处理理论可知，式⑴实现的是循环卷积，要使其和线性卷积相等，对参与处理的信号序列的长度有要求，若信号序列x(n)的长度为N1，h(n)的长度为N2，则N应满足：N≥N1+N2-1，高分辨区间采样序列的长度N1=5000，信号样本采样序列的长度N2= fsT=2000，则 N=N1+N2=7000，取 N=213=8192。

对线性调频信号来讲，数据段的雷达视频信号可表示为：

匹配滤波器的脉冲响应为：

采样后的序列为：

其中：τ为信号时宽、B为信号带宽、TS为采样周期、n=int{τ/TS}按照式⑷产生数据，其中n按-n/2：n/2的顺序取值，作N点FFT有：

线性调频经匹配滤波器后的输出脉冲具有sinc(t)函数型包络，其第一副瓣电平为主瓣电平的 13.2dB- ，在多目标环境中，如此高的副瓣会淹没旁边的小目标，引起目标丢失，为了提高多目标分辨能力，可以采用加权技术降低脉压的旁瓣。加权函数选用hamming窗函数：

频域加窗后的匹配滤波特性为：

其中：W(K)是窗函数的FFT。

根据式（7），利用MATLAT产生其匹配滤波器的频率特性H(K)，存放在存储器中，按照图1给出的算法进行处理。

2 硬件设计

系统硬件构成如图2所示。

图2 硬件结构图

本系统选用5片ADSP-21060构成多处理器系统，其中4片的外部地址及数据总线挂在一起，处在同一地址空间，每片有相应的ID号，决定其在多处理器空间的位置，DSP5与其他DSP不在同一地址空间，各DSP间具有网状LINK口连接，便于任务分配和数据传输，大大解决了外部总线的传输瓶径效应，本系统采用点对点传输方式，每片处理器都可发送，亦可接收，通讯时序由软件控制,并且有4个32位的双向输入输出通道，采用双口SRAM缓冲结构，可以圆满解决内外数据率高低之差的匹配问题，同时还扩充了外部存储器的容量。

3 软件设计

由于通用DSP的使用，系统设计的重点已转移到软件编程上，系统处理任务确定后，就可对任务进行细划分，尽量使每片处理器能高效率的运转，DSP程序流分为以下几步：

3.1 参数及数据输入

输入参数主要包括：方位码、高分辨窗口的距离前后沿及方位前后沿，发射频率代码等。在中断的控制下，DSP利用EPB DMA方式从外部的双口RAM中取数，存人内部缓冲。DSP以32位定点格式从双口RAM中取数，存放于内部缓存中，在进行FFT运算前需将I、Q分离并转换为16位短字浮点数据格式，并存于各自的缓冲中。