一種高數(shù)據(jù)率下的雷達(dá)信號濾波工程設(shè)計(jì)方法

【摘 要】本文通過軟硬件（使用高性能的數(shù)字信號處理器DSP+ FPGA的方式）工程實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化和改進(jìn)，完成了某型氣球載雷達(dá)信號濾波處理，并給出具體設(shè)計(jì)方法。

【關(guān)鍵詞】濾波；DSP；FPGA

0 引言

由于地面雷達(dá)受地球曲率、近區(qū)地物遮擋的限制，視距較近，對于高度100m以下的低空、超低空目標(biāo)探測預(yù)警能力很低，低空、超低空目標(biāo)突襲將對我軍構(gòu)成嚴(yán)重威脅，雷達(dá)升空則會解決這一威脅。

但升空后，為了提高海面目標(biāo)的探測和分辨能力，提高雷達(dá)的數(shù)據(jù)率是一種有效的方法，勢必會帶來工程實(shí)現(xiàn)的困難，針對這一難點(diǎn)，本文采用工程優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法克服了這一困難。

1 MTD濾波處理方案

脈壓后的數(shù)據(jù)進(jìn)入MTD處理模塊，其具體方案如圖1所示。

圖1 MTD處理方案

因該雷達(dá)系統(tǒng)在原有雷達(dá)的基礎(chǔ)上提高5倍采樣率，進(jìn)入MTD濾波器的數(shù)據(jù)量則擴(kuò)大5倍。在要求的系統(tǒng)最短時間內(nèi)處理完濾波運(yùn)算，這其中包括數(shù)據(jù)傳輸，濾波處理兩部分的時間，但是兩者時間總和超過了系統(tǒng)留給的最短時間，因此必須對MTD處理進(jìn)行一些設(shè)計(jì)優(yōu)化才能達(dá)到系統(tǒng)要求。

2 MTD濾波工程設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 DSP流水設(shè)計(jì)

首先DSP內(nèi)部具有DMA鏈路口數(shù)據(jù)傳輸方式，在該方式下傳輸數(shù)據(jù)不需要DSP核參與，也就是在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，DSP核可以進(jìn)行其他的任務(wù)處理，這時我們就可以采用3級流水線操作，同時采用二維DMA方式進(jìn)行接收脈壓回波數(shù)據(jù)進(jìn)入MTD濾波處理模塊。

圖2中首先接收第一個波位的脈壓回波數(shù)據(jù)和對應(yīng)的控制信息，這時程序內(nèi)存中還沒有數(shù)據(jù)，不執(zhí)行MTD處理程序，此時也無處理結(jié)果可發(fā)送；當(dāng)DSP接收第二個波位的數(shù)據(jù)時，DSP處理上一次接收的數(shù)據(jù)，此時也無處理結(jié)果可發(fā)送；當(dāng)DSP接收第三個波位的數(shù)據(jù)時，DSP處理上一次接收的數(shù)據(jù)，此時發(fā)送第一次接收的數(shù)據(jù)處理結(jié)果；就這樣依次循環(huán)執(zhí)行下去。

圖2 MTD處理3級流水設(shè)計(jì)

2.2 切割數(shù)據(jù)分段進(jìn)數(shù)，分段處理

該通用信號處理板采用FPGA+DSP方式，兩者之間通過link口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率固定，假設(shè)一個波位的數(shù)據(jù)大小為M，雖然鏈路口傳輸可以后臺執(zhí)行，但是一次性傳輸需要T1的時間，一個波位的處理總時間為T2，而處理時間需要約T3（T3+T1>T2），因此這樣一次進(jìn)數(shù)是不可行的。為了解決這一問題，通過將數(shù)據(jù)切割成5段，并使用乒乓處理。

這樣進(jìn)數(shù)時間縮減5倍，這樣進(jìn)數(shù)和MTD處理總時間就能夠在系統(tǒng)要求時間內(nèi)處理完畢。具體處理示意圖3。

圖3 MTD分段乒乓進(jìn)數(shù)示意圖

2.3 數(shù)據(jù)格式提前整合

FPGA傳輸給DSP的數(shù)據(jù)是按fr依次進(jìn)數(shù)，存放地址按N間隔跳變，然后按照順序地址進(jìn)行讀取，具體如圖4。

圖4 整合數(shù)據(jù)格式

圖6 DSP處理流程圖

3 MTD處理模塊的工程實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述的優(yōu)化方案和圖5信號處理板硬件資源，使用FPGA從上一級接收數(shù)據(jù)來控制分發(fā)，DSP來完成MTD處理（在通用信號處理板A組4片DSP上完成）。

FPGA的具體任務(wù)是：

（1）接收控制信息和脈壓數(shù)據(jù)，通過鏈路口分別發(fā)給每一片DSP。

（2）經(jīng)總線接收DSP處理結(jié)果，發(fā)下一級。

DSP的具體任務(wù)是：

（1）通過鏈路口接收脈壓數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)存到SDRAM中。

（2）通過鏈路口接收控制信息存到每一片。

（3）解析控制信息，從SDRAM中取出所需脈壓數(shù)據(jù)并進(jìn)行濾波處理，結(jié)果通過PCI總線傳給FPGA。

MTD處理流程圖如圖6所示。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合某型氣球載雷達(dá)，分析了信號系統(tǒng)的處理時間和數(shù)據(jù)量大小，通過工程實(shí)現(xiàn)中的一些技巧解決了提高該雷達(dá)對海處理能力帶來的大數(shù)據(jù)量的問題，目前該雷達(dá)順利的完成了部隊(duì)校飛。

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[責(zé)任編輯：湯靜]