一種高數據率下的雷達信號濾波工程設計方法

【摘 要】本文通過軟硬件（使用高性能的數字信號處理器DSP+ FPGA的方式）工程實現的優化和改進，完成了某型氣球載雷達信號濾波處理，并給出具體設計方法。

【關鍵詞】濾波；DSP；FPGA

0 引言

由于地面雷達受地球曲率、近區地物遮擋的限制，視距較近，對于高度100m以下的低空、超低空目標探測預警能力很低，低空、超低空目標突襲將對我軍構成嚴重威脅，雷達升空則會解決這一威脅。

但升空后，為了提高海面目標的探測和分辨能力，提高雷達的數據率是一種有效的方法，勢必會帶來工程實現的困難，針對這一難點，本文采用工程優化的設計方法克服了這一困難。

1 MTD濾波處理方案

脈壓后的數據進入MTD處理模塊，其具體方案如圖1所示。

圖1 MTD處理方案

因該雷達系統在原有雷達的基礎上提高5倍采樣率，進入MTD濾波器的數據量則擴大5倍。在要求的系統最短時間內處理完濾波運算，這其中包括數據傳輸，濾波處理兩部分的時間，但是兩者時間總和超過了系統留給的最短時間，因此必須對MTD處理進行一些設計優化才能達到系統要求。

2 MTD濾波工程設計優化

2.1 DSP流水設計

首先DSP內部具有DMA鏈路口數據傳輸方式，在該方式下傳輸數據不需要DSP核參與，也就是在傳輸數據的過程中，DSP核可以進行其他的任務處理，這時我們就可以采用3級流水線操作，同時采用二維DMA方式進行接收脈壓回波數據進入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據和對應的控制信息，這時程序內存中還沒有數據，不執行MTD處理程序，此時也無處理結果可發送；當DSP接收第二個波位的數據時，DSP處理上一次接收的數據，此時也無處理結果可發送；當DSP接收第三個波位的數據時，DSP處理上一次接收的數據，此時發送第一次接收的數據處理結果；就這樣依次循環執行下去。

圖2 MTD處理3級流水設計

2.2 切割數據分段進數，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口進行數據傳輸，傳輸速率固定，假設一個波位的數據大小為M，雖然鏈路口傳輸可以后臺執行，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），因此這樣一次進數是不可行的。為了解決這一問題，通過將數據切割成5段，并使用乒乓處理。

這樣進數時間縮減5倍，這樣進數和MTD處理總時間就能夠在系統要求時間內處理完畢。具體處理示意圖3。

圖3 MTD分段乒乓進數示意圖

2.3 數據格式提前整合

FPGA傳輸給DSP的數據是按fr依次進數，存放地址按N間隔跳變，然后按照順序地址進行讀取，具體如圖4。

圖4 整合數據格式

圖6 DSP處理流程圖

3 MTD處理模塊的工程實現

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

FPGA的具體任務是：

（1）接收控制信息和脈壓數據，通過鏈路口分別發給每一片DSP。

（2）經總線接收DSP處理結果，發下一級。

DSP的具體任務是：

（1）通過鏈路口接收脈壓數據并轉存到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中取出所需脈壓數據并進行濾波處理，結果通過PCI總線傳給FPGA。

MTD處理流程圖如圖6所示。

4 結束語

本文結合某型氣球載雷達，分析了信號系統的處理時間和數據量大小，通過工程實現中的一些技巧解決了提高該雷達對海處理能力帶來的大數據量的問題，目前該雷達順利的完成了部隊校飛。

【參考文獻】

[1]陳昌勝，趙攀峰.系留氣球載雷達系統分析[J].雷達科學與技術，2007（12）：411-414.

[2]馬曉巖，向家彬.雷達信號處理[M].長沙：湖南科學技術出版社，1999.

[3]柴許楊.某型米波雷達測高工程實現[D].西安電子科技大學，2011.

[4]朱偉.某型米波雷達MTI、MTD的研究與實現[D].西安電子科技大學，2010.

[責任編輯：湯靜]