基于TMS320C6678的雷達信號處理實現

郭凱 徐紅俠 鄧海棠 陳丁

摘 要：雷達信號處理技術主要包括脈沖壓縮、動目標指示MTI、動目標檢測MTD和CFAR檢測等。快速發展的DSP芯片為高性能實時處理硬件系的核心。詳細介紹基于多核數字信號處理器TMS320C6678實現對LFM信號進行實時脈沖壓縮等的并行流水的實現方法。理論分析和實現結果表明，多核并行流水方法能獲得比普通單核更好的系統實時性。

關鍵詞：TMS320C6678；多核；脈沖壓縮；MTI；MTD；CFAR

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.186

0 引言

近年來，隨著國內外雷達科學技術的不斷發展，雷達信號也極其復雜，這就對信號處理器的處理能力、存儲能力、可擴展性以及數據傳輸能力提出了更高的要求。數字信號處理（簡稱：DSP）目前通常為雷達信號處理機的核心處理器。本文介紹的雷達信號處理器，采用TI公司的DSP芯片TMS320C6678為主要信號處理器件，利用DSP軟件編程完成信號處理算法的實現，可以在相同的硬件平臺上實現不同的處理任務。系統集成度高、體積小且功能強大。結構靈活，可以根據需求改變設備量，具有較強的通用性和可擴展性。

1 核心處理芯片介紹

本雷達信號處理系統采用的DSP芯片是TI公司的TMS320C6678（簡稱C6678），該芯片由于采用特殊的KeyStone多核架構，這種結構能夠為多核器件中的每一個核提供全面的處理功能。因此。是一款的高性能、低功耗多核信號處理器件，多核的支持與運算能力的提高，使用戶能更好地實現復雜的并行運算。

2 主要功能介紹

雷達數字信號處理的主要方法有是PC、非相參積累、MTI、MTD、CFAR、俯仰角和方位角的誤差以及目標參數提取等，如圖1所示。其主要由中頻ADC、DDC、PC、MTD、非相參積累、CFAR、距離跟蹤器和角誤差計算等多個功能子模塊組成，如圖1所示。

3 基本算法和軟件設計

3.1 脈沖壓縮

現代雷達的脈沖信號為大時寬和大帶寬的信號保證探測距離的同時，又兼顧距離分辨力。但是這種雷達信號的回波需要采用脈沖壓縮濾波器來實現。實現方法有LFM、NLFM、相位編碼信號等。LFM可以達到較高的脈沖壓縮比，是常用的PC方法。LFM在頻率域實現數字信號的PC過程。LFM信號是一種隨著時間增加頻率線性增加或減小的信號，其數學表達式為：

S（t）=rect （t/τ）e（j2πfct）·e（jπkt2） （1）

式中，τ為脈沖寬度；fc為載波頻率；rect（t/τ）為矩形窗函數；k為調頻斜率，k=B/τ，B為發射信號的頻帶寬度。脈沖壓縮比為D=τB。

3.2 動目標指示MTI

比如某雷達的MTI設計采用三脈沖對消，對所有通道進行PC后的數據均需要進行MTI雜波對消。具體的對消方法如下：

（a）選擇當前狀態下的信號積累次數np；

（b）設某路信號在第i次積累的信號記為 Si（n），i=1，…，np， n=1，…，RN （距離通道個數），MTI對消方法為：

Sj_MTI（n）=Si（n）-2Si-1（n）+Si-2（n） （2）

其中j=i-2，i=3，…， np。

3.3 動目標檢測MTD

動目標檢測MTD就是在距離上將回波信號分為許多距離單元，然后通過M次發射的回波，在同一距離單元上進行相干積累（多普勒濾波）。這樣，不但可以SNR，還可以測量目標速度。動目標檢測可以看成是對信號的頻譜分析，通常用FFT算法來實現。

3.4 CFAR檢測

在距離維上采取滑窗處理方式，每個參考窗刪除幅度最大的DelNum個點參數說明：參考窗長度n=32前、后保護單元均為4 （在接收信號被部分截斷時，保護單元應增加）。門限因子的作用是放大檢測因子，假設基本門限因子=4，則放大后的檢測因子=4×檢測因子/32。

3.5 軟件設計

DSP多核和單核處理器編程方法區別較大，若使用多核同時進行處理并合理安排存儲空間以提高數據處理速度，減小系統響應時間。原因是多核處理需要將任務盡量分工到多個處理器同步并行完成，從而最大程度上提高算法的執行效率，因此，采用多核DSP進行雷達信號相關處理對雷達整機性能提高有重要意義。

脈沖壓縮的設計。脈沖壓縮在數字下變頻后進行，受時序驅動，需計算運算時間來和實際時序相配合，以免發生數據堵塞。經過分析，每個內核在4個探測發射脈沖的時間內可以完成數據讀取、脈沖壓縮和數據傳輸的工作。最后我們采用4個內核輪流進行脈沖壓縮，1個內核完成資源調度的安排方法來實現此功能，同時在內核之間采用共享內存和核間IPC通信方式協調同步和競爭。

4 結束語

由于這種DSP具有8個處理內核、存儲空間較大，高速接口資源較多，在雷達回波信號的實時處理中，脈沖壓縮、動目標指示MTI、動目標檢測MTD和CFAR檢測是其主要處理方式具有大數據量實時處理時能較好地體現其優越性。由實際結果可知，針對以上以這些算法，利用其多核資源，對算法進行分解，而后將其并行流水實，通過調用多個處理器資源，提高了系統的實時性及運算能力。

參考文獻：

[1]孫瑋，劉國滿.基DSP的脈沖壓縮算法的并行流水實現[J].無線電工程，2013（09）.

[2]張澤云，趙宏生，徐朝陽.基于ADSP-TS201S的雷達信號處理研究[J].艦船電子對抗，2011（03）.

[3]顧穎，張雪婷，張飚.基于ADSP-TS201S的通用雷達信號處理機的設計[J].現代雷達，2006（06）.