多DSP系統(tǒng)實現(xiàn)雷達極化信號兩對IQ的采集和處理

摘要：基于雷達極化信號處理技術，設計了一種多DSP方案，實現(xiàn)對雷達極化信號兩對IQ的采集和極化處理。主要包括：采集和校正、極化參數(shù)估計、極化濾波、極化檢測、PCI接口等功能單元。介紹通過總線開關多DSP共享數(shù)據(jù)的方法、多DSP之間的時序控制、PCI訪問存儲器等幾個難點問題。

系統(tǒng)設計的背景是接收和處理L波段脈沖體制窄帶警戒雷達變極化改裝后輸出的雙路IQ信號。雙路正交天線接收和下變頻解調系統(tǒng)的框圖見圖1。水平IQ信號反映了雷達目標回波水平方向反射的幅度和相位信息，垂直IQ信號反映了雷達目標回波垂直方向反射的幅度和相位信息。綜合雙路IQ信息，可以得到雷達目標回波的極化狀態(tài)。極化處理單元的設計是本文討論的重點。

1 極化信號采集和處理系統(tǒng)電路的設計

1.1 電路設計概況

電路提供了極化采集和處理的硬件平臺。功能單元包括：采樣和校正、術化特征參數(shù)計算單元、虛擬極化加權單元、根據(jù)檢測單元、總控單元以及PCI接口等。

圖1

電路實現(xiàn)框圖如圖2、圖3所示。該電路的特點是功能模塊化、邏輯編程控制。多DSP（4片TMSC5402）同時工作，靈活方便地實現(xiàn)各種極化算法。

1.2 采集和幅相校正

極化信號的采集要求四路信號保持良好的幅相一致性。因此四路信號經(jīng)過信號調理和AD采樣后，在CPLD1中做FIR幅相校正。修正包括天線通道在內的通道不一致以及正交垂直度的誤差。

1.3 總線開關和DSP數(shù)據(jù)共享

四路數(shù)字化的IQ信號存放在乒乓存儲的DPRAM中，由CPLD做總線開關切換邏輯，使極化數(shù)據(jù)可以被DSP1和DSP2單片分時共享。

圖2

1.4 極化特征參數(shù)估算單元（DSP2）

該單元利用采集到的極化數(shù)據(jù)，估算目標或者雜波的特征極化。采用TI公司的C5402DSP完成。TMS320C54x系列是TI公司TMS320 DSP家族中的一個定點DSP系列。該系列采用16位先進的修正哈佛總線結構，內建具有高度并行性的邏輯算術單元、專用硬件邏輯、豐富的片上外設以及多種片上存儲器組織，由于采用6級深度的指令流水線，大大提高了程度的執(zhí)行�；�本參數(shù)如下：時鐘頻率100MHz，單指令周期10ns，片上雙口RAM（DARAM）16K字，片上ROM 4K字。數(shù)據(jù)/程序空間為64K/64K字，還有6個DMA通道。DSP2讀取數(shù)字化的極化數(shù)據(jù)，并差別如在工作窗口之內，則啟動估算程序。估算出的目標或雜波的特征極化，送到DPRAM中，由DSP1單元讀走。

1.5 幅相加權單元（DSP1）

該單元對采集的極化數(shù)據(jù)進行虛擬加權處理。權系數(shù)來自于極化特征參數(shù)估算單元（DSP2）。加權運算后的數(shù)據(jù)通過FIFO緩存以后，DA輸出。另外也可以送到下一個DSP單元做極化檢測等處理。

圖3

1.6 極化檢測和合并單元（DSP3）

該單元接收經(jīng)過DSP1單元做極化濾波處理的極化數(shù)據(jù)，做極化檢測算法驗證。同時做點跡合并，送到FIFO緩存。通過PCI接口送到顯控計算機，顯示極化運算效果。該單元也采用C5402DSP完成。

1.7 總控單元（DSP4）

該單元是整個電路的總控。傳達顯示計算機的操作模式指令到各個分單元。觀察窗口的建立、按方位排序和取消等工作也由該單元完成。另外，極化參數(shù)估算單元的結果也通過該單元送到DPRAM中緩存。顯控計算機通過PCI接口讀取極化參數(shù)。該單元采用TI TMS C5402完成。

1.8 PCI接口

PCI接口采用PLX9054實現(xiàn)。采用C模式。顯控計算機讀寫FIFO和DPRAM，實現(xiàn)傳達工作模式控制極化參數(shù)讀取以及極化處理后數(shù)據(jù)讀取的任務。

1.9 SDC方位單元

該單元接收雷達自整角機送來的400Hz方位信號，通過SDC模塊轉換成數(shù)字量。CPLD對SDC模塊做邏輯控制和方位數(shù)字量的緩存。方位信息一路送到PCI接口給顯示計算機；一路送到DSP2單元，判斷方式是否進入預定的工作窗口。

1.10 邏輯控制

板上所有邏輯均由CPLD或者FPGA控制。靈活方便，易于修改。

2 幾個難點問題的設計

2.1 總線開關實現(xiàn)多DSP共享數(shù)據(jù)

圖4方法用的芯片多，對板上的譯碼控制、印制板走線都帶來困難。設計采用了總線切換和乒乓讀的方式見圖5，用一片CPLD實現(xiàn)兩個DSP對一組數(shù)據(jù)的分享。

方法是DSP1先讀上面兩片DPRAM，與此同時，DSP2讀下面兩片DPRAM。也就是DSP1數(shù)據(jù)總線掛在上面兩片DPRAM上，DSP2數(shù)據(jù)總線掛在下面兩片DPRAM上。當DSP1讀完后發(fā)信號SW_EN1置1申請交換。同樣，DSP2讀完后也發(fā)SW_EN2置1申請交換。如果SW_EN1和SW_EN2均為1，即可以交換，DSP1上數(shù)據(jù)線掛在下兩片DPRAM，而DSP2數(shù)據(jù)線掛在上兩片DPRAM上。實現(xiàn)兩個DSP共享交叉讀一組雙口RAM數(shù)據(jù)。注意：切換發(fā)生后，產(chǎn)生一個信號SW_BUS，兩個DSP各自采樣到這個信號，表示可以讀另外兩片DPRAM的數(shù)據(jù)了。從時序圖6上可以看到，總線切換后，有20ns左右的不穩(wěn)定期。所以在收到SW_BUS信號為1時，DSP要延時20ns再讀另外的兩片DP

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