线性调频信号频域数字脉冲压缩

2012-02-29 13:44:20来源: 21ic 关键字:调频信号  频域  数字脉冲

  线性调频信号具有抛物线式的非线性相位谱,能够获得较大的时宽带宽积;与其它脉压信号相比,很容易用数字技术产生,且技术上比较成熟;所用的匹配滤波器对回波信号的多卜勒频移不敏感,因而可以用一个匹配滤波器处理具有不同多卜勒频移的回波信号。这将大大简化信号处理系统,因此它在工程中得到了广泛的应用。采用这种信号的雷达可以同时获得远的作用距离和高的距离分辨率数字化的脉冲压缩系统具有性能稳定、受干扰小、工作方式灵活多样等优点,是现代脉压系统的发展趋势

  本文以TI公司的高性能的TMS320C6701浮点DSP芯片作为实现数字脉冲压缩的核心器件,实现了线性调频信号的频域数字脉冲压缩。

  1 数字脉冲压缩原理

  数字脉冲压缩采用数字信号处理技术完成相关匹配滤波,通常采用时域处理和频域处理两种方法实现这一过程。

  1.1 时域脉冲压缩处理

  时域脉冲压缩直接对雷达回波信号进行卷积运算,如图1所示。其算式如下:

  s(n)=s1(n)+jsQ(n);h(n)=hI(n)+jhQ(n)

  y(n)=s(n)×h(n) (1)

  式中,s(n)为A/D采样之后的回波信号;h(n)为匹配滤波器的冲激响应信号;y(n)为时域脉压输入信号。采用时域方法进行脉冲压缩且当卷积运算速度达到A/D采样速度时,可以进行实时脉冲压缩处理,输入信号的长度不受滤波器阶数的限制。但当A/D采样频率较高时,脉压处理将无法实时完成。

  1.2 频域脉冲压缩处理

  频域脉冲压缩先对输入回波序列进行FFT变换,将离散输入时间序列变换成离散谱,然后乘以匹配滤波器冲击响应的离散谱,再用逆FFT还原成压缩后的时间离散信号,如图2所示。其算式如下:

  S(k)=FFT(s(n));H(k)=FFT(h(n))

  y(n)=IFFT(S(k)×H(k))=IFFT(FFT(s(n))×FFT(h(n))) (2)

  在大时宽信号时,采用高速FFT算法,大大减少了运算量,提高了运算速度,因而现代雷达体制广泛采用的是频域算法。频域算法的实现要求发展快速傅立叶变换的硬件,以前多用高速FFT运算器件实现频域脉压。但随着通用DSP器件速度的不断加快,这些专用FFT器件不仅没有了高速FFT算法运算上的优势,同时还伴随有功能单一、不便于功能扩展、成本高、实现电路复杂等劣热,因此逐渐被淘汰,取而代之的是高速DSP器件。本文正是TI公司的高性能的TMS320C6701浮点DSP来实现频域数字脉冲压缩。

  2 TMS320C6701的结构和性能

  TMS320C6701(以下简称C6701)是TI公司近年来推出的含多个处理单元的一种新型新点DSP芯片。它采用VLIW结构,在167MHz的主频下可以得到1GFLOPS的高处理速度。CPU中包括报两套对套的运算单元(L,S,M,D)和相应的两套寄存器组,每组有16个32位宽的寄存器。每个功能单元输入输出端口相互独立,可实现并行处理。

  C6701的地址总线为32位,寻址范围达到4GB。存储空间可分为四部分:片内程序空间、片内数据空间、外部存储空间和内部外围设备空间,可通过对五个BOOTMODE引脚的灵活设置设定各空间的地址范围。片内数据空间又分成两块,每一块RAM被组织为八个2K×16的存储体,使得CPU可以同时访问不同存储体的数据,而不会发生冲突。片内程序空间可设为Cache,存储经常使用的代码,减少片外访问次数,从而提高程序运行速度。

  C6701的外围端口包括DMA控制器、主机接口(HPI)、中断选择等。两个多通道缓存串行口(McBSP)除多通道、比缓存外,还支持多种数据格式、硬件A/μ率压扩展、位时钟和帧时钟的灵活编程,另外还提供SBSRAM、SDRAM等高速存储器的无缝接口。

  C6701采用间接寻址,有线性方式和循环方式 两种。程序按三级流水线执行,即取指、译码、执行。C6701具有丰富的指令集,内含50余条指令,且大部分是单周期的,可完成数据传输、算术逻辑运算和程序控制等功能。

  3 频域脉冲压缩系统的硬件结构和原理

  以C6701为核心器件,辅以相应的输入输出电路,可完成数字频域脉冲压缩系统的设计。实现的硬件结构如图3所示。

[1] [2]

关键字:调频信号  频域  数字脉冲

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0229/article_4727.html
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