线性调频信号频域数字脉冲压缩

2012-02-29 13:44:20来源: 21ic

  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。

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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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