基于DSP的多片流水分段脈壓設計

　1 引 言
　　作為一種探測目標信息的工具，雷達在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在雷達回波信號處理中，通常利用線性調(diào)頻信號脈沖壓縮技術來獲得高的距離分辨率。他有效地解決了雷達作用距離與距離分辨率之間的矛盾，可以在保證雷達作用距離的情況下提高雷達的距離分辨力。數(shù)字脈沖壓縮就是利用數(shù)字信號處理的方法來實現(xiàn)雷達信號的脈沖壓縮，分為時域和頻域兩種實現(xiàn)方式。時域脈壓常用數(shù)字濾波器實現(xiàn)，而頻域脈壓常用專用的FFT芯片或DSP完成。一般而言，對于小時寬帶寬積信號，用時域脈壓較好；但對于大時寬帶寬積信號，用頻域脈壓較好。隨著通用DSP芯片本身處理能力的不斷提高，基于并行DSP芯片的雷達信號處理系統(tǒng)基本能夠滿足雷達脈沖壓縮信號處理實時性的需求。
　　本文針對雷達回波的實時脈沖壓縮處理，首先分析了頻域脈壓處理方法，介紹了分段脈壓原理。然后研究了基于DSP的多片流水分段脈壓設計，以某寬帶雷達回波為例，提出了基于4片ADSP-TS101芯片的高性能并行DSP硬件處理平臺設計。最后給出了硬件實現(xiàn)和實驗結(jié)果。
　　2 頻域脈壓實現(xiàn)分析
　　對接收到的信號作數(shù)字脈壓，等同于信號通過一個加權的匹配濾波器。從時域來說，輸出為信號與加權的匹配濾波器的線性卷積，等價于二者在頻域的乘積。需要注意的是兩離散信號頻率域相乘相當他們在時域作圓卷積，為使圓卷積與線性卷積等價，待處理的信號須加零延伸，避免圓卷積時發(fā)生混疊。
　　設輸入序列x（n）長度為L，系統(tǒng)沖擊響應h（n）長度為M（M《L），輸出y（n）。對于頻域處理，其運算為：
　　
　　式（1）實際上是圓卷積運算，在運算時，x（n）和h（n）必須至少補零到L+M-1點，等到x（n）完全讀入后，開始脈壓運算，得到的y（n）有效輸出長度為L點。因此頻域脈壓處理時間大致分為數(shù)據(jù)塊讀入讀出時間和脈壓運算時間?？傔\算量包括L點x（n）數(shù)據(jù)輸入、L+M-1點復FFT，L+M-1點復點乘、L+M-1點復IFFT以及L點y（n）數(shù)據(jù)輸出。
　　當輸入序列x（n）的長度L》M，直接做L+M-1點的脈壓不僅運算量大、存儲單元多，而且有很大的數(shù)據(jù)讀入讀出延遲?？梢圆捎弥丿B保留法進行分段脈壓處理。設x（n）均勻分段，每段長度為N（滿足N≥M，N+M-1接近2的整數(shù)次冪），在每段后面再補上后一段的前M-1個輸入序列值，組成N+M-1點序列，若為最后一段，則補M-1個零。每個N+M-1點序列與h（n）脈壓后，輸出的結(jié)果取前N點為每段的有效輸出。這樣按順序拼接在一起即可得到輸入序列x（n）的脈壓輸出。其原理如圖1所示。
　　
　　3 基于DSP的多片流水分段脈壓設計
　　當分段脈壓處理時，可以采用多個分段同時脈壓的并行處理技術來減少整個脈壓過程的處理時間。流水線技術（Pipeline）為并行處理系統(tǒng)設計中實現(xiàn)時間并行性提供了一種有效方法，他將輸入流水線的任務分為一串子任務，相繼的任務不斷流人流水線，利用子任務在執(zhí)行時間上的重疊（Time Interleaving），使得每個子任務都處在整個操作流程不同的處理段中，且保持在不同的完成階段來達到操作級并行。