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多DSP系統實現雷達極化信號兩對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共享數據的方法、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。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、術化特征參數計算單元、虛擬極化加權單元、根據檢測單元、總控單元以及PCI接口等。
圖1
電路實現框圖如圖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數據共享
四路數字化的IQ信號存放在乒乓存儲的DPRAM中，由CPLD做總線開關切換邏輯，使極化數據可以被DSP1和DSP2單片分時共享。
圖2
1.4 極化特征參數估算單元（DSP2）
該單元利用采集到的極化數據，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行。基本參數如下：時鐘頻率100MHz，單指令周期10ns，片上雙口RAM（DARAM）16K字，片上ROM 4K字。數據/程序空間為64K/64K字，還有6個DMA通道。DSP2讀取數字化的極化數據，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據進行虛擬加權處理。權系數來自于極化特征參數估算單元（DSP2）。加權運算后的數據通過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）
該單元接收經過DSP1單元做極化濾波處理的極化數據，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。該單元采用TI TMS C5402完成。
1.8 PCI接口
PCI接口采用PLX9054實現。采用C模式。顯控計算機讀寫FIFO和DPRAM，實現傳達工作模式控制極化參數讀取以及極化處理后數據讀取的任務。
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模塊轉換成數字量。CPLD對SDC模塊做邏輯控制和方位數字量的緩存。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 總線開關實現多DSP共享數據
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實現兩個DSP對一組數據的分享。
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數據總線掛在上面兩片DPRAM上，DSP2數據總線掛在下面兩片DPRAM上。當DSP1讀完后發信號SW_EN1置1申請交換。同樣，DSP2讀完后也發SW_EN2置1申請交換。如果SW_EN1和SW_EN2均為1，即可以交換，DSP1上數據線掛在下兩片DPRAM，而DSP2數據線掛在上兩片DPRAM上。實現兩個DSP共享交叉讀一組雙口RAM數據。注意：切換發生后，產生一個信號SW_BUS，兩個DSP各自采樣到這個信號，表示可以讀另外兩片DPRAM的數據了。從時序圖6上可以看到，總線切換后，有20ns左右的不穩定期。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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