DSP在雷达信号处理中的应用.doc

DSP在雷达信号处理中的应用 张卫杰博士（清华大学电子工程系） 引言 DSP是一种基于精简指令集对信号进行变换、滤波、估值、增强、压缩等处理，电器、多媒体系统、雷达卫星系统、移动通信、网络会议、医学仪器、实时图像识别与处理、联合战术无线电系统和智能基站等处理速度快、实时性算法的实现。高适应性和多功能是现代雷达系统所应有的两个基本特征，在复杂杂波环境下多任务。测定目标分析处理判定属性和威胁程度DSP的 现代雷达信号处理系统是典型的实时并行处理系统，采用模块化设计，多种模块组成构成一个通用硬件平台，然后根据软件雷达的思想，通过改变算法和软件，使其适应不同的工作环境和任务需要WRSP1（Weather Radar Signal Processor 1）全功能天气雷达信号处理器，由三类模块构成，采用多并行方式，能够实时完成当今天气雷达信号多普勒处理的PPP（脉冲对）、FFT五种算法高集成，高精度，高度灵活，高稳定质量和低成本。 图1 另外，同一种DSP处理模块采用不同的结构进行组合，也会直接影响系统的工作效率、适应性等技术指标。国内某大学研制了大存储容量4 DSP通用高速信号处理板，并采用多种不同结构应用于SAR实时成像处理器研制中。1（a）采用并行处理方式，每个处理模块单元，运行处理程序，负责一景图像的处理，多个模块完成多景图像的处理，是典型的单指令流多数据流SIMD）结构。如1（b）采用总体串行、局部并行的布局，对于，采用串行处理，提高处理速度对于，采用并行处理多指令流多数据流MIMD）。系统结构和算法流程耦合 数据传输与互连技术的选择直接影响雷达信号处理系统结构。数据传输技术，进行分析和比较。高性能工作站采用总线结构实现数据交互是常见的一种数据传输技术，可以分为专用总线和通用总线两类。专用总线通用总线PCI系列、VME等由于是工业标准，可以得到很多厂商软硬件技术支持，。现有的通用总线共享，总线结构当多个设备每个设备共用总线带宽，需要分时占用总线，每个设备可使用的总线带宽不足。总线提高性能的办法是增加总线位宽，提高频率，流水处理，切分传输。 交叉开关互连技术是一种动态互连技术，采用通道开关实现，可以动态地改变拓扑结构，使用户在通信过程中方便实现点对点的数据传输，提高通信带宽。。专用互连技术是指一些DSP等芯片的数据传输技术。典型是Sharc系列DSP使用的LINK技术。LINK技术可以使所有DSP之间形成一个立方体连接形式，实现一种动态的全互联网络；通过中间结点的接力，使得任意两DSP均可互通。因此，基于Sharc系列DSP构建的处理板，既可以实现板内互连，又可以实现板间互连。但缺点是采用了存储转发式的操作，延时大，降低了效率。 互连技术专用互连技术交叉开关。动态存储器（DRAM）静态存储器（SRAM）双口存储器（Dualort RAM，简称DPRAM）先进先出存储器（FIFO）SDRAM具有容量大成本低速度快的优点，通常作为数据矩阵的存储介质。SDRAM对于连续地址存储空间的访问效率非常高，但是在地址跳变的随机访问情况下，大量的翻页操作而使得访问效率降低数倍。例如在SAR成像处理中，需要对数据矩阵转角存储。一般情况下，数据矩阵在存储器中以行为单位顺序存放，当DSP读取矩阵列时，由于进行非连续地址访问，严重降低了SDRAM的读写效率，直接影响实时成像。为了解决这个问题，许多文献提出了解决方案。例如文献[7]中专门设计了针对转置操作的硬件电路，实现专用的转置存储模块；文献[8]中则利用DSP芯片的DMA地址跳变能力，利用乒乓缓存的方式抵消转置读写操作的时间消耗。文献[9]则重点介绍矩阵分块映射的方法。这些方法都实现DSP对数据矩阵在行列方向上的高效率访问。 当前，高性能DSP，如TS201/101和TMS320C6000系列，都提供了SDRAM控制器，实现了DSP对海量数据的高效管理，但是，相对新一代雷达对存储能力和访问速度的需求，还存在一定的差距。许多公司提供了技术更先进的接口技术，例如TUNDRA公司的Tsi108接口桥芯片就提供了2GB空间的133MHz的DDR SDRAM控制器。此外，还可以通过FPGA开发DDR SDRAM和DDR II SDRAM控制器，使DSP访问SDRAM效率得到成倍提高。 雷达信号处理器软件的开发 软件是系统的灵魂，硬件是系统软件的基础。雷达信号处理系统软件开发不同于一般的软件，其核心是基于DSP的嵌入式软件，主要任务不是对数据执行变换，而是在各种硬件设备上执行相应的算法，完成相应的功能，而计算机仅仅提供人机交互界面，进行系统监控和显示结果。这种软件系统的开发采用了分层方法，把软件分为底层软件和顶层软件两个相对独立的部分。其中底层软件完成 DSP 等硬件资源的控制和相应的算法，顶层软件运行于