線(xiàn)性調頻信號頻域數字脈沖壓縮

　線(xiàn)性調頻信號具有拋物線(xiàn)式的非線(xiàn)性相位譜，能夠獲得較大的時(shí)寬帶寬積；與其它脈壓信號相比，很容易用數字技術(shù)產(chǎn)生，且技術(shù)上比較成熟；所用的匹配濾波器對回波信號的多卜勒頻移不敏感，因而可以用一個(gè)匹配濾波器處理具有不同多卜勒頻移的回波信號。這將大大簡(jiǎn)化信號處理系統，因此它在工程中得到了廣泛的應用。采用這種信號的雷達可以同時(shí)獲得遠的作用距離和高的距離分辨率。數字化的脈沖壓縮系統具有性能穩定、受干擾小、工作方式靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)，是現代脈壓系統的發(fā)展趨勢。

　　本文以TI公司的高性能的TMS320C6701浮點(diǎn)DSP芯片作為實(shí)現數字脈沖壓縮的核心器件，實(shí)現了線(xiàn)性調頻信號的頻域數字脈沖壓縮。

　　1 數字脈沖壓縮原理

　　數字脈沖壓縮采用數字信號處理技術(shù)完成相關(guān)匹配濾波，通常采用時(shí)域處理和頻域處理兩種方法實(shí)現這一過(guò)程。

　　1.1 時(shí)域脈沖壓縮處理

　　時(shí)域脈沖壓縮直接對雷達回波信號進(jìn)行卷積運算，如圖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)為A/D采樣之后的回波信號；h(n)為匹配濾波器的沖激響應信號；y(n)為時(shí)域脈壓輸入信號。采用時(shí)域方法進(jìn)行脈沖壓縮且當卷積運算速度達到A/D采樣速度時(shí)，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)脈沖壓縮處理，輸入信號的長(cháng)度不受濾波器階數的限制。但當A/D采樣頻率較高時(shí)，脈壓處理將無(wú)法實(shí)時(shí)完成。

　　1.2 頻域脈沖壓縮處理

　　頻域脈沖壓縮先對輸入回波序列進(jìn)行FFT變換，將離散輸入時(shí)間序列變換成離散譜，然后乘以匹配濾波器沖擊響應的離散譜，再用逆FFT還原成壓縮后的時(shí)間離散信號，如圖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)

　　在大時(shí)寬信號時(shí)，采用高速FFT算法，大大減少了運算量，提高了運算速度，因而現代雷達體制廣泛采用的是頻域算法。頻域算法的實(shí)現要求發(fā)展快速傅立葉變換的硬件，以前多用高速FFT運算器件實(shí)現頻域脈壓。但隨著(zhù)通用DSP器件速度的不斷加快，這些專(zhuān)用FFT器件不僅沒(méi)有了高速FFT算法運算上的優(yōu)勢，同時(shí)還伴隨有功能單一、不便于功能擴展、成本高、實(shí)現電路復雜等劣熱，因此逐漸被淘汰，取而代之的是高速DSP器件。本文正是TI公司的高性能的TMS320C6701浮點(diǎn)DSP來(lái)實(shí)現頻域數字脈沖壓縮。

　　2 TMS320C6701的結構和性能

　　TMS320C6701（以下簡(jiǎn)稱(chēng)C6701）是TI公司近年來(lái)推出的含多個(gè)處理單元的一種新型新點(diǎn)DSP芯片。它采用VLIW結構，在167MHz的主頻下可以得到1GFLOPS的高處理速度。CPU中包括報兩套對套的運算單元（L,S,M,D）和相應的兩套寄存器組，每組有16個(gè)32位寬的寄存器。每個(gè)功能單元輸入輸出端口相互獨立，可實(shí)現并行處理。

　　C6701的地址總線(xiàn)為32位，尋址范圍達到4GB。存儲空間可分為四部分：片內程序空間、片內數據空間、外部存儲空間和內部外圍設備空間，可通過(guò)對五個(gè)BOOTMODE引腳的靈活設置設定各空間的地址范圍。片內數據空間又分成兩塊，每一塊RAM被組織為八個(gè)2K×16的存儲體，使得CPU可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)不同存儲體的數據，而不會(huì )發(fā)生沖突。片內程序空間可設為Cache，存儲經(jīng)常使用的代碼，減少片外訪(fǎng)問(wèn)次數，從而提高程序運行速度。

　　C6701的外圍端口包括DMA控制器、主機接口（HPI）、中斷選擇等。兩個(gè)多通道緩存串行口（McBSP）除多通道、比緩存外，還支持多種數據格式、硬件A/μ率壓擴展 、位時(shí)鐘和幀時(shí)鐘的靈活編程，另外還提供SBSRAM、SDRAM等高速存儲器的無(wú)縫接口。

　　C6701采用間接尋址，有線(xiàn)性方式和循環(huán)方式 兩種。程序按三級流水線(xiàn)執行，即取指、譯碼、執行。C6701具有豐富 的指令集，內含50余條指令，且大部分是單周期的，可完成數據傳輸、算術(shù)邏輯運算和程序控制等功能。

　　3 頻域脈沖壓縮系統的硬件結構和原理

　　以C6701為核心器件，輔以相應的輸入輸出電路，可完成數字頻域脈沖壓縮系統的設計。實(shí)現的硬件結構如圖3所示。