基于A(yíng)DSP21535的中頻信號產(chǎn)生器在雷達MTI改善因子測試中的運用
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基于DSP技術(shù)、DDS技術(shù)的雷達信號中頻產(chǎn)生器可以產(chǎn)生包括線(xiàn)性與非線(xiàn)性調頻信號、相位編碼信號、單頻脈沖信號，以及它們的組合在內等多種雷達信號，是雷達等電子設備的主要測試設備。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/257241.htm1 ADSP21535簡(jiǎn)介
ADSP21535是Blackfin DSP系列產(chǎn)品的成員之一，由ADI公司和Intel公司共同開(kāi)發(fā)，采用了MicroSignal Architecture(MSA)結構。這種體系結構將dual-MAC DSP引擎，RISC式微處理器指令集的優(yōu)點(diǎn)，以及單指令多數據(SIMD)多媒體處理能力結合起來(lái)，形成了一套獨有的指令體系。其突出特點(diǎn)為速度高，性?xún)r(jià)比高且簡(jiǎn)單易用，適用于高速控制系統的設計。ADSP21535具有高達300 MHz內核時(shí)鐘；2個(gè)16位乘加器，2個(gè)40位算術(shù)邏輯單元，2個(gè)40位累加器，4個(gè)8位視頻算術(shù)邏輯單元，以及1個(gè)40位移位器。內核電壓范圍：0.9～1.5 V，I／O電壓3.3 V，有利于減小功耗。在系統的集成方面，ASDP21535系統外設包括4個(gè)定時(shí)器、16個(gè)雙向可編程標志I／O引腳、兩個(gè)異步串行通信口、兩個(gè)全雙工同步串行口、串行總線(xiàn)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門(mén)狗定時(shí)器、1×～31×倍頻的片內PLL，以及用于外設擴展的USB和PCI總線(xiàn)。在中頻信號模擬器的硬件設計當中主要用到的資源為定時(shí)器、雙向可編程標志I／O引腳、異步串行通信口及全雙工同步串行口。ADSP21535的總線(xiàn)寬度為32位，他的存儲器分為片內和片外兩部分。片內存儲器分4塊：L1指令存儲器、L1數據存儲器、臨時(shí)數據RAM和256 kB的高速SRAM。片外存儲器大體分為三塊：PCI存儲配置空間、異步存儲器空間、同步DRAM空間。本設計使用的存儲空間為片內存儲器及片外異步存儲器空間。ADSP21535的操作模式共3種：仿真模式、管理員模式及普通用戶(hù)模式。其不同之處主要在于不同的操作模式對于控制寄存器的操作權限不同，前兩者對于系統控制寄存器的操作沒(méi)有限制，后者則有限制。用戶(hù)可通過(guò)程序來(lái)設置ADSP21535的工作模式。為了便于系統的控制，我們使DSP工作于管理員模式。
2 中頻信號模擬器設計
中頻信號模擬器采用ADSP21535作為核心控制器，主要是因為其內核速度快，完成指令運算的時(shí)間短，可大大縮短DSP控制DDS芯片產(chǎn)生中頻信號所需的控制與轉換時(shí)間，使模擬輸出信號更接近于實(shí)際信號。中頻信號模擬系統的工作環(huán)境，模擬系統的工作環(huán)境包括系統射頻單元、天線(xiàn)組合等；系統射頻單元包括高速頻率合成器、上變頻器與功率放大器。整個(gè)系統由本地計算機控制。中頻信號模擬器為本系統的核心部分，負責產(chǎn)生各種雷達中頻信號及組合信號。中頻信號模擬器的硬件結構為中頻信號模擬器的系統結構，整個(gè)信號模擬器的核心部件為高速信號處理器ADSP21535和高性能直接數字頻率合成器AD9854，前者用于高速控制及波形參數的計算，后者用于中頻信號的產(chǎn)生?？删幊踢壿嬈骷﨓PM7160產(chǎn)生系統的同步信號及AD9854的頻率更新信號(updclk)，計數器芯片82C54用于產(chǎn)生ADSP21535的中斷觸發(fā)信號。
系統硬件工作分為兩個(gè)階段：
第一階段為參數初始化階段。中頻信號模擬器讀取本地計算機所發(fā)參數，調用參數整理程序，將所得到的參數加以整理分類(lèi)，轉換為所需要的控制數據，例如頻率控制字、相位控制字編碼信號的碼序列等，以便于快速地控制直接數字頻率合成器。然后，ADSP21535便開(kāi)始進(jìn)行自身及外部設備的初始化，包括內部定時(shí)器及外部定時(shí)器組、直接數字頻率合成器、雙向可編程IO引腳。完成上述步驟后，系統便進(jìn)入波形產(chǎn)生階段。第二階段為波形產(chǎn)生階段。下面以四相碼編碼調制信號的產(chǎn)生為例介紹中頻信號模擬器產(chǎn)生信號的流程。由于A(yíng)D9854只有兩個(gè)相位調整寄存器，因此要想產(chǎn)生四相碼必須使其工作于單頻模式，在updclk信號產(chǎn)生之前，將頻率字、相位字及工作模式字置入AD9854，當updclk來(lái)臨后AD9854開(kāi)始按置入的頻率字及相位字產(chǎn)生頻率為F1，初始相位為P1的單頻率信號?；趩晤l模式的工作波形，設計的四相碼信號的控制流程如下：
(1)向AD9854的頻率控制字1中寫(xiě)入四相碼的基頻。
(2)向AD9854的相位調整寄存器2內寫(xiě)入相位0度。
(3)向AD9854內寫(xiě)工作模式字000，使其工作于單頻模式。
(4)根據四相碼序列判斷相位值，并將其寫(xiě)入AD9854的相位字寄存器1內。
(5)產(chǎn)生頻率更新脈沖(updclk)，啟動(dòng)AD9854產(chǎn)生波形，同時(shí)啟動(dòng)ADSP21535的定時(shí)器，對碼元寬度進(jìn)行計數，在計數器中斷服務(wù)程序內重復(3)～(5)步驟。
3 在雷達改善因子測試中運用
改善因子I是評價(jià)MTI雷達工作質(zhì)量的一種常用的性能指標。改善因子的定義是，動(dòng)目標顯示系統輸出的信號雜波功率比(So／Co)和輸入信號雜波功率比(Si／Ci)之比值，
其中：Si和So為在目標所有可能徑向速度上取平均信號功率，G為系統對信號的平均功率增益，Co是對消濾波器輸出的剩余雜波?；夭M器用于模擬運動(dòng)目標回波。雷達工作時(shí)，能搜尋到孤立的地物回波。調整信號模擬器輸出大小，使在A(yíng)／R顯示器上模擬運動(dòng)目標回波與地物回波等幅度顯示。接通對消電路，地物回波經(jīng)對消后為剩余幅度，模擬運動(dòng)目標回波沒(méi)有受對消。增加輸出回波信號的衰減量，使模擬運動(dòng)目標回波幅度與地物回波剩余幅度相等。此時(shí)，回波模擬器輸出增加的衰減量即為測試的MTI雷達的改善因子值。3.1 測試系統的工作原理
在信號產(chǎn)生電路設計中，利用基于A(yíng)DSP21535的中頻信號產(chǎn)生器產(chǎn)生中頻信號，引入雷達的同步時(shí)鐘解決與雷達信號的同步問(wèn)題，用雷達中頻信號作為DDS電路的晶振，采用數字鎖相環(huán)技術(shù)。產(chǎn)生與雷達中頻信號完成相參的信號，通過(guò)對信號的相位旋轉控制使其產(chǎn)生多普勒頻移，通過(guò)上變頻器對信號進(jìn)行上變頻，通過(guò)信號增益控制，將信號送到被測雷達的接收機，作為測試用模擬動(dòng)目標回波信號。
3.2 測試系統的硬件組成
測試系統基于Windows操作系統，以PXI總線(xiàn)和基于A(yíng)DSP21535的中頻信號產(chǎn)生器為核心，同時(shí)配以鎖相環(huán)技術(shù)、信號上變頻器和虛擬的測試軟件，構成一個(gè)雷達改善因子測試系統。
(1)虛擬控制面板
它由Visual C++編程實(shí)現，主要完成對整個(gè)系統進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，完成控制目標回波的產(chǎn)生及改善因子測試的自動(dòng)引導。
(2)電路的硬件組成
用ADSP21535芯片中頻信號產(chǎn)生器，由與計算機的接口電路，脈沖延時(shí)電路，可變衰減和帶通濾波電路，方波產(chǎn)生電路，上變頻器以及信號增益控制電路等組成。
①用基于A(yíng)DSP21535的中頻信號產(chǎn)生器產(chǎn)生30 MHz，60 MHz，90 MHz的可變中頻的信號，引入雷達同步時(shí)鐘信號解決信號同步問(wèn)題。
②鎖相電路的設計采用數字鎖相技術(shù)利用雷達中頻信號作為基準，解決信號的相參問(wèn)題，通過(guò)可變衰減和帶通濾波將信號送至上變頻器。
③信號的上變頻電路的設計：在信號上變頻過(guò)程中，用被測雷達的高頻信號或信號源作為基準，對中頻信號進(jìn)行上變頻，最后送到雷達接收機。
3.3 基于虛擬儀器技術(shù)的系統軟件設計
3.3.1 設備驅動(dòng)器的程序設計
(1)進(jìn)入VC 6.0編程環(huán)境，從FILE菜單中選擇NEW命令，在打開(kāi)的對話(huà)框中，選擇PROJECT選擇卡，在LOCATION和PROJECT NAME輸入框中指定DLL所在的路徑和工程名稱(chēng)，并在列表框中選擇WIN32 DYNAMIC-LINK UBRARY項，按OK后創(chuàng )建一個(gè)的工程。
(2)在FILE菜單中的NEW命令打開(kāi)對話(huà)框。將ADD TO PROJECT復選框選中，并在FILE輸入相應的要創(chuàng )建的文件名稱(chēng)。選擇FILES選項卡中的C++SOURSE FILE項，確定后關(guān)閉對話(huà)框。
(3)在源文件的代碼中，將自動(dòng)插入標準的DLL入口函數。
(4)在源文件中加人頭文件。
(5)在源文件中加入自定義函數和相關(guān)代碼。
(6)頭文件是Visual C++工程自動(dòng)生成的開(kāi)始文件，在基中對函數或類(lèi)型進(jìn)行說(shuō)明。
(7)編譯和調試代碼后，點(diǎn)擊工程口中的BUILDE命令，形成動(dòng)態(tài)鏈庫應用程序JULISHDLL.DLL。
(8)將JULISHDLL.DLL放到C：／Windows／SYSTEM目錄下，便可從VB中進(jìn)行調用了。
3.3.2 VB中對DLL進(jìn)行調用
Visual Basic通過(guò)DECLARE(聲明)來(lái)訪(fǎng)的DLL，其編譯器根據聲明確定的參數，檢查數據類(lèi)型，VB在運行期間也可根據聲明確定參數，進(jìn)行壓棧，出棧的管理工作，只要程序在FROM部分或公共模塊聲明了DLL過(guò)程，用戶(hù)就可以像使用VB關(guān)鍵字或用戶(hù)定義的VB的過(guò)程一樣，方便地使用DLL的函數。
3.3.3 虛擬面板的設計
在設計虛擬面板過(guò)程中，設計一個(gè)直觀(guān)形象、布局合理、功能齊全的儀器面板。
4 結語(yǔ)
采用ADSP21535設計的中頻信號產(chǎn)生器可較好地產(chǎn)生預定波形，通過(guò)示波器觀(guān)察與實(shí)際當中的波形相符。采用此技術(shù)所研制的中頻信號模擬器可用在改善因子動(dòng)態(tài)測試，實(shí)踐證明運用DDS數字合成構建一個(gè)改善因子動(dòng)態(tài)測試系統在信號的產(chǎn)生、實(shí)時(shí)控制、動(dòng)態(tài)測量上具有方便、快捷、準確等特點(diǎn)。因而此種方法在改善因子動(dòng)態(tài)測試中有較為廣闊的運用的前景，同時(shí)在雷達裝備的生產(chǎn)和研制過(guò)程中具有較強的實(shí)用價(jià)值。在解決電子戰設備性能測試中對復雜雷達信號的仿真問(wèn)題方面具有廣泛的應用前景。
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