基于A(yíng)DSP-TS201的／雷達恒虛警實(shí)現

1 引言

　　雷達恒虛警(CFAR-Constant False Alarm Rate)在雷達系統中有著(zhù)重要的作用和地位。恒虛警處理可以避免雜波變化影響的檢測閾值，提高雷達在各種干擾情況下的檢測能力。

　　美國模擬器件公司(ADD的ADSP-TS201處理器具有高速運算能力、可時(shí)分復用、并行處理、數據吞吐率高等特點(diǎn)。該處理器片內集成大容量存儲器，性?xún)r(jià)比高，并兼有ASIC和FPGA的信號處理性能、指令集處理器的高度可編程性與靈活性，適用于高性能、大存儲量的信號處理和圖像應用。本文主要討論基于ADSP-TS201的恒虛警實(shí)現方法。

2 ADSP-TS201簡(jiǎn)介

　　ADSP-TS201采用超級哈佛結構，靜態(tài)超標量操作適合多處理器模式運算，可直接構成分布式并行系統和共享存儲式并行系統。ADSP-TS201的主要性能指標如下：

最高工作主頻600 MHz(1.67 ns指令周期)；
支持IEEE浮點(diǎn)格式32 bit數據和40 bit擴展精度浮點(diǎn)格式。同時(shí)支持8／16／32／64 bit的定點(diǎn)數據格式；
允許128 bit的數據、指令和I／O端口訪(fǎng)問(wèn)，內部存儲器帶寬33.6 GB／s；
32 bit的地址總線(xiàn)提供4 G的統一尋址空間；
14通道的DMA控制器支持硬件和軟件中斷，支持優(yōu)先級中斷和嵌套中斷；
4個(gè)全雙工LINK端口支持最達500 MB／s的傳輸速度；
JTAG仿真接口允許多片DSP仿真。

3 ADSP-TS201與TS101性能比較

　　ADSP-TS201與ADSP-TS101相比，主要在運行速度、存儲器結構和鏈路口結構上有差別，如表1所列。通過(guò)比較可以看出ADSP-TS201的性能比較好，故選用ADSP-TS201實(shí)現雷達恒虛警檢測。

4恒虛警檢測原理

4.1選大單元平均CFAR(GO-CFAR)

　　云雨雜波和低分辨率雷達的海浪和地物雜波的包絡(luò )服從瑞利分布，其概率密度函數為：

 
　　門(mén)限VT一旦確定，背景噪聲(干擾)和雜波干擾會(huì )使虛警概率增加，因此恒虛警處理十分必要。雜波干擾環(huán)境通常采用單元平均恒虛警。實(shí)際工程中為了消除雜波邊緣內側虛警顯著(zhù)增大，采用選大單元平均恒虛警。

　　選大單元平均CFAR通過(guò)兩側2L個(gè)距離單元數據平均值估算雜波功率，用雜波功率對所檢測的距離單元數據進(jìn)行歸一化并乘以門(mén)限，作為檢測門(mén)限。檢測門(mén)限與檢測單元比較，超過(guò)門(mén)限判斷為有目標，低于門(mén)限判斷為無(wú)目標。

4.2雜波圖

　　雜波圖可認為是CFAR中的一種，采用參考樣本估計雜波電平。將雷達周?chē)亩S平面劃分成許多方位距離單元，再將每個(gè)方位距離單元的接收信號存入存儲器，每個(gè)存儲單元對應一個(gè)方位距離單元。一個(gè)雜波圖單元可以由一個(gè)或幾個(gè)分辨單元組成。按照不同的距離和不同的波位計算并存儲雜波圖，利用雜波圖數據設置門(mén)限并與雷達回波相比較，檢測低速目標。 雜波圖分為動(dòng)態(tài)雜波圖和靜態(tài)雜波圖。靜態(tài)雜波圖是在雷達建站時(shí)或者定期對雷達周?chē)碾s波環(huán)境進(jìn)行測量，靜態(tài)雜波圖對雷達回波信號按照特定公式進(jìn)行歸一化處理，一般用于接收機控制增益。而動(dòng)態(tài)雜波圖隨著(zhù)天線(xiàn)掃描，每個(gè)方位單元存儲的信號遞歸更新，天線(xiàn)多圈掃描后，幅度雜波圖存儲相應方位距離單元的雜波均值。檢測門(mén)限為相應方位距離單元雜波均值與門(mén)限之積。如果被檢測信號大于門(mén)限，則判為有目標，否則判為無(wú)目標。 5 恒虛警在A(yíng)DSP-TS201上的實(shí)現

5.1運算量、存儲量分析及時(shí)間估計

　　首先分析選大單元平均CFAR的運算量和時(shí)間。以某一重復頻率為例(重復頻率為184μs，無(wú)模糊距離為27.6 km)，整個(gè)距離的數據量約為3.6 K個(gè)32 bit的字。處理一幀數據的時(shí)間約185.5 ms。經(jīng)多普勒補償后數據量翻倍，實(shí)際處理一幀數據(定浮點(diǎn)轉換、取模、CFAR)的時(shí)間約為314.5 ms。因此僅用一片ADSP-TS201是無(wú)法實(shí)現的。

　　然后分析雜波圖的存儲量。將雷達周?chē)亩S平面劃分為6個(gè)掃描區，每個(gè)掃描區有91個(gè)波位，每個(gè)波位存10層(前后各5層)雜波數據。若一個(gè)雜波圖單元由2個(gè)分辨單元組成，則一個(gè)雜波圖單元存儲16 bit，一個(gè)掃描區最大存儲量約為30 M，ADSP-TS201內存不能存儲雜波圖數據。

5.2硬件實(shí)現

　　采用兩片ADSP-TS201實(shí)現硬件設計，每個(gè)處理器都連接一個(gè)32 MB×16 bit的SDRAM。硬件連接圖如圖1所示。

　　圖中，L表示鏈路口；F表示FLAG引腳；I表示外部中斷引腳；IO表示輸入輸出引腳；DATA表示數據口。

　　DSP1與Flash相連接用于啟動(dòng)，DSP2與FPGA連接用于接收來(lái)自FPGA脈壓后的復數數據。兩個(gè)處理器之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信是通過(guò)鏈路口互聯(lián)實(shí)現的，每個(gè)鏈路口以雙向全雙工方式工作。兩個(gè)DSP各自連接SDRAM用于存儲雜波圖數據。DSP1采用EPROM加載方式，DSP2通過(guò)鏈路口加載。

5.3軟件實(shí)現

　　軟件設計主要實(shí)現：定浮點(diǎn)轉換、取模、雜波圖檢測以及CFAR處理。每部分程序都是一個(gè)子程序，便于調用、調試?？紤]到實(shí)時(shí)性要求，程序采用匯編語(yǔ)言，片內利用ADSP-TS201的X，Y雙運算塊并行運算。由于選大單元平均CFAR處理要對兩側L個(gè)臨近單元求和，取?？芍苯忧蠛?，把取模和CFAR用一個(gè)子程序完成，減少了讀取數據的時(shí)間。圖2、圖3分別為DSP1、DSP2的軟件處理流圖。

　　DSP1主要完成加載，頻率通道號為奇數行數據的雜波圖檢測和CFAR，并將一幀數據檢測到的目標信息發(fā)送給接口板。DSP1的鏈路口3與接口板相連，將合并后的結果送給接口板用于模糊。

　　DSP2接收來(lái)自FPGA脈壓后的數據，將頻率通道號為奇數的數據發(fā)送至DSP1，偶數行數據DSP2自行處理。一幀數據處理結束，DSP2將檢測到的目標信息送至DSP1，經(jīng)DSP1合并后再送出。

6系統仿真結果

　　軟硬件設計完成后，進(jìn)行功能測試。圖4是背景雜波服從瑞利分布時(shí)，采用ADSP-TS201匯編語(yǔ)言對整個(gè)雷達目標恒虛警檢測過(guò)程仿真得到的結果。采樣點(diǎn)數為1 024點(diǎn)。需要指出的是，恒虛警檢測算法會(huì )帶來(lái)不同程度的恒虛警損失，與鄰近單元的個(gè)數L和積累周期數有關(guān)，因此在實(shí)現時(shí)要盡量減小恒虛警損失。

7 結束語(yǔ)

　　介紹了在A(yíng)DSP-TS201上實(shí)現雜波背景中雷達目標的恒虛警檢測方法，具體討論了實(shí)現過(guò)程中軟硬件設計，并給出了系統仿真結果。