小型雷达数字信号处理系统硬件设计与软件设计

　　摘    要：　本文通过阐述针对小型雷达数字信号处理的系统研究工作, 从硬件和软件两方面来分析雷达数字信号处理系统的相关功能、组成及原理, 最后给出数字信号处理系统在该雷达中应用的试验结果。通过分析可以发现运用小型雷达数字信号处理的方法比传统模拟信号处理更有效, 并且这种系统简化硬件设计, 使得雷达系统更加可靠, 提出完善的意见, 以供读者参考。

　　关键词：　小型雷达; 数字信号处理; 模拟信号;
 

　　0、 引言

　　本文所分析探讨的小型雷达数字信号处理系统, 是采用脉冲多普勒体制的, 其通过搭建包括天线、信号处理器、接收器以及数据处理器及伺服系统在内的整体系统, 运用数字方法进行信号的接收, 并且形成相应的雷达数字信号处理功能。这种数字信号系统主要是针对回波信号进行波谱和频率的分析, 从而实现目标频率更精准的截获以及追踪。而这些功能都是在其硬件平台基础之上的, 并且通过相应工序软件的参与才能够完成。因此, 这种小型雷达数字信号处理技术是可以依据不同使用环境而灵活选取路线和方向的, 并且可以尽快的截获到目标频率的波段。同时这样也保证了短时间内大范围搜索的特点, 并且能够达到较高的截获率及落入在一定范围内的警戒率, 提升追踪的精确度。

　　1、 小型雷达数字信号处理系统的组成及工作原理

　　小型雷达数字信号处理系统的软件组成包括接收器、多路转换开关、数据缓存处理器、数据重组处理器、压控振荡器等, 其工作原理在于首先要针对采样的数据进行数据的重组, 然后进行时域加窗的处理, 这样可以有效遏制波频旁瓣的出现, 并在此之后进行一定的波谱频率分析, 在频域进行目标信号进一步的检测, 通过运用多普勒的频率搜索技术之后就可以有效的截获目标, 并且控制对于目标的追踪。与此同时系统将会对目标的频率信息以及角误差信息进行分析, 这些将有助于在较多干扰的情况下也可以选择到需要追踪的目标。在这一系列的处理过程中, 目标频率相关的信息可以通过D/A转换器的转换作用转换成位模拟信号, 并进一步将角误差的信息通过数字信息的形式传送至相关系统。

　　2、 小型雷达数字信号处理系统硬件设计

　　2.1、 微计算机及运行导引头信号

　　对小型雷达数字信号处理系统而言, 微型计算机是其处理的核心, 一般来说这种小型雷达都会采用美国德克萨斯公司出产的TMs320C25型号的中央处理器, 这种中央处理器有着固定16位的数据总线以及地址总线。除此之外系统的硬件设备还有三组储存器, 这三组片外的存储器都是16K的高速存储器, 分别为EPROM、DRMA以及PRAM;除此之外系统还拥有十六个I/O交接口, 其对于A/D控制或者D/A输出等都有着不同的作用。

　　2.2、 正交双通道零中频处理

　　所谓正交双通道零中频处理器的处理作用, 即为一种数字信号处理系统的预处理设备, 其可以有效地将接收机的输出转变成为正交和相互渗透的双通视频信号, 只有这样才能够对采样的频率要求降到最低, 从而优化设计、节省造价, 同时可以提升产品的性价比。

　　这种正交双通道零中频处理器主要是由三路相同的双通道零中频混频器组成的, 其也是对接收器、方位差、俯仰差等方位通道的不同信号所接收的。在每一路中都是由I以及Q两条支路所组成的, 而这两条支路的差别也就是其中一条和标准电压相同, 另外的一条与标准电压相差九十度, 这一条也称为正交线路。所以一共有六路零中频的信号可以同时送到多路的转换开关处。而正交双通道的零中频处理中I/Q支路的相位电压差为九十度。也就相当于是将中频信号进行有方向的分解, 从而得出, 正交的双通道处理信号应当保留着中频信号的幅度及其信息, 并且进一步向总体系统提供复数的信号。

　　2.3、 模数转换器 (A/D) 及数模转换器 (D/A)

　　模数转换器可以有效的接收八路的模拟信号进行输入, 而为了进一步降低模数转换不一致的误差, 不同通道可以采用同样的A/D芯片进行共享。这种芯片可以通过快速多种顺序的开关转换来对于不同路的信号进行采样和分析。所采样的数据首先是还存在双端口的存储器中的, 而优于使用了双端口的存储器, 就可以实现进一步的采样以及数据采取并行工作。其双端口的特性可以十分有效的连接两套地址以及数据总线。所以只要不在访问时访问同一个地址单元, 就可以多方面的采取数据, 并从一个端口录入, 在收到转换后的数据之后也可以从另外的端口进行程序读出, 双方也是互不影响的。而数模的处理系统就主要是针对中频的VCO电压进行控制, 同时采取角追踪的回路方式进行信号的控制, 这期间一共设置了六路的D/A转换。

　　3、 小型雷达数字信号处理系统的软件设计

　　对于小型雷达数字信号的处理而言, 可以采用雷达数字信号处理的方式, 运用一定的程序汇编语言, 对相应的处理软件进行编制。这些程序的开发也运用了模块化的设计技术, 通过自顶向下的方式将系统功能逐渐分解, 这种处理软件一般都是由多个特有的功能模块所组成的, 并且主要分为总控制、工作控制、算法控制、子程序控制等不同的层次。而为了更有效的实现目标波段频率的截获, 应当在给定的波段范围内进行信号的搜索, 确定目标波段频率区间之后确定中心点的频率, 进一步就可以将这个频率数值转换成为一定的VCO控制电压。

　　4、 小结

　　采用脉冲多普勒体制的小型雷达数字信号处理系统, 其通过搭建包括天线、信号处理器、接收器以及数据处理器及伺服系统在内的整体系统, 运用数字方法进行信号的接收, 并且形成相应的雷达数字信号处理功能。在具体的使用过程中系统通过D/A转换器的转换作用将信息转换成位模拟信号, 并将角误差的信息通过数字信息的形式传送至角误差系统。系统就可以对目标的频率信息以及角误差信息进行分析, 并且有助于在较多干扰的情况下选择到需要追踪的目标。

　　参考文献：

　　[1]朱新平.基于Zedboard的PD雷达数字信号处理器的设计与实现[D].西安电子科技大学, 2015.
　　[2]朱伟.米波数字阵列雷达低仰角测高方法研究[D].西安电子科技大学, 2013.
　　[3]孙丽丽.雷达信号处理系统仿真研究及其FPGA实现[D].哈尔滨工业大学, 2009.