郭博雷 張鵬 湯玲 杜志強

（1.中國電子科技集團公司第二十七研究所 河南 鄭州 450047；2.南京北斗創(chuàng)新應(yīng)用科技研究院有限公司 江蘇 南京 211500；3.武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室 湖北 武漢 430072）

DSP 技術(shù)在雷達信號處理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，它可以實現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、濾波等一系列處理，提高信號傳輸和接收的可靠性［1］，原因是這項技術(shù)可以使用特殊的計算機來防止精度受到不穩(wěn)定因素的影響。然而，相關(guān)研究人員沒有充分認識到DSP 技術(shù)應(yīng)用于控制系統(tǒng)的價值［2］。為此，研究人員應(yīng)分析DSP技術(shù)在雷達信號處理系統(tǒng)中的實際應(yīng)用，找出最優(yōu)控制的重點和方向。雷達信號處理系統(tǒng)的運行控制可以滿足其所在通信領(lǐng)域現(xiàn)代化發(fā)展的需要，從而使雷達信號達到升級為軟件編程的目的［3］。因此，業(yè)內(nèi)人士應(yīng)該分析DSP 信號處理對雷達信號的重要性，在此基礎(chǔ)上，找出技術(shù)應(yīng)用的難點和關(guān)鍵點，為硬件平臺的參數(shù)化和功能模塊設(shè)計提供有力支持。

1 DSP技術(shù)在雷達信號處理中的意義

DSP技術(shù)（數(shù)字信號處理技術(shù)）主要隨著計算機技術(shù)與信息技術(shù)的發(fā)展而興起與不斷發(fā)展，發(fā)展至今，已然在多個領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛性應(yīng)用。在DSP技術(shù)的實際運行過程中，主要在計算機設(shè)備、專用處理設(shè)備的支持下，以數(shù)字的形式完成采集信號、變換信號、濾波、增強或壓縮信號、識別信號等處理任務(wù)，最終生成人們所需要的信號形式并投入實際應(yīng)用［4］。通常情況下，DSP主程序的一般性流程如圖1所示。

圖1 DSP主程序一般性流程

在完成上位機的復(fù)位后，從FLASH搬運程序及數(shù)據(jù)。初始化處理，在McBSP 的支持下實現(xiàn)對A/D 模塊實際工作的設(shè)置。等待外部中斷，判斷是否轉(zhuǎn)入中斷狀態(tài)，若判斷結(jié)果為“否”，則返回上一操作；若是判斷結(jié)果為“是”，自動跳轉(zhuǎn)至數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。對采集到的數(shù)據(jù)實施處理。判斷DMA傳輸是否中斷，若判斷結(jié)果為“否”則返回上一操作；若是判斷結(jié)果為“是”，自動將數(shù)據(jù)傳遞至上位機內(nèi)，并反饋等待外部中斷步驟，以此循環(huán)運行［5］。

現(xiàn)階段，雷達信號處理系統(tǒng)主要通過對雷達接收機獲取的雷達回波信號進行處理，通過對雜波進行模數(shù)轉(zhuǎn)換和濾波，實現(xiàn)復(fù)雜噪聲環(huán)境下目標的實時檢測。系統(tǒng)可以使用提取方法獲取數(shù)據(jù)中的目標信息，即方位、距離等，當(dāng)其顯示在設(shè)備上時，完成雷達信息處理。圖2是雷達信號處理系統(tǒng)的示意流程圖。

圖2 雷達信號處理系統(tǒng)流程

然而，隨著市場的多元化發(fā)展，雷達信號處理的工作量也隨之增加，信號處理不能滿足高實時性和強穩(wěn)定性的要求［6］。為此，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)使用DSP 技術(shù)為雷達系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)處理提供條件。具體來說，就是提高雷達信號處理能力，降低體積和能耗，增強穩(wěn)定性，使雷達信號處理工作向軟件化方向發(fā)展，從而達到升級的目的。就目前而言，DSP 技術(shù)在雷達信號處理中的應(yīng)用還沒有達到預(yù)期的效果。因此，研究人員應(yīng)通過DSP對其進行分析，把握方向和重點。

2 DSP技術(shù)在雷達信號處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

對雷達信號處理的DSP 技術(shù)分析可知，DSP 具有體積小、精度高、運算速度快等優(yōu)點，它的全稱是數(shù)字信號處理技術(shù)。該應(yīng)用要求使用專用計算機使數(shù)字形式的信號完成采集、轉(zhuǎn)換、濾波，數(shù)字信號處理需要大量的數(shù)據(jù)計算。目前，市場上有兩種計算方法，即FFT和FIR 濾波器，數(shù)據(jù)處理需要多個操作。作為一種數(shù)字信號微處理器，DSP技術(shù)應(yīng)該被通用處理器所采用，以實現(xiàn)信號處理相關(guān)算法的期望［7］。

然而，雷達信號處理系統(tǒng)的速度不斷加快，對數(shù)據(jù)信息處理的需求呈現(xiàn)多樣化的趨勢，實現(xiàn)了DSP 技術(shù)的應(yīng)用效果，通過必要的調(diào)整應(yīng)達到以下需求目標。

對于主信號，為了提高數(shù)據(jù)信號處理的靈活性，雷達系統(tǒng)在識別和成像目標及探測時應(yīng)與統(tǒng)計、反射和物理相關(guān)聯(lián)。DSP技術(shù)應(yīng)優(yōu)化雷達系統(tǒng)的各種功能軟件和技術(shù)，以提高數(shù)據(jù)存儲容量、計算和數(shù)據(jù)傳輸速度。

對于信號預(yù)處理，應(yīng)根據(jù)電流的大數(shù)據(jù)量、高速和實時特性，對數(shù)據(jù)信號進行濾波、預(yù)處理、補償和預(yù)失真。

這樣，雷達信號處理系統(tǒng)就可以兼顧各個功能，實現(xiàn)各個功能的獨立性?，F(xiàn)代雷達系統(tǒng)運行和使用的趨勢是低能耗、小型化和在物理環(huán)境中分布。DSP 技術(shù)運營商需要關(guān)注更復(fù)雜的環(huán)境。

3 DSP技術(shù)在雷達信號處理中的應(yīng)用控制策略

3.1 硬件平臺建設(shè)方法

在構(gòu)建雷達信號處理系統(tǒng)之前，DSP 技術(shù)人員應(yīng)掌握操作并分析信號處理，以確定需要遵循的規(guī)范和注意事項。目前，高速信號處理方法通常采用“ASIC（FPGA）+DSP+大容量RAM”，F(xiàn)PGA 的靈活性高于ASICDSP 技術(shù)。由于該設(shè)備具有大容量RAM 并支持外部擴展RAM，因此數(shù)字信號處理能力非常高。因此，它在存儲大量數(shù)據(jù)信息的同時，還可以為目標捕獲和檢測提供條件。

在用DSP 編程設(shè)計雷達信號處理硬件平臺時，需要在系統(tǒng)接收到雷達回波后對信號進行轉(zhuǎn)換和處理。具體過程是，利用FPGA采集雷達信號并控制定時，根據(jù)DSP 提取信息和目標檢測，然后將目標信息顯示在顯示設(shè)備上。這樣，與雷達信號處理系統(tǒng)相比，用DSP編程的雷達信號處理系統(tǒng)更加靈活，原因在于系統(tǒng)將硬件平臺和軟件算法有效地結(jié)合起來，使系統(tǒng)能夠根據(jù)需要調(diào)整參數(shù)，成功地提高了信號處理的靈活性。

值得注意的是，信息提取和目標檢測作為控制算法結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，整個硬件平臺的搭建需要使用尋址方式靈活、運算速度快的DSP芯片。

3.2 參數(shù)化設(shè)計控制

雷達信號處理系統(tǒng)去除干擾雷達信號回波信號后，可進行目標檢測，獲取系統(tǒng)工作參數(shù)等有用信號。在雷達信號處理系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計中，有必要從硬件平臺的搭建入手，采用DSP技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)雷達信號處理的功能特點，提高系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計效果。這里的設(shè)計效果是通過簡化功能來提高雷達信號脈沖和復(fù)頻參數(shù)的設(shè)計效率。參數(shù)化設(shè)計中，應(yīng)注意信號波形問題，信號波形為物理量x隨t的變化，具體變化如式（1）所示：

在進行參數(shù)化設(shè)計控制時，必須注意各參數(shù)的取值，才能保證最終參數(shù)化設(shè)計的合理性。

3.3 雷達系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

由于DSP技術(shù)的對象是數(shù)字信號，因此，在雷達信號處理過程中，需要進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的質(zhì)量效應(yīng)控制。具體過程是，利用DSP技術(shù)設(shè)計雷達系統(tǒng)的功能模塊，優(yōu)化DSP編程的信號處理方法，基于DSP技術(shù)精度高、運算速度快的優(yōu)點，采用FFT設(shè)計數(shù)據(jù)處理模塊，重構(gòu)算法細節(jié)，控制處理程序占用雷達系統(tǒng)內(nèi)存。例如，系統(tǒng)模塊用于執(zhí)行傾斜消除處理，具體流程如圖3所示。

圖3 傾斜消除處理

3.4 DSP技術(shù)在功能模塊設(shè)計中的應(yīng)用

該平臺最常用的高速信號處理方法是“ASIC（FPGA）+DSP+大容量RAM”，其中，F(xiàn)PGA 的邏輯功能更適合配置條件。對于DSP 處理器的應(yīng)用，其外圍接口豐富，可編程性強，能夠存儲大量的雷達數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)雷達信號處理提供可靠的技術(shù)環(huán)境。在采用DSP 技術(shù)后，主要采用DSP 編程來實現(xiàn)所需的系統(tǒng)控制效果。在分析了系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況后，利用以往目標檢測和信號提取的特點，只能保證采集到少量的數(shù)據(jù)信息，只有使用DSP芯片，才能使用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)算法和靈活的尋址方法等算術(shù)控制要求。

由此可見，當(dāng)雷達信號處理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)靈活時，為實現(xiàn)模塊化控制和提高算法效率提供了條件。然而，有必要依靠DSP 軟件編程來促進系統(tǒng)的快速重構(gòu)。值得注意的是，基于DSP 技術(shù)構(gòu)建的雷達信號處理系統(tǒng)不會受到系統(tǒng)差異和不同標準雷達信號處理任務(wù)的影響，可通過DSP軟件編程，滿足雷達對應(yīng)信號的處理要求。

4 結(jié)語

在雷達信號處理系統(tǒng)中使用DSP技術(shù)的局限性集中在更復(fù)雜的環(huán)境條件、系統(tǒng)和標準的差異及任務(wù)上。DSP技術(shù)的應(yīng)用要求軟件編程和芯片方法不斷改造雷達信號處理系統(tǒng)，為大量任務(wù)提供高速、高精度的信號處理技術(shù)平臺。事實證明，只有這樣，DSP技術(shù)的應(yīng)用才能充分影響雷達信號處理系統(tǒng)的控制，進而推動雷達信號處理系統(tǒng)的現(xiàn)代化。研究人員應(yīng)將上述分析和科研成果應(yīng)用到不同構(gòu)成和任務(wù)標準的雷達信號處理中，以提高信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性。我國參與雷達信號處理系統(tǒng)，不會受到市場復(fù)雜因素的影響，它將以高穩(wěn)定性服務(wù)于現(xiàn)代經(jīng)濟建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。