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(多图) 基于DSP的雷达视频信号数字采集与检测

来源:单片机及嵌入式系统应用/作者:孙海善?? 2007年09月13日 ?? 收藏0

  引 言

  反应速度更快、精度更高、目标的自动录取、使操作员能够同时处理多批目标,是现代雷达所追求的技术指标。雷达视频信号数字采集和检测是达成这样目标的前提条件。众所周知,雷达对目标位置的测量,主要是依据目标回波相对于发射电波的延迟时间以及雷达天线的方向来决定的。电波的传播速度极快,传播l海里的时间大约只有12.35μs,雷达发射电波的间隔一般在ms数量级。在此间隔时间内,理论上最多会有成百上千个目标的回波。要在如此短的时间之内,对这么多的目标回波信号进行数字采集和处理,快速的采集器件及高速计算机处理器必不可少。DSP(Digital Signal Processor)芯片,即数字信号处理器,就是这样一种特别适用于进行这种实时信号处理的微处理器。本文以某雷达的技术参数为参考,用TMS320VC5402作为信号处理器,以AD9223为A/D变换器,采用双端口存储芯片IDT7203作数据暂存存储器,介绍一种实现雷达回波信号的数字采集和处理方法。

  1 主要器件特性

  TMS320VC54x是TI公司开发的低功耗、高性能数字信号处理芯片,主要应用于无线通信系统及雷达信号处

理系统等。本文所采用的TMS320VC5402芯片是此系列的一个典型产品。该芯片的主要特点有:速度快,指令周期10 ns,运算能力为100 MIPS;强大的寻址能力,最大可寻址外部存储器1 M×16位,内置16 K×16位的RAM,4K×16位的ROM;40位的算术逻辑运算单元(ALU),包括2个独立的40位累加器和1个40位的桶形移位寄存器;1个17位×17位的硬件乘法器和1个40位的专用加法器,乘法器/加法器单元可在一个流水线状态周期内完成一次乘法累加运算(MA)。

  AD9223是一种采用高速CMOS处理和新颖的4级流水线结构的高性能、低噪声、单电源、12位模/数变换器。适用于航海、通信、雷达、医疗等领域的数据采集系统。其主要特点有:高速度、高分辨力,采样时钟频率可达3 Msps,分辨力为12位;单时钟输入,采用单时钟输入控制内部所有的转换周期;模拟信号输入灵活,真正的差分输入结构允许模拟信号以单端或差分两种分式输入;灵活的参考电压,适应不同应用的精度及温度漂移的要求,参考电压可选择内部或外部(1 V或2.5 V);采用4级流水线结构及宽带取样保持放大器(SHA),使器件在每个时钟周期都可捕获输入的采样信号,数据的输出延时为3个时钟周期。

  IDT7203是一种双端口先进先出(FIFO)9位存储缓冲器,存储容量为2 KB。输入和输出具有各自的地址指针,每一个读或写操作,对应的输出及输入地址指针自动加1。复位信号可将两个地址指针全部清除。对外提供数据区空(empty)、半满(half-full)及满(full)信号,用来指示器件的状态。最快读写速度为12 ns。

  2 二级门限判决的工作原理

  雷达的视频信号中始终包含有目标信号和噪声信号,即x(t)=s(t)+n(t)。雷达信号处理的根本目的就是,从接收到的视频信号x(t)中提取出有用的目标信号s(t),滤除无用的杂波或干扰信号n(t)。在进行雷达信号处理时,预先并不知道目标在一定条件下出现的概率,也很难确定一次漏警所造成的损失,故常采用奈曼一皮尔逊准则,即在允许一定虚警概率的条件下,使漏警概率达到最小。二级门限判决方法,是一种有效而实用的雷达信号处理方法。

  2.1 二级门限判决原理

  由最佳检测理论知道,对于非相参高频脉冲串,采用检波后的积累(视频积累)来改善雷达检测性能是一种最佳方案,其原理如图1所示。这种方案若采用模拟电路处理,比较复杂,实现起来也相当困难;若采用数字化处理,直观的办法是将雷达接收机的视频信号按距离(时间)和幅度进行量化处理变为数字信号,然后存储N个重复周期。对每一个重复周期按距离单元对每一个单元的信号幅度值设定一个门限值(r0),称为第一门限。对每一个重复周期所量化的所有距离单元的视频信号值x(ti),与其相对应的门限值roi进行幅度值的比较。如果视频信号值超出它的门限值,认为是“可能目标”信号;否则,认为无信号。这个过程称为第一级门限判决。对应于每一个重复周期内每一个距离单元所建立的第一门限值(roi)是各不相同的,而且,每一个重复周期所建立的也各不相同。这里将每一个重复周期所建立的第一门限值的集合称为杂波均值估值表或叫杂波图。对于“可能目标”信号,并不能肯定它一定是目标信号。因为有时突发的杂乱干扰信号或随机噪声信号,各次扫描的取样是不相关的。它们可能会偶然一二次超过第一门限值,但连续多次超过第一门限值的可能性很小;而对于目标来说,相邻各次扫描均应有回波信号,在N个取样中连续超过第一门限值的概率较大。因此,需要按距离单元将超过各自第一门限值的量化脉冲进行计数,如果在N个重复周期中有K个以上的量化脉冲超过各自的第一门限值,则判决为有信号。这个过程称为第二级门限判决(K/N判决),而K/N称为第二门限值,工作原王单如图2所示?


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DSP? 雷达视频信号? 数字采集? 检测?

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