超高速雷达数字信号处理技术

 　　4.系统的实现与性能测试

　　(1)系统的实现　系统中采用了单片超高速AD芯片加全局存储器的体系结构，并采用单片机构成系统与IBM-PC计算机的接口，使数据采集的结果可以在计算机中显示并加以处理(图1).其中，为降低对存储器速度的要求，采用了分路数据输出的方式，使存储器的速度降低为AD变换速度的一半.存储器的周边器件采用ECL芯片.信号之间的连线采用微带或带状传输线，并端接了合适的端接电阻.

图1　超高速数据采集系统的体系结构

　　(2)系统性能测试　数据采集系统的性能测试主要包括静态测试和动态测试，其中动态测试更能够全面地反应系统的性能.在动态测试中最为关心的指标是动态有效位(ENOB).本系统在250MS/s采样速率、125MHz输入信号时测试了系统的动态有效位，可以证明，系统的动态有效位在7-bit 以上.

　　六、高速数字脉冲压缩系统的实现

　　1.脉冲压缩的基本原理［8］

　　脉冲压缩算法的基础在于匹配滤波的理论.假设发射信号为S(t)，其频谱为S(ω)；并设匹配滤波器的冲击响应为h(t)，传递函数为H(ω)，则脉冲压缩后的信号输出为：

Y(ω)=H(ω).S(ω)　(1)
y(t)=h(t)ts86-4.gif (84 bytes)s(t)　(2)

　　这里，只要匹配滤波器的冲击响应/传递函数与发射信号满足匹配滤波关系，就可以获得脉冲压缩的输出结果.

　　2.脉冲压缩的主要实现方法

　　(1)时域法实现脉冲压缩　时域法实现脉冲压缩的基础是式(2)：由于匹配滤波在时域等效于相关接收，因此，时域法实质上就是数字相关的方法.图2显示了相关数字脉压的基本结构.其中，采集的原始信号与预先存储的参考码送入相关器，相关器的输出就是脉压后的数字结果；可以采用DA变换将其变为模拟信号显示.

图2　时域法实现数字脉压

　　(2)频域法实现数字脉压　频域法实现数字脉压的基础是式(1)，其基本结构示于图3.这里，采集的原始信号首先通过FFT变换到频域，与预先存储的参考码相乘后，再通过逆FFT变换回时域，就构成脉压后的数字结果；同样可以采用DA变换将其变为模拟信号显示.由于FFT算法相当于快速卷积，因此频域法的运算速度一般要快于时域法，尤其在压缩比较大的情况下.

图3　频域法实现数字脉压

　　3.一种高速实时多功能数字脉冲压缩系统的实现

　　采用频域法实现了一个高速实时多功能数字脉冲压缩系统；系统的体系结构就采用图3的方式.这里，系统实时性的关键问题是FFT芯片的速度；我们选择了可在98us时间内完成1024点FFT的高速专用FFT芯片.系统中存储参考码的 EPROM可以存放不同的匹配滤波器参数，只要变换EPROM的地址，就可以实现对不同信号形式的脉冲压缩.因此，这是一种高速、实时、多功能的数字脉冲压缩系统.

　　七、超高速雷达信号发生器/回波模拟器的实现

　　1.直接数字合成法实现超高速信号发生器

　　DDS的基本原理如图4所示［20］，其核心内容是超高速D/A变换器和一个正弦查找表.这里，正弦查找表存储了一个完整的正弦波在不同相位上的幅度值；因此，只要改变正弦查找表的寻址方式，就可以获得不同类型的数字信号；再经过DA变换器和低通滤波器，就是所需要的模拟信号.

图4　DDS技术的原理框图

　　2.超高速雷达回波模拟器的实现

　　(1)雷达回波模拟的基本原理［10］　雷达回波模拟器的实质是“分立DDS”的方法，即把DDS 的数据存储器(即DDS中的正弦查找表)和DA变换器分离开，并采用随机存储器RAM代替DDS中的ROM.这样，在分立的随机存储器内可以存储各种复杂的雷达回波数据，而且可以实时修改，这样就可以实现各种目标回波和干扰背景的模拟.

　　(2)雷达回波模拟的主要模块　雷达回波模拟器主要包括数据生成、数据调度、DA转换三个模块；如果要求模拟产生中频或射频回波，则还要包括载频调制模块(图5).这里，数据生成模块产生雷达目标、噪声、杂波、干扰等互相叠加的复杂回波数据；数据调度模块主要用于生成实时回波数据；D/A转换和低通滤波模块用于生成所需要的模拟视频回波信号.

图5　雷达回波模拟器的原理框图

　　(3)超高速雷达回波模拟器的实现　采用图6介绍的方法实现了一个超高速雷达回波模拟器.模拟器的时钟频率为250MHz，因此模拟器的输出频率最高可达125MHz(图6).

图6　超高速雷达回波模拟器的实现框图

 　　3.采用超高速雷达回波模拟器产生多种雷达发射信号

　　以上介绍的超高速雷达回波模拟器不仅可以用作回波模拟，而且可以用作信号生成.这里，如果在图6的多路全局存储器中存放正弦查找表，则图6实际上就是一个DDS系统.

　　采用回波模拟器产生信号与DDS芯片的主要差别是：一、DDS在同一时间只能产生一种信号，而回波模拟器可以在同一时间产生多种不同信号的叠加；二、 DDS可以产生具有任意相位分辨率的连续信号，而回波模拟器由于循环寻址比较困难，因此只能产生一些特定频点的信号，其产生信号的频点数受到全局存储器容量的限制.