一种高数据率下的雷达信号滤波工程设计方法

【摘 要】本文通过软硬件（使用高性能的数字信号处理器DSP+ FPGA的方式）工程实现的优化和改进，完成了某型气球载雷达信号滤波处理，并给出具体设计方法。

【关键词】滤波；DSP；FPGA

0 引言

由于地面雷达受地球曲率、近区地物遮挡的限制，视距较近，对于高度100m以下的低空、超低空目标探测预警能力很低，低空、超低空目标突袭将对我军构成严重威胁，雷达升空则会解决这一威胁。

但升空后，为了提高海面目标的探测和分辨能力，提高雷达的数据率是一种有效的方法，势必会带来工程实现的困难，针对这一难点，本文采用工程优化的设计方法克服了这一困难。

1 MTD滤波处理方案

脉压后的数据进入MTD处理模块，其具体方案如图1所示。

图1 MTD处理方案

因该雷达系统在原有雷达的基础上提高5倍采样率，进入MTD滤波器的数据量则扩大5倍。在要求的系统最短时间内处理完滤波运算，这其中包括数据传输，滤波处理两部分的时间，但是两者时间总和超过了系统留给的最短时间，因此必须对MTD处理进行一些设计优化才能达到系统要求。

2 MTD滤波工程设计优化

2.1 DSP流水设计

首先DSP内部具有DMA链路口数据传输方式，在该方式下传输数据不需要DSP核参与，也就是在传输数据的过程中，DSP核可以进行其他的任务处理，这时我们就可以采用3级流水线操作，同时采用二維DMA方式进行接收脉压回波数据进入MTD滤波处理模块。

图2中首先接收第一个波位的脉压回波数据和对应的控制信息，这时程序内存中还没有数据，不执行MTD处理程序，此时也无处理结果可发送；当DSP接收第二个波位的数据时，DSP处理上一次接收的数据，此时也无处理结果可发送；当DSP接收第三个波位的数据时，DSP处理上一次接收的数据，此时发送第一次接收的数据处理结果；就这样依次循环执行下去。

图2 MTD处理3级流水设计

2.2 切割数据分段进数，分段处理

该通用信号处理板采用FPGA+DSP方式，两者之间通过link口进行数据传输，传输速率固定，假设一个波位的数据大小为M，虽然链路口传输可以后台执行，但是一次性传输需要T1的时间，一个波位的处理总时间为T2，而处理时间需要约T3（T3+T1>T2），因此这样一次进数是不可行的。为了解决这一问题，通过将数据切割成5段，并使用乒乓处理。

这样进数时间缩减5倍，这样进数和MTD处理总时间就能够在系统要求时间内处理完毕。具体处理示意图3。

图3 MTD分段乒乓进数示意图

2.3 数据格式提前整合

FPGA传输给DSP的数据是按fr依次进数，存放地址按N间隔跳变，然后按照顺序地址进行读取，具体如图4。

图4 整合数据格式

图6 DSP处理流程图

3 MTD处理模块的工程实现

根据上述的优化方案和图5信号处理板硬件资源，使用FPGA从上一级接收数据来控制分发，DSP来完成MTD处理（在通用信号处理板A组4片DSP上完成）。

FPGA的具体任务是：

（1）接收控制信息和脉压数据，通过链路口分别发给每一片DSP。

（2）经总线接收DSP处理结果，发下一级。

DSP的具体任务是：

（1）通过链路口接收脉压数据并转存到SDRAM中。

（2）通过链路口接收控制信息存到每一片。

（3）解析控制信息，从SDRAM中取出所需脉压数据并进行滤波处理，结果通过PCI总线传给FPGA。

MTD处理流程图如图6所示。

4 结束语

本文结合某型气球载雷达，分析了信号系统的处理时间和数据量大小，通过工程实现中的一些技巧解决了提高该雷达对海处理能力带来的大数据量的问题，目前该雷达顺利的完成了部队校飞。

【参考文献】

[1]陈昌胜，赵攀峰.系留气球载雷达系统分析[J].雷达科学与技术，2007（12）：411-414.

[2]马晓岩，向家彬.雷达信号处理[M].长沙：湖南科学技术出版社，1999.

[3]柴许杨.某型米波雷达测高工程实现[D].西安电子科技大学，2011.

[4]朱伟.某型米波雷达MTI、MTD的研究与实现[D].西安电子科技大学，2010.

[责任编辑：汤静]