一种雷达通用信号处理平台的设计

航天南湖电子信息技术股份有限公司 沈佳波

94969部队保障部 陈学良

一种雷达通用信号处理平台的设计

航天南湖电子信息技术股份有限公司 沈佳波

94969部队保障部 陈学良

通过采用模块化、标准化和通用化的设计思路，解决因雷达装备型号更新和功能改进带来的大量重复性硬件设计问题，提供装备的可靠性、维护性、通用性、重构性和扩展性。

雷达；信号处理；通用

1.引言

信号处理平台是现代雷达的核心部件，其工作性能直接影响雷达的探测性能。在传统的设计方案中，信号处理平台是按照功能划分来设计插件。由于承担的处理功能不同，每种插件的对外接口类型和处理芯片各不相同，且对引脚定义无明确规定。因此导致信号处理平台的扩展性、通用性和维护性较差。随着数字技术的发展，为设计通用的信号处理平台提供了技术基础。其基本思想是以FPGA芯片和DSP芯片为核心处理器件设计信号处理插件，并在外围电路中设计多种存储芯片和接口芯片，以满足信号处理不同功能的需求。本文介绍了基于FPGA芯片和DSP芯片的雷达通用信号处理平台设计，并对信号处理平台的通用设计进行了阐述。

2.雷达信号处理的基本流程

在雷达系统中信号处理的主要作用是通过匹配滤波和检测技术从杂波背景中发现目标，并测量目标相对于雷达的距离、方位和高度。典型的雷达信号处理流程框图如图1所示。

图1 雷达信号处理基本流程框图

传统雷达信号处理平台按图1中的功能模块划分设计插件。由于每种功能涉及的数学运算类型和运算量存在区别，导致每种插件选择芯片的类型和型号也不相同。而且外形尺寸也没有严格遵循国际通用规范。因此存在通用性差、升级困难和无法扩展的问题。

3.雷达通用信号处理平台设计

雷达通用信号处理平台的设计思路是采用标准化、通用化和模块化的设计思路来设计信号处理平台。

雷达通用信号处理平台的设计包含结构设计和电气设计。结构设计通过选择外形尺寸和机械性能符合国际通用规范的机箱来满足雷达信号处理平台对通用化的要求。其外形示意图如图2所示。

图2 雷达通用信号处理平台示意图

电气设计的核心是通过电路设计使信号处理平台具备通用性、扩展性和重构性。因此信号处理平台采用星型拓扑+菊花链拓扑的组合结构，其优点是每个处理节点的连接方式灵活。

接口板的主要作用是接收数据和控制报文，然后控制处理板对数据进行相关处理，最后将处理后的结果发送到下一级设备。考虑信号处理平台对数据传输速率和误码率的要求，选择光纤接口作为主要的数据交互接口。同时还设计以太网、RS-232、RS-422、LVDS和LVTTL等形式的对外交互接口。

信号处理平台的主要处理任务由处理板完成，因此要求处理板具备较高的实时数据处理能力。基于上述考虑选择FPGA+DSP的架构，其优点是具备强大的并行处理能力和浮点运算能力。具体硬件设计架构如图3所示。

图3 处理板硬件设计架构

FPGA芯片与DSP芯片之间采用并行总线和高速链路口两种数据交换方式。DSP芯片之间则全部采用高速链路口实现数据传输。同时为了解决数据处理时需要缓存大量中间结果的问题，在FPGA芯片和DSP芯片的外围电路中设计了SDRAM、FRAM和FLASH等存储器。FPGA芯片和DSP芯片可以通过并行数据总线对其进行访问操作。

处理板工作时由FPGA芯片完成数据收发、时序控制和并行数据处理。DSP芯片完成FFT、浮点数乘法等基础数学运算。

同时为了实现处理板的系列化设计，其对外交互的接口也应明确定义。处理板上共可以安装5个连接器，每个连接器上传输信号的类型如图4所示。

图4 处理板对外交互接口定义

图5 程序加载管理电路结构图

RS232和RS422信号一般用于传输低速的通讯控制信号，LVTTL一般用于传输使能信号和低速信号，而LVDS信号抗干扰能力较强，一般用于传输高速信号。

由于要求处理板可以完成不同的功能，因此需要在处理板中加载不同的工作程序。所以设计了程序加载管理电路。程序加载管理电路可以根据每块处理板的ID编号自动从FLASH芯片中调用对应的程序加载到FPGA芯片和DSP芯片。处理板的ID编号随处理板工作槽位的变化而动态改变。其结构图如图5所示。

通用信号处理平台的工作原理：接口板通过对外交互接口接收前级设备发送的待处理数据和与数据匹配的控制报文，然后由接口板将数据和控制报文按规定的格式分发到处理板完成相应的处理。相同的功能根据处理量的区别可以设计为由一块处理板独立完成或多块处理板共同完成。功能模块之间的高速数据交互通过接口板与处理板之间的数据通道实现，处理板之间的数据通道一般用于传递实时性较低的数据。信号处理平台最终的处理结果由接口板通过以太网或LVDS接口对外输出。

4.结束语

雷达信号处理通用化技术的发展，预示着现代雷达系统设计已经逐步从定制化进入规范化、通用化、系列化设计。本文所述的雷达通用信号处理平台已经成功装备多个型号的雷达，有效地提高了雷达的可靠性、维护性、通用性、重构性和扩展性。为后续的雷达通用信号处理平台打下了坚实的基础。

The Design of a Radar General Signal Processing Platform

SHEN Jia-bo
（Aerospace Nanhu Electronic Information Technology Co., Ltd. Jingzhou 434000, China）

The design thought of modularization, standardization and generalization is applied to solve repetitive hardware design problem due to radar model update and function improvement. This design also provides reliability, maintainability, generality, reconf i gurablity and expansibility.

Radar；Signal Processing；General

沈佳波（1983—），男，工程师，研究方向：雷达信号处理设计。

陈学良（1969—），94969部队保障部，高级工程师。