DSP技术在雷达信号处理中的应用

郭博雷 张鹏 汤玲 杜志强

（1.中国电子科技集团公司第二十七研究所 河南 郑州 450047；2.南京北斗创新应用科技研究院有限公司 江苏 南京 211500；3.武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室 湖北 武汉 430072）

DSP 技术在雷达信号处理领域的应用越来越广泛，它可以实现信号采集、转换、滤波等一系列处理，提高信号传输和接收的可靠性［1］，原因是这项技术可以使用特殊的计算机来防止精度受到不稳定因素的影响。然而，相关研究人员没有充分认识到DSP 技术应用于控制系统的价值［2］。为此，研究人员应分析DSP技术在雷达信号处理系统中的实际应用，找出最优控制的重点和方向。雷达信号处理系统的运行控制可以满足其所在通信领域现代化发展的需要，从而使雷达信号达到升级为软件编程的目的［3］。因此，业内人士应该分析DSP 信号处理对雷达信号的重要性，在此基础上，找出技术应用的难点和关键点，为硬件平台的参数化和功能模块设计提供有力支持。

1 DSP技术在雷达信号处理中的意义

DSP技术（数字信号处理技术）主要随着计算机技术与信息技术的发展而兴起与不断发展，发展至今，已然在多个领域内得到广泛性应用。在DSP技术的实际运行过程中，主要在计算机设备、专用处理设备的支持下，以数字的形式完成采集信号、变换信号、滤波、增强或压缩信号、识别信号等处理任务，最终生成人们所需要的信号形式并投入实际应用［4］。通常情况下，DSP主程序的一般性流程如图1所示。

图1 DSP主程序一般性流程

在完成上位机的复位后，从FLASH搬运程序及数据。初始化处理，在McBSP 的支持下实现对A/D 模块实际工作的设置。等待外部中断，判断是否转入中断状态，若判断结果为“否”，则返回上一操作；若是判断结果为“是”，自动跳转至数据采集状态。对采集到的数据实施处理。判断DMA传输是否中断，若判断结果为“否”则返回上一操作；若是判断结果为“是”，自动将数据传递至上位机内，并反馈等待外部中断步骤，以此循环运行［5］。

现阶段，雷达信号处理系统主要通过对雷达接收机获取的雷达回波信号进行处理，通过对杂波进行模数转换和滤波，实现复杂噪声环境下目标的实时检测。系统可以使用提取方法获取数据中的目标信息，即方位、距离等，当其显示在设备上时，完成雷达信息处理。图2是雷达信号处理系统的示意流程图。

图2 雷达信号处理系统流程

然而，随着市场的多元化发展，雷达信号处理的工作量也随之增加，信号处理不能满足高实时性和强稳定性的要求［6］。为此，相关建设者应使用DSP 技术为雷达系统中的大量数据处理提供条件。具体来说，就是提高雷达信号处理能力，降低体积和能耗，增强稳定性，使雷达信号处理工作向软件化方向发展，从而达到升级的目的。就目前而言，DSP 技术在雷达信号处理中的应用还没有达到预期的效果。因此，研究人员应通过DSP对其进行分析，把握方向和重点。

2 DSP技术在雷达信号处理中的应用现状

对雷达信号处理的DSP 技术分析可知，DSP 具有体积小、精度高、运算速度快等优点，它的全称是数字信号处理技术。该应用要求使用专用计算机使数字形式的信号完成采集、转换、滤波，数字信号处理需要大量的数据计算。目前，市场上有两种计算方法，即FFT和FIR 滤波器，数据处理需要多个操作。作为一种数字信号微处理器，DSP技术应该被通用处理器所采用，以实现信号处理相关算法的期望［7］。

然而，雷达信号处理系统的速度不断加快，对数据信息处理的需求呈现多样化的趋势，实现了DSP 技术的应用效果，通过必要的调整应达到以下需求目标。

对于主信号，为了提高数据信号处理的灵活性，雷达系统在识别和成像目标及探测时应与统计、反射和物理相关联。DSP技术应优化雷达系统的各种功能软件和技术，以提高数据存储容量、计算和数据传输速度。

对于信号预处理，应根据电流的大数据量、高速和实时特性，对数据信号进行滤波、预处理、补偿和预失真。

这样，雷达信号处理系统就可以兼顾各个功能，实现各个功能的独立性。现代雷达系统运行和使用的趋势是低能耗、小型化和在物理环境中分布。DSP 技术运营商需要关注更复杂的环境。

3 DSP技术在雷达信号处理中的应用控制策略

3.1 硬件平台建设方法

在构建雷达信号处理系统之前，DSP 技术人员应掌握操作并分析信号处理，以确定需要遵循的规范和注意事项。目前，高速信号处理方法通常采用“ASIC（FPGA）+DSP+大容量RAM”，FPGA 的灵活性高于ASICDSP 技术。由于该设备具有大容量RAM 并支持外部扩展RAM，因此数字信号处理能力非常高。因此，它在存储大量数据信息的同时，还可以为目标捕获和检测提供条件。

在用DSP 编程设计雷达信号处理硬件平台时，需要在系统接收到雷达回波后对信号进行转换和处理。具体过程是，利用FPGA采集雷达信号并控制定时，根据DSP 提取信息和目标检测，然后将目标信息显示在显示设备上。这样，与雷达信号处理系统相比，用DSP编程的雷达信号处理系统更加灵活，原因在于系统将硬件平台和软件算法有效地结合起来，使系统能够根据需要调整参数，成功地提高了信号处理的灵活性。

值得注意的是，信息提取和目标检测作为控制算法结构更为复杂，整个硬件平台的搭建需要使用寻址方式灵活、运算速度快的DSP芯片。

3.2 参数化设计控制

雷达信号处理系统去除干扰雷达信号回波信号后，可进行目标检测，获取系统工作参数等有用信号。在雷达信号处理系统的参数化设计中，有必要从硬件平台的搭建入手，采用DSP技术，根据系统雷达信号处理的功能特点，提高系统的参数化设计效果。这里的设计效果是通过简化功能来提高雷达信号脉冲和复频参数的设计效率。参数化设计中，应注意信号波形问题，信号波形为物理量x随t的变化，具体变化如式（1）所示：

在进行参数化设计控制时，必须注意各参数的取值，才能保证最终参数化设计的合理性。

3.3 雷达系统功能模块设计

由于DSP技术的对象是数字信号，因此，在雷达信号处理过程中，需要进行模数转换的质量效应控制。具体过程是，利用DSP技术设计雷达系统的功能模块，优化DSP编程的信号处理方法，基于DSP技术精度高、运算速度快的优点，采用FFT设计数据处理模块，重构算法细节，控制处理程序占用雷达系统内存。例如，系统模块用于执行倾斜消除处理，具体流程如图3所示。

图3 倾斜消除处理

3.4 DSP技术在功能模块设计中的应用

该平台最常用的高速信号处理方法是“ASIC（FPGA）+DSP+大容量RAM”，其中，FPGA 的逻辑功能更适合配置条件。对于DSP 处理器的应用，其外围接口丰富，可编程性强，能够存储大量的雷达数据信息，为后续雷达信号处理提供可靠的技术环境。在采用DSP 技术后，主要采用DSP 编程来实现所需的系统控制效果。在分析了系统的实际应用情况后，利用以往目标检测和信号提取的特点，只能保证采集到少量的数据信息，只有使用DSP芯片，才能使用复杂的结构算法和灵活的寻址方法等算术控制要求。

由此可见，当雷达信号处理系统的硬件结构灵活时，为实现模块化控制和提高算法效率提供了条件。然而，有必要依靠DSP 软件编程来促进系统的快速重构。值得注意的是，基于DSP 技术构建的雷达信号处理系统不会受到系统差异和不同标准雷达信号处理任务的影响，可通过DSP软件编程，满足雷达对应信号的处理要求。

4 结语

在雷达信号处理系统中使用DSP技术的局限性集中在更复杂的环境条件、系统和标准的差异及任务上。DSP技术的应用要求软件编程和芯片方法不断改造雷达信号处理系统，为大量任务提供高速、高精度的信号处理技术平台。事实证明，只有这样，DSP技术的应用才能充分影响雷达信号处理系统的控制，进而推动雷达信号处理系统的现代化。研究人员应将上述分析和科研成果应用到不同构成和任务标准的雷达信号处理中，以提高信息数据传输的准确性和可靠性。我国参与雷达信号处理系统，不会受到市场复杂因素的影响，它将以高稳定性服务于现代经济建设的可持续发展。