基于并行DSP的脉冲压缩处理实现

　　1　引言

　　脉冲压缩技术已经广泛应用于各种现代雷达中，他采用大时宽的发射脉冲以提高发射信号的平均功率，保证了足够的探测距离，而在信号接收时采用脉冲压缩方法获得窄脉冲输出，从而提高了距离分辨力，一定程度上解决了雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾。脉冲压缩技术的关键在于他应用了调频或调相等脉冲信号，使信号具有满足雷达性能要求的时宽带宽积。脉冲压缩处理通常按匹配滤波，旁瓣抑制滤波两步进行。旁瓣抑制滤波是因为匹配滤波输出的旁瓣比较高，不利于目标识别。旁瓣抑制滤波就是对匹配输出进行加权处理，以提高主旁瓣比。脉压处理可以分时域和频域两种实现方式，其原理如图1所示。

　　从算法上考虑，匹配和加权滤波器可以合二为一。即脉冲压缩的系统冲击响应就是匹配和抑制2个冲击响应的卷积，且是一个有限冲击响应滤波器。时域处理是采用模拟滤波器或数字FIR滤波器进行卷积运算，前者是传统FIR滤波器实现。频域方式是用专用FFT芯片或通用DSP芯片把卷积运算通过FFT-乘-IFFT组合运算完成。比较而言，时域处理对较长时宽信号的设备量要求较大。频域处理对不同时宽信号具有较强的适应能力、可编程，处理灵活。本方案采用频域方法实现。

　　2　频域脉压处理实现分析

　　数字脉压系统，设输入序列x(n)、输出y(n)、系统冲击响应h(n)。系统时域处理为y(n)=x(n)h(n)运算。对于频域处理，其运算为：y(n)=IFFT{FFT[x(n)]FFT[h(n)]｝，其中FFT()和IFFT()分别指N点的快速傅里叶变换和逆变换①。即，输入信号序列按N点一组分段在频域中做循环卷积。目标回波信号可能出现在分段跨接处，所以必须采用重迭分段卷积运算以免丢失目标，其原理如图2所示。至于重迭宽度，应视雷达脉冲信号的宽度而定。本系统中信号宽度最大不超过42μs，对应6.6 MHz的采样率分段重迭点为280。

　　对实时运算系统，数据传输及运算都应在规定的时间内完成，即系统需要一个高效的数据输入/输出通道和一个并行的处理模块。当然，系统数据输入/输出及处理能力与具体系统相关。本系统对I，Q两路接收信号进行6.6MHz采样，采用12bA/D。对于频域脉压，读入数据按N点一组做FFT及IFFT运算，且一组数据完全读入时才能开始脉压运算，于是频域脉压就存在一个延时，即等待数据块到齐以及数据处理完毕才能最后输出，不同于时域脉压每输入一个样点就产生一次输出(数据流处理方式)。对于实时处理系统，需首先考虑块数据的处理时间Tc≤L·Tx，其中Tx是采样间隔时间，L是数据块的长度;其次数据传输速度至少要大于采样速度。如果采用N=1024的FFT运算单元，重叠部分为M=280，则输入数据块为N-M=744点。由上述原则，可以得到该实时系统对处理器和数据传输能力的要求。6.6MHz的采样率下Tc≤L·Ts=744/6.6111.6μs，即要求系统能在110μs完成2个1024点的FFT和一组1 024点的复数乘运算。现有通用DSP计算时间一般都不能满足这个要求，但采用多处理器并行工作可解决运算能力问题。综上考虑，选用Bittware公司的通用DSP信号处理板HammerHead PCI，这是一块拥有4个DSP的数字信号处理板，单片DSP的FFT处理时间约为125μs(80MHz core clock);DSP之间通过64b的cluster bus紧耦合，互联的链路口(Link port)可以提供相互独立的松耦合的数据通道，处理板原理见图3所示。脉压系统的原理可如图4所示。