第10卷 第6期 2008年6月 Electronic Component & Device Applications Vol.10 No.6 Jun. 2008 基于ADSP- TS201的雷达解模糊系统 张远康，史林 (西安电子科技大学，陕西 西安 710071) 摘 要：重点对雷达信号处理中解模糊的优化算法、余差查表法及其在系统中的实现方案进 行了分析和研究，给出了基于浮点DSP芯片ADSP- TS201的雷达信号处理中解模糊的软硬件设 计方法，同时给出了详尽的设计流程。 关键词：ADSP- TS201；雷达；解模糊；余差查表法 0 引言 对于目标测距、测速时可能出现的模糊情 况，可以把脉冲串的重复频率 (PRF) 分成低重 频LPRF、高重频HPRF、中重频MPRF三种，其 中LPRF信号没有测距模糊但有测速模糊，HPRF 信号有测距模糊但没有测速模糊，MPRF信号测 距测速都有模糊。因此，解模糊是雷达数据处理 ◇允许128 bit的数据、指令和I/O访问； ◇32 bit地址总线可提供4 GB的寻址空间； ◇14通道的DMA控制器支持硬件和软件中 断，同时支持优先级中断和嵌套中断； ◇4 个 全 双 工 的 链 路 口 支 持 最 高 速 度 500 Mbps的传输速度； ◇带有JTAG仿真接口，允许多片DSP仿真。 必须解决的问题。目前的解模糊问题的研究多集 2 雷达信号处理中的解模糊算法 中于单目标情况，而多目标情况则研究得较少， 这是由于多目标情况下的数据关联非常复杂。本 文通过对解模糊问题的分析，给出了多目标解模 糊系统的软硬件实现方法。 1 ADSP- TS201简介 近年来，以超大规模处理器技术为基础的数 字信号处理器发展十分迅速，其强大的处理能力 和可编程能力，完全可以满足雷达数字信号处理 系统的实时性和通用性要求。AD公司推出的浮 点DSP芯片ADSP- TS201就是采用超级哈佛结构 DSP芯片，该芯片可静态超标量操作，适合多处 理器模式运算，可直接构成分布式并行系统和共 享存贮式并行系统。TS201的主要性能如下: ◇主频为600 MHz (1.67 ns的指令周期)； ◇支持IEEE浮点格式的32 bit数据和40 bit扩 展精度浮点格式，并可支持8/16/32/64 bit的定点 数据格式； 收稿日期：2007- 12- 19 24 2008.6 www.ecda.cn 2.1 余差查表法解单目标距离模糊 采用多重脉冲重复频率 (PRF) 工作方式的 雷达测量精度很高，可同时适用于解速度模糊和 距离模糊。采用这种方式解模糊的原理是中国余 数定理，采用该方式的雷达在信号处理上又有孙 子定理法、余差查表法和一维集法等不同的算 法。余差查表法在运算速度和误差控制上均优于 其它算法，所以，本文主要讨论余差查表法。 利用余差查表法解单目标距离模糊的示意图 如图1所示，其实现方法可以简单表述如下：假 设一个四重PRF的系统的脉冲重复频率分别为f1， f2，f3，f4，相应的脉冲重复周期为T1，T2，T3，T4 (可选择其中任意一重PRF作为基准，这里不妨设 f1为基准PRF)。那么，首先可根据系统所选定的 PRF做一个余差表，其中每一个表项为 (N1i，T2i， T3i，T4i)，下标i表示不同的表项对应不同的距离 段，N为该表项所对应距离段在基准PRF上的重 复数，Tji (j=2，3，4) 分别为该表项对应距离段 在f2，f3，f4上的视在距离与在f1 (基准PRF) 上的 

第10卷 第6期 2008年6月 新特器件应用 Vol.10 No.6 Jun. 2008 别为T1、T2、T3、T4、T5，为了提高运算速度，可 以分别结合距离单元生成如下十个余差表： R1 (T1- T2)，R2 (T1- T3)，R3 (T1- T4) ,R4 (T1 - T5)， R5 (T2 - T3)， R6 (T2 - T4)， R7 (T2 - T5)，R8 (T3- T4)，R9 (T3- T5)，R10 (T4- T5)。 解算时，每两个重频周期的距离单元组合查 表 一 次 ， 并 将 有 效 结 果 依 次 存 入 数 组 A1， A2， …，A10。然后按照3/5准则从这些数组中找出距 离有效的结果，并用频率通道进行验证，完全满 足的即为最终结果。尽管这种算法的查表次数增 加到了10次，但其查表运算量近似为： S1=10Nx 设单次搜索的运算量为y，则从数组A1，A2， …，A10中搜索目标的运算量大约为： S 2 = 1 2 9 k NNy i=1!i=82yN2 k=2! 其整个新算法的运算量约为S=S1+S2，如果选 用性能较好的搜索算法，其整体性能还会有很大 的提高空间。最终的算法流程如图2所示。 图2 算法流程 3 基于ADSP- TS201的硬件实现 ADSP- TS201内部有两个运算块，每个指令 周期最多可同时执行四条指令，所以运算效率很 高，非常适合实时信号处理系统的应用。本文所 涉 及 的 系 统 采 用 两 片 ADSP - TS201 外 加 一 片 EP2C20F484I8的实现方案。 3.1 硬件系统框图 本系统的硬件实现框图如图3所示，TS201与 板外的数据交换主要包括信号处理机送来的恒虚 www.ecda.cn 2008.6 25 视在距离之差。同时假设某目标F在各重PRF上 的回波分别为l1，l2，l3，l4，那么，将目标其它各 重PRF上的视在距离与基准PRF上的视在距离相 减，即可得到3个距离差： T2=l2- l1，T3=l3- l1，T4=l4- l1 由这3个距离差去匹配余差表中相应的表项 Tji，可从匹配的第i个表项中得到Ni (图1中Ni=n1)， 则该目标的真实距离RF可由下式唯一确定： RF=NiT1+l1 2.2 余差查表法多目标解模糊 速度解模糊时，由于不同重频通道代表的多 普勒频率不同，所以，首先需要对不同重频的速 度通道进行多普勒频率转换，然后以最大多普勒 通道值为基准，对所有频率进行取整运算，其余 的算法和距离解模糊相同。 多目标情况下，解距离模糊输出的结果往往 在一些距离单元上出现虚假的目标 (称为 “鬼 影”或 “幻影”)，因此需用二次检测技术来消除 这些假目标，常用的方法有m/n准则，即通过n个 重频测量，若有m次检测到，则认为该距离单元 上有目标，并且输出该距离单元，否则认为是假 目标而不输出。雷达系统中常用的m/n准则有2/3 准则、3/5准则和5/8准则。如果用五重频来保证 三重可见，则可以使用3/5准则来对目标进行确 认，以便消除 “鬼影”。此时数据配对以及目标 判断就成为非常重要的环节。解模糊的运算量按 照指数规律增长，按照传统的配对算法，如果雷 达探测目标数量的上限为N，一次解模糊需要的 运算量为x，则五重频的运算量S约为： S= (x) N5 显然，任何DSP处理器都不能胜任这样的工 作，所以需要改进配对算法。设脉冲重复周期分 

第10卷 第6期 2008年6月 Electronic Component & Device Applications Vol.10 No.6 Jun. 2008 警结果数据、系统控制单元送来的控制指令，以 及送往系统控制单元的最终结果。由于ADSP- TS201的链路口可靠性高、速度快，所以，与信 号处理机通信及两片ADSP- TS201之间的通信均 采用链路口方式；由于与控制单元的数据交换量 较少，本设计选用差分高速串口进行通信；而在 内部EP2C20F484I8和ADSP- TS201之间则利用后 者的数据总线进行数据交换。 利用EP2C20F484I8可实现对整个系统的时序 控制，同时完成与控制单元的数据交换；而AD- SP- TS201 (B) 则可进行解模糊、计算RCS，并通 过链路口将结果发送到ADSP- TS201 (A)，再由 ADSP- TS201 (A) 完成控制单元的命令解析，最 后把结果通过EP2C20F484I8送往控制单元。 图4 PCB的3D视图 实际使用中十分稳定，算法速度可满足需求。 4 结束语 多目标环境下的解模糊由于其运算量大，目 标配对困难，一直是雷达数据处理中的难题。本 文在高性能DSP芯片ADSP- TS201基础上，使用改 进的余差查表法实现了整个系统的解模糊过程。 并在实际应用中取得了很好的效果。 参考文献 3.2 PCB的3D视图 [1] 向敬成，张明友. 雷达系统[M]. 北京：电子工业出版社, 图4所示是本系统PCB的3D视图，该系统在 2001. (上接第23页) 充电电路，如此反复循环， VT，、VT2轮流导通， 从而形成频率约为25kHz的自激振荡。电路起振 后，C6经VD8和VT2不停的放电使VD9不再产生 触发电压，起动电路停止工作。此后，自激振荡 产生的高频电流将流过L2、PTC、C9组成的灯丝 预热电路，约经过0.7 s～1.2 s后，PTC元件因电流 的热效应，其温度升到居里点后，电阻将增大到 10 MΩ以上而呈现高阻阻断状态 (对电路已基本 无影响)，从而使流经灯丝的电流全部通过C9、 C10和L2等构成的串联谐振电路，并使电路发生 谐振。由于C9容量远大于Cl0的容量，因此，灯 启动时，LC电路的谐振频率主要由L2和C10决 定，这样，在Cl0两端产生足够高的谐振电压， 将点亮灯管。灯一旦被点亮，形成灯管电流，LC 串联电路则失谐，灯管两端电压降为100 V左右， 此后，L2只起限流作用，C9则起隔直作用，Cl0 通过极小的电流对灯丝起辅助加热的作用。 26 2008.6 www.ecda.cn 该电路的核心元件是PTC热敏电阻。本设计 选用MZ64系列电阻，室温阻值约500 Ω～1.5 kΩ， 耐压大于650 V，居里点温度约80℃。PTC的居里 点温度高对灯丝预热有利，但会危及两只振荡晶 体管，时间稍长就有可能被击穿。挑选时，可将 PTC元件用塑料膜包好，浸在90℃的水中，电阻 值应在两秒钟以内升到兆欧数量级。 4 结束语 利用本文电路设计的改进型电子镇流器，当 PTC热敏电阻升至5 MΩ左右时，电路对谐振电压 的影响基本可以忽略。此时电容C10上将产生足 够高的谐振电压，将灯管点燃。 通过实际使用证明，带有PTC预热装置的日 光灯，不论是从可靠性，还是从节能等方面来 说，都有较大的优势，值得推广使用。