基于TS101的SAR回波信號(hào)模擬器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)SAR系統(tǒng)的測(cè)試要求，設(shè)計(jì)了一套基于DSP處理器TS101的SAR回波模擬器。該模擬器采用標(biāo)準(zhǔn)的CPCI 6U板。利用CPCI總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，能夠根據(jù)目標(biāo)回波參數(shù)生成所需的SAR回波數(shù)據(jù)，并通過(guò)DSP的鏈路口輸出兩路正交回波信號(hào)。測(cè)試結(jié)果表明，該模擬器生成的回波信號(hào)質(zhì)量高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能夠滿(mǎn)足SAR系統(tǒng)測(cè)試的需求，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：SAR；回波信號(hào)模擬器；TS101；CPCI總線(xiàn)

0 引言
合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一種高分辨率微波成像雷達(dá)，可以全天候、全天時(shí)的利用微波照射獲得地面目標(biāo)的散射信息，是獲取地面信息的重要手段，因而在軍用和民用領(lǐng)域中都獲得了廣泛的應(yīng)用。合成孔徑雷達(dá)模擬技術(shù)是一種用模擬的方法來(lái)研究SAR的技術(shù)，在SAR的研究和研制工作中具有十分重要的作用。該技術(shù)能模擬出SAR的回波，用于SAR系統(tǒng)性能的檢驗(yàn)以及測(cè)試，并能評(píng)估各種成像算法，分析出建立在不同模型上的算法的有效性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多院校和科研機(jī)構(gòu)都投入了大量的人力和物力進(jìn)行合成孔徑雷達(dá)模擬技術(shù)的研究。伴隨著SAR的研究與發(fā)展，與之相應(yīng)的模擬器研制也取得了豐碩成果。其中，在硬件上實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理是其關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)于高分辨率、大測(cè)繪帶合成孔徑雷達(dá)模擬器來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量也是要面臨的另一個(gè)問(wèn)題。針對(duì)合成孔徑雷達(dá)實(shí)時(shí)信號(hào)處理所要求的大數(shù)據(jù)吞吐能量、強(qiáng)數(shù)據(jù)計(jì)算能力，需要尋求一種基于高速數(shù)字電路的解決途徑。
TS101是美國(guó)AD公司最新推出的TigerSHARC系列DSP芯片，采用DMA引擎，主要針對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用。TigerSHARC DSP有兩個(gè)獨(dú)立的32位處理器核，或者多指令多數(shù)據(jù)流(MIMD)結(jié)構(gòu)。每個(gè)處理單元都能在單周期執(zhí)行一次乘法，以及加法，對(duì)于300 MHz的ADSP TS101S，每個(gè)周期能產(chǎn)生6個(gè)FLOP，峰值處理器能力達(dá)到1800 MFLOPs。TigerSHARC為多種信號(hào)處理設(shè)計(jì)，提供了64位的共享系統(tǒng)總線(xiàn)和4個(gè)鏈路口。數(shù)據(jù)在外部總線(xiàn)上的傳輸率可以達(dá)到800 MB／s。此外，數(shù)據(jù)也可以通過(guò)鏈路口傳輸，每個(gè)鏈路口的傳輸率達(dá)到250 MB／s。整個(gè)TigerSHARC芯片的I／O帶寬達(dá)到1 800 MB／s。選用的實(shí)時(shí)信號(hào)處理板基于標(biāo)準(zhǔn)的CPCI總線(xiàn)，由4片TS101構(gòu)成共享總線(xiàn)的并行處理器，DSP之間采用鏈路口通信。板上內(nèi)存擴(kuò)展到了2 GB，滿(mǎn)足了SAR信號(hào)模擬器要求的大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)計(jì)算能力。

1 SAR回波模擬器的原理及實(shí)現(xiàn)
1．1 SAR回波信號(hào)模擬器的原理
從上述高分辨率SAR模擬系統(tǒng)的技術(shù)分析可以看出，高分辨率模擬器設(shè)計(jì)必須解決速度和容量的問(wèn)題。本文提出基于DSP的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，SAR回波模擬器的原理框圖如圖1所示。從原理框圖可以看出，本系統(tǒng)可分為四大部分：回波信號(hào)產(chǎn)生、D／A轉(zhuǎn)換、正交調(diào)制、上變頻。其中SAR回波信號(hào)產(chǎn)生是該系統(tǒng)的重要組成部分，利用CPU主板，可以通過(guò)連接顯示設(shè)備，利用人機(jī)界面，對(duì)各種場(chǎng)景參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)置，通過(guò)CPCI總線(xiàn)傳送至通用信號(hào)處理板上的DSP處理器，由DSP實(shí)時(shí)計(jì)算SAR回波脈沖，然后經(jīng)過(guò)D／A變換、正交調(diào)制和上變頻到接收機(jī)。