基于ADSP-TS101S的自適應(yīng)動目標顯示系統(tǒng)設(shè)計

摘要：簡述了雷達數(shù)字信號處理系統(tǒng)中自適應(yīng)動目標顯示的實現(xiàn)原理，詳細討論了采用新一代高性能DSP芯片ADSP-TS101S設(shè)計自適應(yīng)動目標顯示系統(tǒng)的方法，并給出了相應(yīng)的硬件框圖和軟件流程圖。該系統(tǒng)具有通用化、模塊化的特點，其性能指標達到設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：ADSP-TS101S 雷達數(shù)字信號處理 自適應(yīng)動目標顯示 現(xiàn)場雷達數(shù)字信號處理具有海量運算的需要，并且在許多場合標對信號進行實時處理，這對信號處理系統(tǒng)的性能提出了非常高的要求。動目標顯示（MTI）是雷達信號處理系統(tǒng)中的一個非常重要的組成部分，它對采用的DSP芯片的性能要求極高。在以往的設(shè)計中，大多采用AD公司的ADSP2106X或ADSP2116X，而這兩類DSP芯片又難以滿足整機對MTI系統(tǒng)越來越高的要求。本文采用美國AD公司推出的新一代超高性能、靜態(tài)超標量體系結(jié)構(gòu)的通用DSP芯片ADSP-TS101S來設(shè)計自適應(yīng)動目標顯示（AMTI）系統(tǒng)，性能指標滿足了雷達信號處理的要求。圖11 ADSP-TS101S的性能特點 ADSP-TS101S具有極高的處理能力，它采用靜態(tài)超標量結(jié)構(gòu)，既有超標量處理器所具備的大容量指令緩沖池和指令跳轉(zhuǎn)預(yù)測功能，又可以在程序執(zhí)行前就對指令級進行并行操作并用編譯器預(yù)測出來。ADSP-TS101S的主要性能指標如下： （1） 指令周期為4ns(主頻250MHz)，運算能力達到250MIPS； （2） DSP每周期能執(zhí)行4條指令，具有24個16bit定點運算和6個浮點運算的能力，能提供1500MIPS或6.0GOPS的性能； （3） 每周期可實現(xiàn)8%26;#215;16bit乘與40bit累加或者2%26;#215;16bit乘與80bit累加； （4） 支持32bitIEEE浮點數(shù)據(jù)和8bit/16bit/32bit/64bit定噗數(shù)據(jù)格式。 與前一代SHARC產(chǎn)品AD-SP2116X相比，在同樣是雙計算單元的情況下，ADSP-TS101S峰值運算能力可達每秒20億次40位乘法累加或5億次80位乘法累加運算。采用32位算法完成1024點基2復(fù)數(shù)FFT運算僅需要39.94μs，橫向濾波器中的單個乘法累加運算為2.2ns。這比ADSP-21160的處理速度快了近2.5倍。由上述分析可知，ADSP-TS101S可以滿足高速實時數(shù)字信號處理的要求。2 系統(tǒng)構(gòu)成及硬件設(shè)計 2．1 系統(tǒng)構(gòu)成 自適應(yīng)信號處理系統(tǒng)由地雜波通道（GCFC）、動雜波通道（MCFC）和正常通道（NRC）三部分組成，原理框圖如圖1所示。 針對不同的雜波環(huán)境，應(yīng)選擇不同的通道。當無雜波時，目標在正常通道檢測，采用慢門限恒虛警（CFAR）處理以減少損失；當在地雜波環(huán)境時，正常雷達通道采用雜波圖設(shè)置門限，實現(xiàn)超雜波檢測，主要檢測低速度運動目標，大部分情況下，地雜波濾波器動目標信號最強，是地雜波環(huán)境下的主要檢測通道；當在動雜波環(huán)境時，動雜波濾波器通過速度估值器修改濾波器權(quán)系統(tǒng)，移動濾波器口對準雜波多卜勒頻率中心，濾除動雜波，完成目標檢測。動雜波疊加在地雜波上時，主要通過動雜波濾波器通道檢測目標信號。 2．2 硬件構(gòu)成 ADSP-TS101S提供了強大的多處理器并行處理能力，允許某一處理器直接訪問其它處理器的內(nèi)部雙口靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM），并且這種訪問一般不影響被訪問處理器的工作。在此系統(tǒng)設(shè)計中，采用四片ADSP-TS101S組成TeshSP(網(wǎng)絡(luò))結(jié)構(gòu)并行處理系統(tǒng)，各個處理器通過鏈路口實現(xiàn)信息交換，數(shù)據(jù)流輸入和輸出通過外部總線接口實現(xiàn)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 其中，ADSP-1負責正常通道的檢測，包括求模/取對數(shù)、幅度雜波圖、脈沖重復(fù)頻率（PRF）鑒別、雜波圖對消、CFAR及系統(tǒng)噪聲估值等單元。ADSP-3負責地雜波通道的檢測，ADSP-4負責動雜波通道檢測及輸出目標合成，ADSP-2則負責系統(tǒng)自舉、將送進來的正交數(shù)字信號進行數(shù)字脈沖壓縮及送出脈沖壓縮后的信號。在實際應(yīng)用中，為了增加可靠性，系統(tǒng)采用八片DSP分成兩組，一組為主處理模塊，一組為從處理模塊，從處理模塊作為主處理模塊的鏡像。當主處理模塊發(fā)生故障時，整個系統(tǒng)仍能正常工作。最后可得能家長運算板單板運算速度為每秒160億次40位乘法累加或40億次80位乘法累加運算，可滿足常規(guī)地面雷達信號處理需求。 3 軟件設(shè)計 3．1 主程序設(shè)計 主程序完成DSP的初始化并對接收到的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)處理。初始化包括對I/O、Link口及寄存器等的初始化。ADSP-1、ADSP-2、ADSP-3、ADSP-4每一個都有自己的單獨主程序?，F(xiàn)以ADSP-1為例給出設(shè)計流程圖，如圖3所示。3．2 中斷服務(wù)程序 中斷服務(wù)程序主要處理各DSP之間鏈路口接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)DSP之間的相互通訊。對ADSP-1而言，其中斷程序主要啟動LINK0，接收ADSP-2脈沖壓縮后的輸出和控制參數(shù)；啟動LINK3，傳送ADSP-1自檢數(shù)據(jù)、NRC數(shù)據(jù)及控制參數(shù)，如圖4所示。 基于ADSP-TS101S的AMTI處理系統(tǒng)，所需外圍器件少，電路設(shè)計簡單，系統(tǒng)可靠性高，研制周期短，具有很強的擴展性和通用性。經(jīng)過整機測試，在天線掃描一圈的時間（10秒）內(nèi)，該處理系統(tǒng)可完成10000點的點跡處理，地雜波改善因子大于60dB，動態(tài)波改善因子大于28dB,性能指標達到設(shè)計要求。隨著芯片技術(shù)的進一步發(fā)展，將來有望能在單片DSP中實現(xiàn)整個AMTI。