基于ADSP21535的中頻信號產生器在雷達MTI改善因子測試中的運用
加入技術交流群
基于DSP技術、DDS技術的雷達信號中頻產生器可以產生包括線性與非線性調頻信號、相位編碼信號、單頻脈沖信號，以及它們的組合在內等多種雷達信號，是雷達等電子設備的主要測試設備。
本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/257241.htm1 ADSP21535簡介
ADSP21535是Blackfin DSP系列產品的成員之一，由ADI公司和Intel公司共同開發(fā)，采用了MicroSignal Architecture(MSA)結構。這種體系結構將dual-MAC DSP引擎，RISC式微處理器指令集的優(yōu)點，以及單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)多媒體處理能力結合起來，形成了一套獨有的指令體系。其突出特點為速度高，性價比高且簡單易用，適用于高速控制系統(tǒng)的設計。ADSP21535具有高達300 MHz內核時鐘；2個16位乘加器，2個40位算術邏輯單元，2個40位累加器，4個8位視頻算術邏輯單元，以及1個40位移位器。內核電壓范圍：0.9～1.5 V，I／O電壓3.3 V，有利于減小功耗。在系統(tǒng)的集成方面，ASDP21535系統(tǒng)外設包括4個定時器、16個雙向可編程標志I／O引腳、兩個異步串行通信口、兩個全雙工同步串行口、串行總線、實時時鐘、看門狗定時器、1×～31×倍頻的片內PLL，以及用于外設擴展的USB和PCI總線。在中頻信號模擬器的硬件設計當中主要用到的資源為定時器、雙向可編程標志I／O引腳、異步串行通信口及全雙工同步串行口。ADSP21535的總線寬度為32位，他的存儲器分為片內和片外兩部分。片內存儲器分4塊：L1指令存儲器、L1數(shù)據(jù)存儲器、臨時數(shù)據(jù)RAM和256 kB的高速SRAM。片外存儲器大體分為三塊：PCI存儲配置空間、異步存儲器空間、同步DRAM空間。本設計使用的存儲空間為片內存儲器及片外異步存儲器空間。ADSP21535的操作模式共3種：仿真模式、管理員模式及普通用戶模式。其不同之處主要在于不同的操作模式對于控制寄存器的操作權限不同，前兩者對于系統(tǒng)控制寄存器的操作沒有限制，后者則有限制。用戶可通過程序來設置ADSP21535的工作模式。為了便于系統(tǒng)的控制，我們使DSP工作于管理員模式。
2 中頻信號模擬器設計
中頻信號模擬器采用ADSP21535作為核心控制器，主要是因為其內核速度快，完成指令運算的時間短，可大大縮短DSP控制DDS芯片產生中頻信號所需的控制與轉換時間，使模擬輸出信號更接近于實際信號。中頻信號模擬系統(tǒng)的工作環(huán)境，模擬系統(tǒng)的工作環(huán)境包括系統(tǒng)射頻單元、天線組合等；系統(tǒng)射頻單元包括高速頻率合成器、上變頻器與功率放大器。整個系統(tǒng)由本地計算機控制。中頻信號模擬器為本系統(tǒng)的核心部分，負責產生各種雷達中頻信號及組合信號。中頻信號模擬器的硬件結構為中頻信號模擬器的系統(tǒng)結構，整個信號模擬器的核心部件為高速信號處理器ADSP21535和高性能直接數(shù)字頻率合成器AD9854，前者用于高速控制及波形參數(shù)的計算，后者用于中頻信號的產生?？删幊踢壿嬈骷﨓PM7160產生系統(tǒng)的同步信號及AD9854的頻率更新信號(updclk)，計數(shù)器芯片82C54用于產生ADSP21535的中斷觸發(fā)信號。
系統(tǒng)硬件工作分為兩個階段：
第一階段為參數(shù)初始化階段。中頻信號模擬器讀取本地計算機所發(fā)參數(shù)，調用參數(shù)整理程序，將所得到的參數(shù)加以整理分類，轉換為所需要的控制數(shù)據(jù)，例如頻率控制字、相位控制字編碼信號的碼序列等，以便于快速地控制直接數(shù)字頻率合成器。然后，ADSP21535便開始進行自身及外部設備的初始化，包括內部定時器及外部定時器組、直接數(shù)字頻率合成器、雙向可編程IO引腳。完成上述步驟后，系統(tǒng)便進入波形產生階段。第二階段為波形產生階段。下面以四相碼編碼調制信號的產生為例介紹中頻信號模擬器產生信號的流程。由于AD9854只有兩個相位調整寄存器，因此要想產生四相碼必須使其工作于單頻模式，在updclk信號產生之前，將頻率字、相位字及工作模式字置入AD9854，當updclk來臨后AD9854開始按置入的頻率字及相位字產生頻率為F1，初始相位為P1的單頻率信號?；趩晤l模式的工作波形，設計的四相碼信號的控制流程如下：
(1)向AD9854的頻率控制字1中寫入四相碼的基頻。
(2)向AD9854的相位調整寄存器2內寫入相位0度。
(3)向AD9854內寫工作模式字000，使其工作于單頻模式。
(4)根據(jù)四相碼序列判斷相位值，并將其寫入AD9854的相位字寄存器1內。
(5)產生頻率更新脈沖(updclk)，啟動AD9854產生波形，同時啟動ADSP21535的定時器，對碼元寬度進行計數(shù)，在計數(shù)器中斷服務程序內重復(3)～(5)步驟。
3 在雷達改善因子測試中運用
改善因子I是評價MTI雷達工作質量的一種常用的性能指標。改善因子的定義是，動目標顯示系統(tǒng)輸出的信號雜波功率比(So／Co)和輸入信號雜波功率比(Si／Ci)之比值，
其中：Si和So為在目標所有可能徑向速度上取平均信號功率，G為系統(tǒng)對信號的平均功率增益，Co是對消濾波器輸出的剩余雜波?；夭M器用于模擬運動目標回波。雷達工作時，能搜尋到孤立的地物回波。調整信號模擬器輸出大小，使在A／R顯示器上模擬運動目標回波與地物回波等幅度顯示。接通對消電路，地物回波經對消后為剩余幅度，模擬運動目標回波沒有受對消。增加輸出回波信號的衰減量，使模擬運動目標回波幅度與地物回波剩余幅度相等。此時，回波模擬器輸出增加的衰減量即為測試的MTI雷達的改善因子值。3.1 測試系統(tǒng)的工作原理
在信號產生電路設計中，利用基于ADSP21535的中頻信號產生器產生中頻信號，引入雷達的同步時鐘解決與雷達信號的同步問題，用雷達中頻信號作為DDS電路的晶振，采用數(shù)字鎖相環(huán)技術。產生與雷達中頻信號完成相參的信號，通過對信號的相位旋轉控制使其產生多普勒頻移，通過上變頻器對信號進行上變頻，通過信號增益控制，將信號送到被測雷達的接收機，作為測試用模擬動目標回波信號。
3.2 測試系統(tǒng)的硬件組成
測試系統(tǒng)基于Windows操作系統(tǒng)，以PXI總線和基于ADSP21535的中頻信號產生器為核心，同時配以鎖相環(huán)技術、信號上變頻器和虛擬的測試軟件，構成一個雷達改善因子測試系統(tǒng)。
(1)虛擬控制面板
它由Visual C++編程實現(xiàn)，主要完成對整個系統(tǒng)進行實時控制，完成控制目標回波的產生及改善因子測試的自動引導。
(2)電路的硬件組成
用ADSP21535芯片中頻信號產生器，由與計算機的接口電路，脈沖延時電路，可變衰減和帶通濾波電路，方波產生電路，上變頻器以及信號增益控制電路等組成。
①用基于ADSP21535的中頻信號產生器產生30 MHz，60 MHz，90 MHz的可變中頻的信號，引入雷達同步時鐘信號解決信號同步問題。
②鎖相電路的設計采用數(shù)字鎖相技術利用雷達中頻信號作為基準，解決信號的相參問題，通過可變衰減和帶通濾波將信號送至上變頻器。
③信號的上變頻電路的設計：在信號上變頻過程中，用被測雷達的高頻信號或信號源作為基準，對中頻信號進行上變頻，最后送到雷達接收機。
3.3 基于虛擬儀器技術的系統(tǒng)軟件設計
3.3.1 設備驅動器的程序設計
(1)進入VC 6.0編程環(huán)境，從FILE菜單中選擇NEW命令，在打開的對話框中，選擇PROJECT選擇卡，在LOCATION和PROJECT NAME輸入框中指定DLL所在的路徑和工程名稱，并在列表框中選擇WIN32 DYNAMIC-LINK UBRARY項，按OK后創(chuàng)建一個的工程。
(2)在FILE菜單中的NEW命令打開對話框。將ADD TO PROJECT復選框選中，并在FILE輸入相應的要創(chuàng)建的文件名稱。選擇FILES選項卡中的C++SOURSE FILE項，確定后關閉對話框。
(3)在源文件的代碼中，將自動插入標準的DLL入口函數(shù)。
(4)在源文件中加人頭文件。
(5)在源文件中加入自定義函數(shù)和相關代碼。
(6)頭文件是Visual C++工程自動生成的開始文件，在基中對函數(shù)或類型進行說明。
(7)編譯和調試代碼后，點擊工程口中的BUILDE命令，形成動態(tài)鏈庫應用程序JULISHDLL.DLL。
(8)將JULISHDLL.DLL放到C：／Windows／SYSTEM目錄下，便可從VB中進行調用了。
3.3.2 VB中對DLL進行調用
Visual Basic通過DECLARE(聲明)來訪的DLL，其編譯器根據(jù)聲明確定的參數(shù)，檢查數(shù)據(jù)類型，VB在運行期間也可根據(jù)聲明確定參數(shù)，進行壓棧，出棧的管理工作，只要程序在FROM部分或公共模塊聲明了DLL過程，用戶就可以像使用VB關鍵字或用戶定義的VB的過程一樣，方便地使用DLL的函數(shù)。
3.3.3 虛擬面板的設計
在設計虛擬面板過程中，設計一個直觀形象、布局合理、功能齊全的儀器面板。
4 結語
采用ADSP21535設計的中頻信號產生器可較好地產生預定波形，通過示波器觀察與實際當中的波形相符。采用此技術所研制的中頻信號模擬器可用在改善因子動態(tài)測試，實踐證明運用DDS數(shù)字合成構建一個改善因子動態(tài)測試系統(tǒng)在信號的產生、實時控制、動態(tài)測量上具有方便、快捷、準確等特點。因而此種方法在改善因子動態(tài)測試中有較為廣闊的運用的前景，同時在雷達裝備的生產和研制過程中具有較強的實用價值。在解決電子戰(zhàn)設備性能測試中對復雜雷達信號的仿真問題方面具有廣泛的應用前景。
評論