基于ADSP21535的中頻信號(hào)產(chǎn)生器在雷達(dá)MTI改善因子測(cè)試中的運(yùn)用
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基于DSP技術(shù)、DDS技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)中頻產(chǎn)生器可以產(chǎn)生包括線性與非線性調(diào)頻信號(hào)、相位編碼信號(hào)、單頻脈沖信號(hào)，以及它們的組合在內(nèi)等多種雷達(dá)信號(hào)，是雷達(dá)等電子設(shè)備的主要測(cè)試設(shè)備。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/257241.htm1 ADSP21535簡(jiǎn)介
ADSP21535是Blackfin DSP系列產(chǎn)品的成員之一，由ADI公司和Intel公司共同開(kāi)發(fā)，采用了MicroSignal Architecture(MSA)結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)將dual-MAC DSP引擎，RISC式微處理器指令集的優(yōu)點(diǎn)，以及單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)多媒體處理能力結(jié)合起來(lái)，形成了一套獨(dú)有的指令體系。其突出特點(diǎn)為速度高，性價(jià)比高且簡(jiǎn)單易用，適用于高速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。ADSP21535具有高達(dá)300 MHz內(nèi)核時(shí)鐘；2個(gè)16位乘加器，2個(gè)40位算術(shù)邏輯單元，2個(gè)40位累加器，4個(gè)8位視頻算術(shù)邏輯單元，以及1個(gè)40位移位器。內(nèi)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(shè)包括4個(gè)定時(shí)器、16個(gè)雙向可編程標(biāo)志I／O引腳、兩個(gè)異步串行通信口、兩個(gè)全雙工同步串行口、串行總線、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門狗定時(shí)器、1×～31×倍頻的片內(nèi)PLL，以及用于外設(shè)擴(kuò)展的USB和PCI總線。在中頻信號(hào)模擬器的硬件設(shè)計(jì)當(dāng)中主要用到的資源為定時(shí)器、雙向可編程標(biāo)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(chǔ)器分為片內(nèi)和片外兩部分。片內(nèi)存儲(chǔ)器分4塊：L1指令存儲(chǔ)器、L1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、臨時(shí)數(shù)據(jù)RAM和256 kB的高速SRAM。片外存儲(chǔ)器大體分為三塊：PCI存儲(chǔ)配置空間、異步存儲(chǔ)器空間、同步DRAM空間。本設(shè)計(jì)使用的存儲(chǔ)空間為片內(nèi)存儲(chǔ)器及片外異步存儲(chǔ)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(duì)于控制寄存器的操作權(quán)限不同，前兩者對(duì)于系統(tǒng)控制寄存器的操作沒(méi)有限制，后者則有限制。用戶可通過(guò)程序來(lái)設(shè)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(hào)模擬器設(shè)計(jì)
中頻信號(hào)模擬器采用ADSP21535作為核心控制器，主要是因?yàn)槠鋬?nèi)核速度快，完成指令運(yùn)算的時(shí)間短，可大大縮短DSP控制DDS芯片產(chǎn)生中頻信號(hào)所需的控制與轉(zhuǎn)換時(shí)間，使模擬輸出信號(hào)更接近于實(shí)際信號(hào)。中頻信號(hào)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(gè)系統(tǒng)由本地計(jì)算機(jī)控制。中頻信號(hào)模擬器為本系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)產(chǎn)生各種雷達(dá)中頻信號(hào)及組合信號(hào)。中頻信號(hào)模擬器的硬件結(jié)構(gòu)為中頻信號(hào)模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整個(gè)信號(hào)模擬器的核心部件為高速信號(hào)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(jì)算，后者用于中頻信號(hào)的產(chǎn)生?？删幊踢壿嬈骷﨓PM7160產(chǎn)生系統(tǒng)的同步信號(hào)及AD9854的頻率更新信號(hào)(updclk)，計(jì)數(shù)器芯片82C54用于產(chǎn)生ADSP21535的中斷觸發(fā)信號(hào)。
系統(tǒng)硬件工作分為兩個(gè)階段：
第一階段為參數(shù)初始化階段。中頻信號(hào)模擬器讀取本地計(jì)算機(jī)所發(fā)參數(shù)，調(diào)用參數(shù)整理程序，將所得到的參數(shù)加以整理分類，轉(zhuǎn)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(hào)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(kāi)始進(jìn)行自身及外部設(shè)備的初始化，包括內(nèi)部定時(shí)器及外部定時(shí)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(jìn)入波形產(chǎn)生階段。第二階段為波形產(chǎn)生階段。下面以四相碼編碼調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生為例介紹中頻信號(hào)模擬器產(chǎn)生信號(hào)的流程。由于AD9854只有兩個(gè)相位調(diào)整寄存器，因此要想產(chǎn)生四相碼必須使其工作于單頻模式，在updclk信號(hào)產(chǎn)生之前，將頻率字、相位字及工作模式字置入AD9854，當(dāng)updclk來(lái)臨后AD9854開(kāi)始按置入的頻率字及相位字產(chǎn)生頻率為F1，初始相位為P1的單頻率信號(hào)?；趩晤l模式的工作波形，設(shè)計(jì)的四相碼信號(hào)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(diào)整寄存器2內(nèi)寫入相位0度。
(3)向AD9854內(nèi)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(nèi)。
(5)產(chǎn)生頻率更新脈沖(updclk)，啟動(dòng)AD9854產(chǎn)生波形，同時(shí)啟動(dòng)ADSP21535的定時(shí)器，對(duì)碼元寬度進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)器中斷服務(wù)程序內(nèi)重復(fù)(3)～(5)步驟。
3 在雷達(dá)改善因子測(cè)試中運(yùn)用
改善因子I是評(píng)價(jià)MTI雷達(dá)工作質(zhì)量的一種常用的性能指標(biāo)。改善因子的定義是，動(dòng)目標(biāo)顯示系統(tǒng)輸出的信號(hào)雜波功率比(So／Co)和輸入信號(hào)雜波功率比(Si／Ci)之比值，
其中：Si和So為在目標(biāo)所有可能徑向速度上取平均信號(hào)功率，G為系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的平均功率增益，Co是對(duì)消濾波器輸出的剩余雜波?；夭M器用于模擬運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波。雷達(dá)工作時(shí)，能搜尋到孤立的地物回波。調(diào)整信號(hào)模擬器輸出大小，使在A／R顯示器上模擬運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波與地物回波等幅度顯示。接通對(duì)消電路，地物回波經(jīng)對(duì)消后為剩余幅度，模擬運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波沒(méi)有受對(duì)消。增加輸出回波信號(hào)的衰減量，使模擬運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波幅度與地物回波剩余幅度相等。此時(shí)，回波模擬器輸出增加的衰減量即為測(cè)試的MTI雷達(dá)的改善因子值。3.1 測(cè)試系統(tǒng)的工作原理
在信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)中，利用基于ADSP21535的中頻信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生中頻信號(hào)，引入雷達(dá)的同步時(shí)鐘解決與雷達(dá)信號(hào)的同步問(wèn)題，用雷達(dá)中頻信號(hào)作為DDS電路的晶振，采用數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)。產(chǎn)生與雷達(dá)中頻信號(hào)完成相參的信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)控制使其產(chǎn)生多普勒頻移，通過(guò)上變頻器對(duì)信號(hào)進(jìn)行上變頻，通過(guò)信號(hào)增益控制，將信號(hào)送到被測(cè)雷達(dá)的接收機(jī)，作為測(cè)試用模擬動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)。
3.2 測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成
測(cè)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(hào)產(chǎn)生器為核心，同時(shí)配以鎖相環(huán)技術(shù)、信號(hào)上變頻器和虛擬的測(cè)試軟件，構(gòu)成一個(gè)雷達(dá)改善因子測(cè)試系統(tǒng)。
(1)虛擬控制面板
它由Visual C++編程實(shí)現(xiàn)，主要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，完成控制目標(biāo)回波的產(chǎn)生及改善因子測(cè)試的自動(dòng)引導(dǎo)。
(2)電路的硬件組成
用ADSP21535芯片中頻信號(hào)產(chǎn)生器，由與計(jì)算機(jī)的接口電路，脈沖延時(shí)電路，可變衰減和帶通濾波電路，方波產(chǎn)生電路，上變頻器以及信號(hào)增益控制電路等組成。
①用基于ADSP21535的中頻信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生30 MHz，60 MHz，90 MHz的可變中頻的信號(hào)，引入雷達(dá)同步時(shí)鐘信號(hào)解決信號(hào)同步問(wèn)題。
②鎖相電路的設(shè)計(jì)采用數(shù)字鎖相技術(shù)利用雷達(dá)中頻信號(hào)作為基準(zhǔn)，解決信號(hào)的相參問(wèn)題，通過(guò)可變衰減和帶通濾波將信號(hào)送至上變頻器。
③信號(hào)的上變頻電路的設(shè)計(jì)：在信號(hào)上變頻過(guò)程中，用被測(cè)雷達(dá)的高頻信號(hào)或信號(hào)源作為基準(zhǔn)，對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行上變頻，最后送到雷達(dá)接收機(jī)。
3.3 基于虛擬儀器技術(shù)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.3.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的程序設(shè)計(jì)
(1)進(jìn)入VC 6.0編程環(huán)境，從FILE菜單中選擇NEW命令，在打開(kāi)的對(duì)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(xiàng)，按OK后創(chuàng)建一個(gè)的工程。
(2)在FILE菜單中的NEW命令打開(kāi)對(duì)話框。將ADD TO PROJECT復(fù)選框選中，并在FILE輸入相應(yīng)的要?jiǎng)?chuàng)建的文件名稱。選擇FILES選項(xiàng)卡中的C++SOURSE FILE項(xiàng)，確定后關(guān)閉對(duì)話框。
(3)在源文件的代碼中，將自動(dòng)插入標(biāo)準(zhǔn)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(guān)代碼。
(6)頭文件是Visual C++工程自動(dòng)生成的開(kāi)始文件，在基中對(duì)函數(shù)或類型進(jìn)行說(shuō)明。
(7)編譯和調(diào)試代碼后，點(diǎn)擊工程口中的BUILDE命令，形成動(dòng)態(tài)鏈庫(kù)應(yīng)用程序JULISHDLL.DLL。
(8)將JULISHDLL.DLL放到C：／Windows／SYSTEM目錄下，便可從VB中進(jìn)行調(diào)用了。
3.3.2 VB中對(duì)DLL進(jìn)行調(diào)用
Visual Basic通過(guò)DECLARE(聲明)來(lái)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(yùn)行期間也可根據(jù)聲明確定參數(shù)，進(jìn)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(guò)程，用戶就可以像使用VB關(guān)鍵字或用戶定義的VB的過(guò)程一樣，方便地使用DLL的函數(shù)。
3.3.3 虛擬面板的設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)虛擬面板過(guò)程中，設(shè)計(jì)一個(gè)直觀形象、布局合理、功能齊全的儀器面板。
4 結(jié)語(yǔ)
采用ADSP21535設(shè)計(jì)的中頻信號(hào)產(chǎn)生器可較好地產(chǎn)生預(yù)定波形，通過(guò)示波器觀察與實(shí)際當(dāng)中的波形相符。采用此技術(shù)所研制的中頻信號(hào)模擬器可用在改善因子動(dòng)態(tài)測(cè)試，實(shí)踐證明運(yùn)用DDS數(shù)字合成構(gòu)建一個(gè)改善因子動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)在信號(hào)的產(chǎn)生、實(shí)時(shí)控制、動(dòng)態(tài)測(cè)量上具有方便、快捷、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。因而此種方法在改善因子動(dòng)態(tài)測(cè)試中有較為廣闊的運(yùn)用的前景，同時(shí)在雷達(dá)裝備的生產(chǎn)和研制過(guò)程中具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。在解決電子戰(zhàn)設(shè)備性能測(cè)試中對(duì)復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)的仿真問(wèn)題方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
評(píng)論