??? 摘 要： 簡述了雷達數字信號處理系統" title="處理系統">處理系統中自適應動目標顯示的實現原理，詳細討論了采用新一代高性能DSP芯片ADSP-TS101S" title="ADSP-TS101S">ADSP-TS101S設計自適應動目標顯示系統的方法，并給出了相應的硬件框圖和軟件流程圖。該系統具有通用化、模塊化的特點，其性能指標達到設計要求。
??? 關鍵詞： ADSP-TS101S? 雷達數字信號處理? 自適應動目標顯示
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??? 現代雷達數字信號處理具有海量運算的需求，并且在許多場合要求對信號進行實時處理，這對信號處理系統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、靜態超標量體系結構的通用DSP芯片ADSP-TS101S來設計自適應動目標顯示(AMTI)系統，性能指標滿足了雷達信號處理的要求。
1 ADSP-TS101S的性能特點[1]
??? ADSP-TS101S具有極高的處理能力,它采用靜態超標量結構,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預測功能,又可以在程序執行前就對指令級進行并行操作并用編譯器預測出來。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每周期能執行4條指令,具有24個16bit" title="16bit">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8×16bit乘與40bit累加或者2×16bit乘與80bit累加；
??? (4)支持32bitIEEE浮點數據和8bit/16bit/32bit/64bit定點數據格式。
??? 與前一代SHARC產品ADSP2116X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復數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字信號處理的要求。
2 系統構成及硬件設計
2.1 系統構成
??? 自適應信號處理系統由地雜波通道(GCFC)、動雜波通道(MCFC)和正常通道(NRC)三部分組成[2]，原理框圖如圖1所示。
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??? 針對不同的雜波環境，應選擇不同的通道。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；當在地雜波環境時，正常雷達通道采用雜波圖設置門限，實現超雜波檢測，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，是地雜波環境下的主要檢測通道；當在動雜波環境時，動雜波濾波器通過速度估值器修改濾波器權系數，移動濾波器凹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部雙口靜態隨機存取存儲器(SRAM)，并且這種訪問一般不影響被訪問處理器的工作。在此系統設計中，采用四片ADSP-TS101S組成MeshSP(網絡)結構并行處理系統，各個處理器通過鏈路口實現信息交換，數據流輸入和輸出通過外部總線接口實現[3]。其系統結構框圖如圖2所示。
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??? 其中，ADSP-1負責正常通道的檢測，包括求模/取對數、幅度雜波圖、脈沖重復頻率(PRF)鑒別、雜波圖對消、CFAR及系統噪聲估值等單元。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則負責系統自舉、將送進來的正交數字信號進行數字脈沖壓縮" title="脈沖壓縮">脈沖壓縮及送出脈沖壓縮后的信號。
??? 在實際應用中，為了增加可靠性，系統采用八片DSP分成兩組，一組為主處理模塊" title="處理模塊">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。當主處理模塊發生故障時，整個系統仍能正常工作。最后可得通用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，可滿足常規地面雷達信號處理需求。
3 軟件設計
3.1 主程序設計
??? 主程序完成DSP的初始化并對接收到的數據進行相應處理[4]。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。現以ADSP-1為例給出設計流程圖，如圖3所示。
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3.2 中斷服務程序
??? 中斷服務程序主要處理各DSP之間鏈路口接收或發送數據，實現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；啟動LINK3，傳送ADSP-1自檢數據、NRC數據及控制參數，如圖4所示。
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??? 基于ADSP-TS101S的AMTI處理系統，所需外圍器件少，電路設計簡單，系統可靠性高，研制周期短，具有很強的擴展性和通用性。經過整機測試，在天線掃描一圈的時間（10秒）內，該處理系統可完成10000點的點跡處理，地雜波改善因子大于 60dB，動雜波改善因子大于28dB，性能指標達到設計要求。隨著芯片技術的進一步發展，將來有望能在單片DSP中實現整個AMTI。
參考文獻
1 TigerSHARC DSP Microcomputer ADSP-TS101S Preliminary?Technical Data. Analog? Devices Inc, 2002
2 沈福民．自適應信號處理［Ｍ］．西安:西安電子科技大學出版社,2001.3
3 蘇 濤，吳順君.高性能數字信號處理器與高速實時信號處理[M]. 西安：西安電子科技大學出版社，2002.1
4 劉書明，羅軍輝.ADSP SHARC 系列DSP應用系統設計[M]. 北京：電子工業出版社，2003.2