相控陣雷達系統(tǒng)的設計與分析3

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1、相控陣雷達系統(tǒng)的設計與分析第三章相控陣雷達信號處理單元系統(tǒng)設計一部先進的雷達必定要具有先進的信號處理系統(tǒng)。由于相控陣雷達要處理多批、高速目標，因此對信號波形設計與處理設備提出了更多、更高的要求。與相控陣天線波束掃描的靈活性與自適應能力相適應，信號處理機應具有更強的自適應信號處理能力。相控陣天線的多通道特性使相控陣雷達信號處理機具有多通道并行處理的特點。本章首先討論本相控陣雷達信號處理單元系統(tǒng)要求，由此來決定用DSP來進行信號處理的必需條件;然后介紹了AD公司的DSP芯片ADSP一21060;充分利用ADSP一21060支持多處理器并行計算的特點，提出了一種由4片ADSP一21060

2、構(gòu)成的并行計算網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并將它與傳統(tǒng)的共享總線結(jié)構(gòu)相比較:接著給出了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖，討論了它的基本工作原理。最后提出了基于邊界掃描的可測性設計在雷達信號處理單元上的實現(xiàn)。3.1相控陣雷達信號處理單元系統(tǒng)分析本文研究的相控陣雷達是固定式多目標單脈沖體制測量雷達，主要用來完成某戰(zhàn)術(shù)導彈試驗和火控雷達精度實驗中的多個目標的跟蹤測量任務。它具備自動搜索、截獲和跟蹤多目標，具有較強的低空跟蹤性能，能提供多種探測波形和與之相對應的應答式、反射式、應答和反射混合等多種工作方式，以便達到最大的跟蹤距離和最佳的分辨率。雷達視頻信號處理單元用來完成雷達系統(tǒng)的雙三通道距離信息和角誤差信息的提取工作。其承

3、擔的主要的信號處理任務如下:l恒虛警率(CA—CFAR和自適應CFAR)處理;l雙門限檢測(CA—CFAR檢測器和自適應CFAR檢測器);l動目標顯示(數(shù)字雙脈沖單對消DMTI);l動目標檢測(DMTD:8點FFT和恒虛警率處理);l角誤差信號處理。3.1.1視頻信號處理單元技術(shù)指標根據(jù)雷達戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)指標的要求，可得到視頻信號處理系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)指標如下:(1)A/D采樣頻率和量化字長:根據(jù)相控陣雷達戰(zhàn)術(shù)指標對測距精度(隨機誤差延3m)和系統(tǒng)帶寬(l.7MHz、5MHz和10MHz)的要求，將A/D采樣頻率選取為=50MHz。此時，距離門的寬度為3m。又根據(jù)相控陣雷達測距范圍(≤40

4、00km)的要求，若距離的最小表示單位為lm，則輸出的距離數(shù)據(jù)須用21位來表示。根據(jù)系統(tǒng)對材刀改善因子的要求和芯片采購的限制，A/D芯片的量化字長取12位。(2)最大數(shù)據(jù)緩存深度:最大不模糊距離如下:(重復頻率為)根據(jù)雷達的最大不模糊距離(1000km)和距離門(3m)的寬度，可知每個重復周期所需的最大數(shù)據(jù)緩存深度為個采樣數(shù)據(jù)(當重復頻率150Hz時)?？紤]到在脈沖發(fā)射的前后均存在盲區(qū)(和)，實際長度要略少一些。由于重復頻率-4-相控陣雷達系統(tǒng)的設計與分析=150Hz是用于探測遠距離小目標的，為了保持較高的數(shù)據(jù)率，不做MTI和MTD，因此，最多只需要一個周期長度的緩存空間，且緩存深

5、度小于512k個采樣數(shù)據(jù)。，當重復頻率取=1800Hz～2000Hz時，每個重復周期所需的最大數(shù)據(jù)緩存深度為個采樣數(shù)據(jù)。由于重復頻率=1800Hz～2000Hz是用于探測低空目標的，需要做MTI和MTD，因此，如果MTI采用三脈沖雙對消，MTD采用8點FFT，則需要緩存10個重復周期的采樣數(shù)據(jù)，相應地，最大數(shù)據(jù)緩存空間為277777個采樣數(shù)據(jù)，其緩存深度也小于512k個采樣數(shù)據(jù)。3.1.2雷達信號分析由于相控陣雷達采用了應答和反射兼容的工作方式，它有兩套接收機，視頻信號處理系統(tǒng)要對兩種工作方式下的回波信號分別進行處理。該雷達的角度測量方法采用的是單脈沖幅度比較法。它首先形成“和通道

6、”(∑)、“方位差通道”()及“仰角差通道”()信號，然后用“和通道”信號對差通道信號進行歸一化處理，最終確定角誤差信號。同時，為了消除信號的盲相，確保得到的信號無損失，動目標檢測采用I、Q雙路檢測方案，相位檢波器輸出的I、Q兩路正交信號經(jīng)過高速A/D變換后送到視頻信號處理系統(tǒng)。由此可見，最終送至視頻信號處理系統(tǒng)的信號有六個通道共十二路。反射方式的三個通道信號是調(diào)頻脈沖經(jīng)過脈沖壓縮后的檢波信號，而應答方式的三個通道信號是單頻脈沖經(jīng)過窄帶濾波后的檢波信號，雖然二者在中頻段的處理方法有所區(qū)別，但其視頻信號的處理方式是類似的。具體情況如下表所示:　采樣頻率率量化字長重復周期①壓縮脈寬處理

7、方式反射方式∑50MHz12　150Hz　0.3μs　CFAR　300Hz、1818Hz　0.15μs?、凇?0MHz12　150Hz　0.3μs　CFAR　300Hz、1818Hz　0.15μs?、凇?0MHz12　150Hz　0.3μs　CFAR　300Hz、1818Hz　0.15μs　②應答方式∑50MHz12　150Hz　0.8μs　CFAR　300Hz　0.8μs?、邸?0MHz12　150Hz　0.8μs　③　300Hz　0.8μs?、邸?0MHz12　1