相控阵雷达系统的设计与分析3

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1、相控阵雷达系统的设计与分析第三章相控阵雷达信号处理单元系统设计一部先进的雷达必定要具有先进的信号处理系统。由于相控阵雷达要处理多批、高速目标，因此对信号波形设计与处理设备提出了更多、更高的要求。与相控阵天线波束扫描的灵活性与自适应能力相适应，信号处理机应具有更强的自适应信号处理能力。相控阵天线的多通道特性使相控阵雷达信号处理机具有多通道并行处理的特点。本章首先讨论本相控阵雷达信号处理单元系统要求，由此来决定用DSP来进行信号处理的必需条件;然后介绍了AD公司的DSP芯片ADSP一21060;充分利用ADSP一21060支持多处理器并行计算的特点，提出了一种由4片ADSP一21060

2、构成的并行计算网格结构，并将它与传统的共享总线结构相比较:接着给出了系统整体结构图，讨论了它的基本工作原理。最后提出了基于边界扫描的可测性设计在雷达信号处理单元上的实现。3.1相控阵雷达信号处理单元系统分析本文研究的相控阵雷达是固定式多目标单脉冲体制测量雷达，主要用来完成某战术导弹试验和火控雷达精度实验中的多个目标的跟踪测量任务。它具备自动搜索、截获和跟踪多目标，具有较强的低空跟踪性能，能提供多种探测波形和与之相对应的应答式、反射式、应答和反射混合等多种工作方式，以便达到最大的跟踪距离和最佳的分辨率。雷达视频信号处理单元用来完成雷达系统的双三通道距离信息和角误差信息的提取工作。其承

3、担的主要的信号处理任务如下:l恒虚警率(CA—CFAR和自适应CFAR)处理;l双门限检测(CA—CFAR检测器和自适应CFAR检测器);l动目标显示(数字双脉冲单对消DMTI);l动目标检测(DMTD:8点FFT和恒虚警率处理);l角误差信号处理。3.1.1视频信号处理单元技术指标根据雷达战术和技术指标的要求，可得到视频信号处理系统的有关技术指标如下:(1)A/D采样频率和量化字长:根据相控阵雷达战术指标对测距精度(随机误差延3m)和系统带宽(l.7MHz、5MHz和10MHz)的要求，将A/D采样频率选取为=50MHz。此时，距离门的宽度为3m。又根据相控阵雷达测距范围(≤40

4、00km)的要求，若距离的最小表示单位为lm，则输出的距离数据须用21位来表示。根据系统对材刀改善因子的要求和芯片采购的限制，A/D芯片的量化字长取12位。(2)最大数据缓存深度:最大不模糊距离如下:(重复频率为)根据雷达的最大不模糊距离(1000km)和距离门(3m)的宽度，可知每个重复周期所需的最大数据缓存深度为个采样数据(当重复频率150Hz时)。考虑到在脉冲发射的前后均存在盲区(和)，实际长度要略少一些。由于重复频率-4-相控阵雷达系统的设计与分析=150Hz是用于探测远距离小目标的，为了保持较高的数据率，不做MTI和MTD，因此，最多只需要一个周期长度的缓存空间，且缓存深

5、度小于512k个采样数据。，当重复频率取=1800Hz～2000Hz时，每个重复周期所需的最大数据缓存深度为个采样数据。由于重复频率=1800Hz～2000Hz是用于探测低空目标的，需要做MTI和MTD，因此，如果MTI采用三脉冲双对消，MTD采用8点FFT，则需要缓存10个重复周期的采样数据，相应地，最大数据缓存空间为277777个采样数据，其缓存深度也小于512k个采样数据。3.1.2雷达信号分析由于相控阵雷达采用了应答和反射兼容的工作方式，它有两套接收机，视频信号处理系统要对两种工作方式下的回波信号分别进行处理。该雷达的角度测量方法采用的是单脉冲幅度比较法。它首先形成“和通道

6、”(∑)、“方位差通道”()及“仰角差通道”()信号，然后用“和通道”信号对差通道信号进行归一化处理，最终确定角误差信号。同时，为了消除信号的盲相，确保得到的信号无损失，动目标检测采用I、Q双路检测方案，相位检波器输出的I、Q两路正交信号经过高速A/D变换后送到视频信号处理系统。由此可见，最终送至视频信号处理系统的信号有六个通道共十二路。反射方式的三个通道信号是调频脉冲经过脉冲压缩后的检波信号，而应答方式的三个通道信号是单频脉冲经过窄带滤波后的检波信号，虽然二者在中频段的处理方法有所区别，但其视频信号的处理方式是类似的。具体情况如下表所示:　采样频率率量化字长重复周期①压缩脉宽处理

7、方式反射方式∑50MHz12　150Hz　0.3μs　CFAR　300Hz、1818Hz　0.15μs　②　50MHz12　150Hz　0.3μs　CFAR　300Hz、1818Hz　0.15μs　②　50MHz12　150Hz　0.3μs　CFAR　300Hz、1818Hz　0.15μs　②应答方式∑50MHz12　150Hz　0.8μs　CFAR　300Hz　0.8μs　③　50MHz12　150Hz　0.8μs　③　300Hz　0.8μs　③　50MHz12　1