第六讲 dsp在雷达信号处理中的应用

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1、第六讲DSP在雷达信号处理中的应用Lesson6DSP'sApplicationinRadarSignalProcess清华大学电子工程系张卫杰博士引言DSP是一种基于精简指令集的可编程数学计算芯片，可以对数字信号进行时频域变换、频谱分析、滤波、估值、增强、压缩等处理，广泛应用于家用电器、多媒体系统、雷达、卫星系统、移动通信、网络会议、医学仪器、实时图像识别与处理、语音处理、自适应制导控制、模式识别、定位、导航、联合战术无线电系统和智能基站等领域。本文重点介绍通用DSP在雷达信号处理系统中的典型应用，以及研制基于

2、DSP的雷达信号处理系统的关键技术。DSP在雷达信号处理中的典型应用作为面向数字信号处理的可编程嵌入式处理器，DSP具有高速、灵活、可靠、可编程、低功耗、接口丰富、处理速度快、实时性好等特点。雷达信号处理系统所涉及的主要技术，包括数据重采样、参数估计、自适应滤波、恒虚警处理、脉冲压缩、自适应波束形成和旁瓣对消等，通常需要完成大量具有高度重复性的实时计算。DSP可以利用硬件算术单元、片内存储器、哈佛总线结构、专用寻址单元、流水处理技术等特有的硬件结构，高速完成FFT、FIR、复数乘加、相关、三角函数以及矩阵运算等数

3、字信号处理。因此，DSP非常适合雷达数字信号处理算法的实现。FFT是雷达信号处理的重要工具。DSP内部的硬件乘法器、地址产生器（反转寻址）和多处理内核，保证DSP在相同条件下，完成FFT算法的速度比通用微处理器要快2到3个数量级。因此，在雷达信号处理器中，大量采用DSP完成FFT/IFFT，以实现信号的时-频域转换、回波频谱分析、频域数字脉冲压缩等。FIR滤波器是雷达信号处理中常用设计之一。在动目标指示（MTI）或动目标检测（MTD）中，采用FIR滤波器可以滤除杂波干扰，提高信杂比，而通过恒虚警处理（CFAR）完

4、成目标的检测。在机载多普勒雷达中，为了抑制地杂波的干扰，采用了复杂的自适应滤波器组。在阵列信号处理以及波束形成中，进行数据校正及加权系数计算和控制，均需要大量的复数运算。这些复数加权滤波器、多普勒滤波器组或者矩阵运算都是复信号的乘法累加运算，可根据不同算法的需要，采用DSP进行灵活编程实现。数据重采样主要是为了得到雷达回波数据局部细节信息，实现数据校正或者配准。例如在SAR图像处理中，距离徙动校正中的多点插值算法和InSAR进行图像配准之前进行8倍像素细化，均可采用DSP完成一维和二维的插值运算。DSP在参数估计

5、方面也得到了广泛应用。典型的应用实例是SAR成像处理中的最大对比度算法。最大对比度算法是一种优秀的多普勒调频斜率估计方法，它通过对方位向数据的重复脉冲压缩，最后通过计算对比度，得到最优的普勒调频斜率。其中，采用DSP完成大量的FFT、IFFT和复数乘法，实现实时的参数估计。此外，DSP可以利用其存储器管理和计算能力，分析杂波强度、面积、杂波的多普勒频率、起伏分量以及地杂波等，建立杂波图，完成雷达回波的统计分析、信息保存及存储器控制等任务，最终实现CFAR处理。由此可见，DSP在雷达信号处理器设计中具有很大的灵活性

6、和适用范围，它不仅增强了信号处理的速度和能力，大大提高了信号处理系统的性能指标，而且适合多功能可编程并行处理和阵列处理，满足高速并行处理的要求。基于DSP的新体制雷达信号处理系统的关键技术高适应性和多功能是现代雷达系统所应有的两个基本特征，一方面要求雷达在复杂杂波环境下具有很高的检测概率和很低的虚警率；另一方面要求雷达在相同的平台上具有多功能，不但需要发现并测定目标的位置和运动参数，还要进行分析处理，判定其属性和威胁程度，进行辅助决策，并将目标信息直接传递给信息中心。因此，在现代雷达信号处理系统的设计中，不仅要考

7、虑运算量、运算速度、数据传输速度、体积的要求，还要考虑系统的标准化、通用性、模块化、可扩展性及其相关的技术。下面从系统结构、数据传输与互连技术、存储技术和软件开发四个方面介绍DSP在雷达信号处理系统的应用。基于DSP的雷达信号处理系统结构设计现代雷达信号处理系统是典型的实时并行处理系统，采用模块化设计，多种模块构成一个通用硬件平台，根据软件雷达的思想，通过改变算法和软件，使其适应不同的工作环境和任务需要。由于多DSP处理模块具有运算密集、体积小、实时性好以及处理时间可严格预测等特点，通常可作为系统的核心模块。例如

8、我国最新研制的WRSP1（WeatherRadarSignalProcessor1）全功能天气雷达信号处理器，由三类标准模块构成，采用了多DSP并行方式，通过软件编程能够实时完成当今天气雷达信号多普勒处理的PPP（脉冲对）、FFT等五种算法，与我国原有系统相比较，具有高集成、高精度、高度灵活、高稳定、高成像质量和低成本等特点。另外，同一种DSP处理模块采用不同的结构进行组