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雷达MTI改善因子测试中运用ADSP21535中频信号
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2017-10-20
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基于DSP技术、DDS技术的雷达信号中频产生器可以产生包括线性与非线性调频信号、相位编码信号、单频脉冲信号，以及它们的组合在内等多种雷达信号，是雷达等电子设备的主要测试设备。
1 ADSP21535简介
ADSP21535是Blackfin DSP系列产品的成员之一，由ADI公司和Intel公司共同开发，采用了MicroSignal Architecture（MSA）结构。这种体系结构将dual-MAC DSP引擎，RISC式微处理器指令集的优点，以及单指令多数据（SIMD）多媒体处理能力结合起来，形成了一套独有的指令体系。其突出特点为速度高，性价比高且简单易用，适用于高速控制系统的设计。ADSP21535具有高达300 MHz内核时钟；2个16位乘加器，2个40位算术逻辑单元，2个40位累加器，4个8位视频算术逻辑单元，以及1个40位移位器。内核电压范围：0.9～1.5 V，I／O电压3.3 V，有利于减小功耗。在系统的集成方面，ASDP21535系统外设包括4个定时器、16个双向可编程标志I／O引脚、两个异步串行通信口、两个全双工同步串行口、串行总线、实时时钟、看门狗定时器、1×～31×倍频的片内PLL，以及用于外设扩展的USB和PCI总线。在中频信号模拟器的硬件设计当中主要用到的资源为定时器、双向可编程标志I／O引脚、异步串行通信口及全双工同步串行口。ADSP21535的总线宽度为32位，他的存储器分为片内和片外两部分。片内存储器分4块：L1指令存储器、L1数据存储器、临时数据RAM和256 kB的高速SRAM。片外存储器大体分为三块：PCI存储配置空间、异步存储器空间、同步DRAM空间。本设计使用的存储空间为片内存储器及片外异步存储器空间。ADSP21535的操作模式共3种：仿真模式、管理员模式及普通用户模式。其不同之处主要在于不同的操作模式对于控制寄存器的操作权限不同，前两者对于系统控制寄存器的操作没有限制，后者则有限制。用户可通过程序来设置ADSP21535的工作模式。为了便于系统的控制，我们使DSP工作于管理员模式。
2 中频信号模拟器设计
中频信号模拟器采用ADSP21535作为核心控制器，主要是因为其内核速度快，完成指令运算的时间短，可大大缩短DSP控制DDS芯片产生中频信号所需的控制与转换时间，使模拟输出信号更接近于实际信号。中频信号模拟系统的工作环境，模拟系统的工作环境包括系统射频单元、天线组合等；系统射频单元包括高速频率合成器、上变频器与功率放大器。整个系统由本地计算机控制。中频信号模拟器为本系统的核心部分，负责产生各种雷达中频信号及组合信号。中频信号模拟器的硬件结构为中频信号模拟器的系统结构，整个信号模拟器的核心部件为高速信号处理器ADSP21535和高性能直接数字频率合成器AD9854，前者用于高速控制及波形参数的计算，后者用于中频信号的产生。可编程逻辑器件EPM7160产生系统的同步信号及AD9854的频率更新信号（updclk），计数器芯片82C54用于产生ADSP21535的中断触发信号。
系统硬件工作分为两个阶段：
第一阶段为参数初始化阶段。中频信号模拟器读取本地计算机所发参数，调用参数整理程序，将所得到的参数加以整理分类，转换为所需要的控制数据，例如频率控制字、相位控制字编码信号的码序列等，以便于快速地控制直接数字频率合成器。然后，ADSP21535便开始进行自身及外部设备的初始化，包括内部定时器及外部定时器组、直接数字频率合成器、双向可编程IO引脚。完成上述步骤后，系统便进入波形产生阶段。第二阶段为波形产生阶段。下面以四相码编码调制信号的产生为例介绍中频信号模拟器产生信号的流程。由于AD9854只有两个相位调整寄存器，因此要想产生四相码必须使其工作于单频模式，在updclk信号产生之前，将频率字、相位字及工作模式字置入AD9854，当updclk来临后AD9854开始按置入的频率字及相位字产生频率为F1，初始相位为P1的单频率信号。基于单频模式的工作波形，设计的四相码信号的控制流程如下：
（1）向AD9854的频率控制字1中写入四相码的基频。
（2）向AD9854的相位调整寄存器2内写入相位0度。
（3）向AD9854内写工作模式字000，使其工作于单频模式。
（4）根据四相码序列判断相位值，并将其写入AD9854的相位字寄存器1内。
（5）产生频率更新脉冲（updclk），启动AD9854产生波形，同时启动ADSP21535的定时器，对码元宽度进行计数，在计数器中断服务程序内重复（3）～（5）步骤。
3 在雷达改善因子测试中运用
改善因子I是评价MTI雷达工作质量的一种常用的性能指标。改善因子的定义是，动目标显示系统输出的信号杂波功率比（So／Co）和输入信号杂波功率比（Si／Ci）之比值，
其中：Si和So为在目标所有可能径向速度上取平均信号功率，G为系统对信号的平均功率增益，Co是对消滤波器输出的剩余杂波。回波模拟器用于模拟运动目标回波。雷达工作时，能搜寻到孤立的地物回波。调整信号模拟器输出大小，使在A／R显示器上模拟运动目标回波与地物回波等幅度显示。接通对消电路，地物回波经对消后为剩余幅度，模拟运动目标回波没有受对消。增加输出回波信号的衰减量，使模拟运动目标回波幅度与地物回波剩余幅度相等。此时，回波模拟器输出增加的衰减量即为测试的MTI雷达的改善因子值。
1 ADSP21535简介
ADSP21535是Blackfin DSP系列产品的成员之一，由ADI公司和Intel公司共同开发，采用了MicroSignal Architecture（MSA）结构。这种体系结构将dual-MAC DSP引擎，RISC式微处理器指令集的优点，以及单指令多数据（SIMD）多媒体处理能力结合起来，形成了一套独有的指令体系。其突出特点为速度高，性价比高且简单易用，适用于高速控制系统的设计。ADSP21535具有高达300 MHz内核时钟；2个16位乘加器，2个40位算术逻辑单元，2个40位累加器，4个8位视频算术逻辑单元，以及1个40位移位器。内核电压范围：0.9～1.5 V，I／O电压3.3 V，有利于减小功耗。在系统的集成方面，ASDP21535系统外设包括4个定时器、16个双向可编程标志I／O引脚、两个异步串行通信口、两个全双工同步串行口、串行总线、实时时钟、看门狗定时器、1×～31×倍频的片内PLL，以及用于外设扩展的USB和PCI总线。在中频信号模拟器的硬件设计当中主要用到的资源为定时器、双向可编程标志I／O引脚、异步串行通信口及全双工同步串行口。ADSP21535的总线宽度为32位，他的存储器分为片内和片外两部分。片内存储器分4块：L1指令存储器、L1数据存储器、临时数据RAM和256 kB的高速SRAM。片外存储器大体分为三块：PCI存储配置空间、异步存储器空间、同步DRAM空间。本设计使用的存储空间为片内存储器及片外异步存储器空间。ADSP21535的操作模式共3种：仿真模式、管理员模式及普通用户模式。其不同之处主要在于不同的操作模式对于控制寄存器的操作权限不同，前两者对于系统控制寄存器的操作没有限制，后者则有限制。用户可通过程序来设置ADSP21535的工作模式。为了便于系统的控制，我们使DSP工作于管理员模式。
2 中频信号模拟器设计
中频信号模拟器采用ADSP21535作为核心控制器，主要是因为其内核速度快，完成指令运算的时间短，可大大缩短DSP控制DDS芯片产生中频信号所需的控制与转换时间，使模拟输出信号更接近于实际信号。中频信号模拟系统的工作环境，模拟系统的工作环境包括系统射频单元、天线组合等；系统射频单元包括高速频率合成器、上变频器与功率放大器。整个系统由本地计算机控制。中频信号模拟器为本系统的核心部分，负责产生各种雷达中频信号及组合信号。中频信号模拟器的硬件结构为中频信号模拟器的系统结构，整个信号模拟器的核心部件为高速信号处理器ADSP21535和高性能直接数字频率合成器AD9854，前者用于高速控制及波形参数的计算，后者用于中频信号的产生。可编程逻辑器件EPM7160产生系统的同步信号及AD9854的频率更新信号（updclk），计数器芯片82C54用于产生ADSP21535的中断触发信号。
系统硬件工作分为两个阶段：
第一阶段为参数初始化阶段。中频信号模拟器读取本地计算机所发参数，调用参数整理程序，将所得到的参数加以整理分类，转换为所需要的控制数据，例如频率控制字、相位控制字编码信号的码序列等，以便于快速地控制直接数字频率合成器。然后，ADSP21535便开始进行自身及外部设备的初始化，包括内部定时器及外部定时器组、直接数字频率合成器、双向可编程IO引脚。完成上述步骤后，系统便进入波形产生阶段。第二阶段为波形产生阶段。下面以四相码编码调制信号的产生为例介绍中频信号模拟器产生信号的流程。由于AD9854只有两个相位调整寄存器，因此要想产生四相码必须使其工作于单频模式，在updclk信号产生之前，将频率字、相位字及工作模式字置入AD9854，当updclk来临后AD9854开始按置入的频率字及相位字产生频率为F1，初始相位为P1的单频率信号。基于单频模式的工作波形，设计的四相码信号的控制流程如下：
（1）向AD9854的频率控制字1中写入四相码的基频。
（2）向AD9854的相位调整寄存器2内写入相位0度。
（3）向AD9854内写工作模式字000，使其工作于单频模式。
（4）根据四相码序列判断相位值，并将其写入AD9854的相位字寄存器1内。
（5）产生频率更新脉冲（updclk），启动AD9854产生波形，同时启动ADSP21535的定时器，对码元宽度进行计数，在计数器中断服务程序内重复（3）～（5）步骤。
3 在雷达改善因子测试中运用
改善因子I是评价MTI雷达工作质量的一种常用的性能指标。改善因子的定义是，动目标显示系统输出的信号杂波功率比（So／Co）和输入信号杂波功率比（Si／Ci）之比值，
其中：Si和So为在目标所有可能径向速度上取平均信号功率，G为系统对信号的平均功率增益，Co是对消滤波器输出的剩余杂波。回波模拟器用于模拟运动目标回波。雷达工作时，能搜寻到孤立的地物回波。调整信号模拟器输出大小，使在A／R显示器上模拟运动目标回波与地物回波等幅度显示。接通对消电路，地物回波经对消后为剩余幅度，模拟运动目标回波没有受对消。增加输出回波信号的衰减量，使模拟运动目标回波幅度与地物回波剩余幅度相等。此时，回波模拟器输出增加的衰减量即为测试的MTI雷达的改善因子值。
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