基于TMS320C6678的雷达信号处理实现

郭凯 徐红侠 邓海棠 陈丁

摘 要：雷达信号处理技术主要包括脉冲压缩、动目标指示MTI、动目标检测MTD和CFAR检测等。快速发展的DSP芯片为高性能实时处理硬件系的核心。详细介绍基于多核数字信号处理器TMS320C6678实现对LFM信号进行实时脉冲压缩等的并行流水的实现方法。理论分析和实现结果表明，多核并行流水方法能获得比普通单核更好的系统实时性。

关键词：TMS320C6678；多核；脉冲压缩；MTI；MTD；CFAR

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.186

0 引言

近年来，随着国内外雷达科学技术的不断发展，雷达信号也极其复杂，这就对信号处理器的处理能力、存储能力、可扩展性以及数据传输能力提出了更高的要求。数字信号处理（简称：DSP）目前通常为雷达信号处理机的核心处理器。本文介绍的雷达信号处理器，采用TI公司的DSP芯片TMS320C6678为主要信号处理器件，利用DSP软件编程完成信号处理算法的实现，可以在相同的硬件平台上实现不同的处理任务。系统集成度高、体积小且功能强大。结构灵活，可以根据需求改变设备量，具有较强的通用性和可扩展性。

1 核心处理芯片介绍

本雷达信号处理系统采用的DSP芯片是TI公司的TMS320C6678（简称C6678），该芯片由于采用特殊的KeyStone多核架构，这种结构能够为多核器件中的每一个核提供全面的处理功能。因此。是一款的高性能、低功耗多核信号处理器件，多核的支持与运算能力的提高，使用户能更好地实现复杂的并行运算。

2 主要功能介绍

雷达数字信号处理的主要方法有是PC、非相参积累、MTI、MTD、CFAR、俯仰角和方位角的误差以及目标参数提取等，如图1所示。其主要由中频ADC、DDC、PC、MTD、非相参积累、CFAR、距离跟踪器和角误差计算等多个功能子模块组成，如图1所示。

3 基本算法和软件设计

3.1 脉冲压缩

现代雷达的脉冲信号为大时宽和大带宽的信号保证探测距离的同时，又兼顾距离分辨力。但是这种雷达信号的回波需要采用脉冲压缩滤波器来实现。实现方法有LFM、NLFM、相位编码信号等。LFM可以达到较高的脉冲压缩比，是常用的PC方法。LFM在频率域实现数字信号的PC过程。LFM信号是一种随着时间增加频率线性增加或减小的信号，其数学表达式为：

S（t）=rect （t/τ）e（j2πfct）·e（jπkt2） （1）

式中，τ为脉冲宽度；fc为载波频率；rect（t/τ）为矩形窗函数；k为调频斜率，k=B/τ，B为发射信号的频带宽度。脉冲压缩比为D=τB。

3.2 动目标指示MTI

比如某雷达的MTI设计采用三脉冲对消，对所有通道进行PC后的数据均需要进行MTI杂波对消。具体的对消方法如下：

（a）选择当前状态下的信号积累次数np；

（b）设某路信号在第i次积累的信号记为 Si（n），i=1，…，np， n=1，…，RN （距离通道个数），MTI对消方法为：

Sj_MTI（n）=Si（n）-2Si-1（n）+Si-2（n） （2）

其中j=i-2，i=3，…， np。

3.3 动目标检测MTD

动目标检测MTD就是在距离上将回波信号分为许多距离单元，然后通过M次发射的回波，在同一距离单元上进行相干积累（多普勒滤波）。这样，不但可以SNR，还可以测量目标速度。动目标检测可以看成是对信号的频谱分析，通常用FFT算法来实现。

3.4 CFAR检测

在距离维上采取滑窗处理方式，每个参考窗删除幅度最大的DelNum个点参数说明：参考窗长度n=32前、后保护单元均为4 （在接收信号被部分截断时，保护单元应增加）。门限因子的作用是放大检测因子，假设基本门限因子=4，则放大后的检测因子=4×检测因子/32。

3.5 软件设计

DSP多核和单核处理器编程方法区别较大，若使用多核同时进行处理并合理安排存储空间以提高数据处理速度，减小系统响应时间。原因是多核处理需要将任务尽量分工到多个处理器同步并行完成，从而最大程度上提高算法的执行效率，因此，采用多核DSP进行雷达信号相关处理对雷达整机性能提高有重要意义。

脉冲压缩的设计。脉冲压缩在数字下变频后进行，受时序驱动，需计算运算时间来和实际时序相配合，以免发生数据堵塞。经过分析，每个内核在4个探测发射脉冲的时间内可以完成数据读取、脉冲压缩和数据传输的工作。最后我们采用4个内核轮流进行脉冲压缩，1个内核完成资源调度的安排方法来实现此功能，同时在内核之间采用共享内存和核间IPC通信方式协调同步和竞争。

4 结束语

由于这种DSP具有8个处理内核、存储空间较大，高速接口资源较多，在雷达回波信号的实时处理中，脉冲压缩、动目标指示MTI、动目标检测MTD和CFAR检测是其主要处理方式具有大数据量实时处理时能较好地体现其优越性。由实际结果可知，针对以上以这些算法，利用其多核资源，对算法进行分解，而后将其并行流水实，通过调用多个处理器资源，提高了系统的实时性及运算能力。

参考文献：

[1]孙玮，刘国满.基DSP的脉冲压缩算法的并行流水实现[J].无线电工程，2013（09）.

[2]张泽云，赵宏生，徐朝阳.基于ADSP-TS201S的雷达信号处理研究[J].舰船电子对抗，2011（03）.

[3]顾颖，张雪婷，张飚.基于ADSP-TS201S的通用雷达信号处理机的设计[J].现代雷达，2006（06）.