基于TS101的SAR回波信号模拟器设计

 

　　合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种高分辨率微波成像雷达，可以全天候、全天时的利用微波照射获得地面目标的散射信息，是获取地面信息的重要手段，因而在军用和民用领域中都获得了广泛的应用。合成孔径雷达模拟技术是一种用模拟的方法来研究SAR的技术，在SAR的研究和研制工作中具有十分重要的作用。该技术能模拟出SAR的回波，用于SAR系统性能的检验以及测试，并能评估各种成像算法，分析出建立在不同模型上的算法的有效性。近年来，国内外许多院校和科研机构都投入了大量的人力和物力进行合成孔径雷达模拟技术的研究。伴随着SAR的研究与发展，与之相应的模拟器研制也取得了丰硕成果。其中，在硬件上实现高速数据处理是其关键技术之一。对于高分辨率、大测绘带合成孔径雷达模拟器来说，数据存储器容量也是要面临的另一个问题。针对合成孔径雷达实时信号处理所要求的大数据吞吐能量、强数据计算能力，需要寻求一种基于高速数字电路的解决途径。

　　TS101是美国AD公司最新推出的TigerSHARC系列DSP芯片，采用DMA引擎，主要针对嵌入式实时应用。TigerSHARC DSP有两个独立的32位处理器核，或者多指令多数据流(MIMD)结构。每个处理单元都能在单周期执行一次乘法，以及加法，对于300 MHz的ADSP TS101S，每个周期能产生6个FLOP，峰值处理器能力达到1800 MFLOPs。TigerSHARC为多种信号处理设计，提供了64位的共享系统总线和4个链路口。数据在外部总线上的传输率可以达到800 MB/s。此外，数据也可以通过链路口传输，每个链路口的传输率达到250 MB/s。整个TigerSHARC芯片的I/O带宽达到1 800 MB/s。选用的实时信号处理板基于标准的CPCI总线，由4片TS101构成共享总线的并行处理器，DSP之间采用链路口通信。板上内存扩展到了2 GB，满足了SAR信号模拟器要求的大存储容量和强计算能力。

　　1 SAR回波模拟器的原理及实现

　　1.1 SAR回波信号模拟器的原理

　　从上述高分辨率SAR模拟系统的技术分析可以看出，高分辨率模拟器设计必须解决速度和容量的问题。本文提出基于DSP的系统实现方法，SAR回波模拟器的原理框图如图1所示。从原理框图可以看出，本系统可分为四大部分：回波信号产生、D/A转换、正交调制、上变频。其中SAR回波信号产生是该系统的重要组成部分，利用CPU主板，可以通过连接显示设备，利用人机界面，对各种场景参数进行实时设置，通过CPCI总线传送至通用信号处理板上的DSP处理器，由DSP实时计算SAR回波脉冲，然后经过D/A变换、正交调制和上变频到接收机。

　　

 

　　1.2 SAR回波信号模拟器的系统硬件组成

　　SAR回波信号实时产生的重点在于实时信号处理机，在实时信号处理系统设计选型中，必须根据系统要求选择合适的高速DSP处理器完成系统要求的任务。实时信号处理机主要硬件由多块DSP信号处理板卡、CPU主板、DAC板卡、标准CPCI机箱和电源、显示监视设备CRT等构成。针对合成孔径雷达实时信号处理所要求的大数据吞吐能量、强数据计算能力，决定选用美国AD公司的TS101芯片作为实时信号处理机的DSP处理芯片。综合各种因素，最终选择的DSP信号处理板卡如图2所示。

　　

 

　　该板单板可以提供7.2 GFLOPs处理能力，2 GB的扩展内存;板卡形式是标准的CPCI 6U板卡，完全满足SAR实时回波处理对实时处理能力和大内存的需求。