DSP芯片概述

數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。現(xiàn)實世界中，我們被不同形式的各種信號所包圍。有些信號來自自然，而大部分的信號是人造的；有些信號是必需的，而很多信號在給定場合下是不受歡迎或是不需要的。普遍地說，信號處理是用來提取、增強、存儲和運輸有用信息的一種運算。在實際應用中，信號大部分是模擬信號，它們的幅度隨時間連續(xù)地變化，通常采用無源或有源的元器件對模擬信號進行處理，這種方法稱為模擬信號處理ASP。ASP的主要缺點是在做復雜信號處理時能力有限，這就造成了處理的不靈活和系統(tǒng)時間的復雜性。與ASP相對應，數(shù)字信號處理DSP是利用計算機或?qū)Ｓ迷O備以數(shù)值計算的方法對信號進行采集、交換、綜合、估值與識別等加工處理，借以達到提取信息和便于利用的目的。它具有以下四個優(yōu)點：①用DSP方法的系統(tǒng)開發(fā)可以利用通用計算機上的軟件來進行，因此DSP比較容易開發(fā)和測試，且軟件是可移植的。②DSP運算只是單純地基于加法和乘法，這造就了特別穩(wěn)定的處理能力—如不易受溫度的影響。③DSP運算可方便地作實時的修改，通常只要改變程序，或?qū)拇嫫髦匦录虞d。④由于超大規(guī)模集成電路VLSI的應用而降低了存儲器、門、微處理器等的價格，DSP比較便宜。

DSP在雷達信號中的應用

作為面向數(shù)字信號處理的可編程嵌入式處理器，DSP具有高速、靈活、可靠、可編程、低功耗、接口豐富、處理速度快、實時性好等特點。雷達信號處理系統(tǒng)所涉及的主要技術包括：數(shù)據(jù)重采樣、參數(shù)估計、自適應濾波、恒虛警處理、脈沖壓縮、自適應波束形成和旁瓣對消等，通常需要完成大量具有高度重復性的實時計算。DSP可以利用硬件算術單元、片內(nèi)存儲器、哈佛總線結(jié)構、專用尋址單元、流水處理技術等特有的硬件結(jié)構，高速完成FFT、FIR、復數(shù)乘加、相關、三角函數(shù)以及矩陣運算等數(shù)字信號處理。因此，DSP非常適合雷達數(shù)字信號處理算法的實現(xiàn)。DSP在雷達信號處理器設計中具有很大的靈活性和適用范圍，它不僅增強了信號處理的速度和能力，大大提高了信號處理系統(tǒng)的性能指標，而且適合多功能可編程并行處理和陳列處理，滿足高速并行處理的要求。

高適應性和多功能是現(xiàn)在雷達系統(tǒng)所應有的兩個基本特征，一方面要求雷達在復雜波環(huán)境下具有很高的檢測概率和很低的虛警率；另一方面要求雷達在相同的平臺上具有多功能，不但需要發(fā)現(xiàn)并測定目標的位置和運動參數(shù)，還要進行分析處理，判定其屬性和威脅程度，進行輔助決策，并將目標信息直接傳遞給信息中心。因此，在現(xiàn)代雷達信號處理系統(tǒng)的設計中，不僅要考慮運算量、運算速度、數(shù)據(jù)傳輸速度、體積的要求，還要考慮系統(tǒng)的標準化、模塊化、通用性、可擴展性及其相關的技術。下面從系統(tǒng)結(jié)構、數(shù)據(jù)傳輸與互連技術、存儲技術和軟件開發(fā)四個方面介紹DSP在雷達信號處理系統(tǒng)中的應用。

現(xiàn)代雷達信號處理系統(tǒng)是典型的實時并行處理系統(tǒng)，采用模塊化設計，多種模塊構成一個通用硬件平臺，根據(jù)軟件雷達的思想，通過改變算法和軟件，使其適應不同的工作環(huán)境和任務需要。由于多DPS處理模塊具有運算密集、體積小、實時性好以及處理時間可嚴格預測等特點，通?？勺鳛橄到y(tǒng)的核心模塊。

數(shù)據(jù)傳輸與互連技術的選擇直接影響雷達信號處理系統(tǒng)結(jié)構。數(shù)據(jù)傳輸與互連技術隨著DPS芯片技術發(fā)展而逐步完善更新?lián)Q代。在此將相關技術分為4類：①基于高性能工作站或者分布式通用計算機網(wǎng)絡構建的實時雷達信號處理器。②采用總線結(jié)構實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互是常見的一種數(shù)據(jù)傳輸與互連技術。③交叉開關數(shù)據(jù)傳輸與互連技術。④專用數(shù)據(jù)傳輸與互連技術。

雷達信號處理系統(tǒng)軟件開發(fā)不同于一般的軟件，其核心是基于DPS的嵌入式軟件，主要任務不是對數(shù)據(jù)執(zhí)行變換，而是在各種硬件設備上執(zhí)行相應的算法，完成相應的功能，而計算機僅僅提供人機交互界面，進行系統(tǒng)監(jiān)控和顯示結(jié)果。這種軟件系統(tǒng)的開發(fā)采用了分層方法，把軟件分成底層軟件和頂層軟件兩個相對獨立的部分。這種層次化的軟件結(jié)構，可以提高整個軟件系統(tǒng)的可維護性、可移植性；而且由于軟件開發(fā)人員只需要考慮自己層次的開發(fā)內(nèi)容，有效地提高了軟件代碼的開發(fā)效率。