基于FPGA的雷達(dá)脈沖預(yù)分選器設(shè)計(jì)

0 引言

現(xiàn)代電子戰(zhàn)環(huán)境日趨復(fù)雜，信號(hào)日趨密集，新體制雷達(dá)不斷出現(xiàn)，雷達(dá)信號(hào)的各個(gè)參數(shù)以各種規(guī)律變化，因而從密集復(fù)雜的信號(hào)環(huán)境中分選和識(shí)別各種新體制雷達(dá)信號(hào)就成了電子戰(zhàn)信號(hào)處理的一大難題。為了滿足電子支援措施(ESM)實(shí)時(shí)信號(hào)分選的需要，對(duì)處理器的處理時(shí)間提出了較高的要求：不僅要求處理器的硬件結(jié)構(gòu)具有良好的設(shè)計(jì)和可不斷優(yōu)化的空間，而且要求器件有較高的集成性，這些已成為不可忽視的因素。經(jīng)過(guò)對(duì)相關(guān)器件的深入分析和研究，本文采用高速現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件(FPGA)替代中小規(guī)模集成芯片來(lái)設(shè)計(jì)三參數(shù)關(guān)聯(lián)比較器，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)分選器設(shè)計(jì)。

1 基于關(guān)聯(lián)比較器的信號(hào)預(yù)分選原理

關(guān)聯(lián)比較器技術(shù)對(duì)高密度信號(hào)環(huán)境下的硬件預(yù)分選有著積極和重要的意義。關(guān)聯(lián)比較器用于信號(hào)預(yù)分選的思路源于傳統(tǒng)信號(hào)處理方法中的輻射源參數(shù)匹配方法。目前，電子戰(zhàn)系統(tǒng)中對(duì)雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)分選可利用的信息仍然是雷達(dá)信號(hào)的五大參數(shù)：載頻(RF)、脈寬(PW)、到達(dá)方位(DOA)、到達(dá)時(shí)間(TOA)、脈幅(PA)。其中RF一般集中在若干離散的頻率點(diǎn)上，聚斂性好，因此是偵察信號(hào)處理中最重要的特征之一；DOA取決于雷達(dá)和偵察機(jī)的相對(duì)方位角，當(dāng)雷達(dá)與偵察機(jī)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，DOA為常數(shù)，存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，DOA變化緩慢，該參數(shù)不受雷達(dá)信號(hào)本身影響，也是偵察信號(hào)處理中最重要的特征之一；由于雷達(dá)信號(hào)PW本身比較穩(wěn)定，數(shù)值分布較集中，具有很好的平穩(wěn)性和聚斂性，因此也可以作為分選特征之一；由于影響PA的因素太多，使PA的平穩(wěn)性較差，可信度不高，一般不作為分選依據(jù)；而TOA一般作為主處理器的主要分選、識(shí)別參數(shù)，一般也不作為預(yù)處理分選依據(jù)。因此從理論上講預(yù)處理可利用的有3個(gè)參數(shù)：RF，PW，DOA。

分選系統(tǒng)的框圖如圖1所示，脈沖分選分為預(yù)分選和主分選兩部分，預(yù)分選為RF，PW，DOA三參數(shù)聯(lián)合分選，由FPGA完成；主分選為重頻(PRI)分選，由DSP完成。

根據(jù)RF，PW，DOA構(gòu)成的三參數(shù)關(guān)聯(lián)比較器原理如圖2所示。每部雷達(dá)信號(hào)在空間占據(jù)一個(gè)小盒，小盒的中心坐標(biāo)可以認(rèn)為是雷達(dá)參數(shù)，小盒的尺寸取決于參數(shù)容差，這與接收機(jī)的測(cè)量精確度有關(guān)。只要測(cè)量達(dá)到一定精確度，選取合適的容差范圍，就可以對(duì)此小盒內(nèi)的脈沖進(jìn)行去交錯(cuò)，最后確定脈沖序列的存在。

2 關(guān)聯(lián)比較器的設(shè)計(jì)

由于輻射源特征的多樣性以及脈沖參數(shù)測(cè)量誤差的引入，使雷達(dá)截獲系統(tǒng)脈沖去交錯(cuò)存在以下兩方面的問(wèn)題：

(1)由于參數(shù)抖動(dòng)或存在測(cè)量誤差，使得參數(shù)是一個(gè)由上下門限界定的一個(gè)范圍。

(2)由于存在參數(shù)捷變或參數(shù)分集，使得參數(shù)存在多值(如頻率捷變、分集等)。

傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)比較器的原理圖如圖3所示，這種方法是給每個(gè)參數(shù)設(shè)定一個(gè)容差，將每個(gè)脈沖的PDW與各參數(shù)容差進(jìn)行比較，實(shí)際上就是與RF，DOA，PW的最大值與最小值做比較，如果都落在容差范圍內(nèi)，則產(chǎn)生相應(yīng)路數(shù)的單路匹配信號(hào)MATCH。這種方法能夠解決第一個(gè)問(wèn)題，但是對(duì)于參數(shù)捷變雷達(dá)則不能進(jìn)行分選。另外，由于每一路只能配置一組雷達(dá)參數(shù)，對(duì)于日益復(fù)雜的電磁環(huán)境，這種方法已不適應(yīng)。

本文在傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)比較器上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了基于CAM(Content．Addressable Memory)的關(guān)聯(lián)比較器。CAM是一種專門為快速查找數(shù)據(jù)地址而設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器，通過(guò)把輸入數(shù)據(jù)與其內(nèi)所存數(shù)據(jù)同時(shí)相比較，能快速確定輸入數(shù)據(jù)是否與其內(nèi)部某個(gè)數(shù)據(jù)或幾個(gè)數(shù)據(jù)相匹配。CAM的數(shù)據(jù)尋址方式因不同應(yīng)用要求而不同，最快方式下僅需要一個(gè)時(shí)鐘周期便可完成對(duì)所有數(shù)據(jù)的尋址。

與RAM一樣，CAM也是采取陣列式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其數(shù)據(jù)的寫入方式與RAM相類似，但CAM的數(shù)據(jù)讀取方式卻不同。在RAM中，輸入的是數(shù)據(jù)地址，輸出的是數(shù)據(jù)，而在CAM中輸入的是所要查詢的數(shù)據(jù)，輸出的是數(shù)據(jù)地址和匹配標(biāo)志。