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是利用計算機或專用設備以數(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，或對寄存器重新加載。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、片內存儲器、哈佛總線結構、專用尋址單元、流水處理技術等特有的硬件結構，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，通常可作為系統(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絡構建的實時雷達信號處理器。②采用總線結構實現(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)內容，有效地提高了軟件代碼的開發(fā)效率。