基于TS101的SAR回波信號模擬器設計與實現(xiàn)

摘要：針對SAR系統(tǒng)的測試要求，設計了一套基于DSP處理器TS101的SAR回波模擬器。該模擬器采用標準的CPCI 6U板。利用CPCI總線技術(shù)實現(xiàn)人機交互，能夠根據(jù)目標回波參數(shù)生成所需的SAR回波數(shù)據(jù)，并通過DSP的鏈路口輸出兩路正交回波信號。測試結(jié)果表明，該模擬器生成的回波信號質(zhì)量高，實時性強，能夠滿足SAR系統(tǒng)測試的需求，具有很高的工程應用價值。
關鍵詞：SAR；回波信號模擬器；TS101；CPCI總線

0 引言
合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一種高分辨率微波成像雷達，可以全天候、全天時的利用微波照射獲得地面目標的散射信息，是獲取地面信息的重要手段，因而在軍用和民用領域中都獲得了廣泛的應用。合成孔徑雷達模擬技術(shù)是一種用模擬的方法來研究SAR的技術(shù)，在SAR的研究和研制工作中具有十分重要的作用。該技術(shù)能模擬出SAR的回波，用于SAR系統(tǒng)性能的檢驗以及測試，并能評估各種成像算法，分析出建立在不同模型上的算法的有效性。近年來，國內(nèi)外許多院校和科研機構(gòu)都投入了大量的人力和物力進行合成孔徑雷達模擬技術(shù)的研究。伴隨著SAR的研究與發(fā)展，與之相應的模擬器研制也取得了豐碩成果。其中，在硬件上實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理是其關鍵技術(shù)之一。對于高分辨率、大測繪帶合成孔徑雷達模擬器來說，數(shù)據(jù)存儲器容量也是要面臨的另一個問題。針對合成孔徑雷達實時信號處理所要求的大數(shù)據(jù)吞吐能量、強數(shù)據(jù)計算能力，需要尋求一種基于高速數(shù)字電路的解決途徑。
TS101是美國AD公司最新推出的TigerSHARC系列DSP芯片，采用DMA引擎，主要針對嵌入式實時應用。TigerSHARC DSP有兩個獨立的32位處理器核，或者多指令多數(shù)據(jù)流(MIMD)結(jié)構(gòu)。每個處理單元都能在單周期執(zhí)行一次乘法，以及加法，對于300 MHz的ADSP TS101S，每個周期能產(chǎn)生6個FLOP，峰值處理器能力達到1800 MFLOPs。TigerSHARC為多種信號處理設計，提供了64位的共享系統(tǒng)總線和4個鏈路口。數(shù)據(jù)在外部總線上的傳輸率可以達到800 MB／s。此外，數(shù)據(jù)也可以通過鏈路口傳輸，每個鏈路口的傳輸率達到250 MB／s。整個TigerSHARC芯片的I／O帶寬達到1 800 MB／s。選用的實時信號處理板基于標準的CPCI總線，由4片TS101構(gòu)成共享總線的并行處理器，DSP之間采用鏈路口通信。板上內(nèi)存擴展到了2 GB，滿足了SAR信號模擬器要求的大存儲容量和強計算能力。

1 SAR回波模擬器的原理及實現(xiàn)
1．1 SAR回波信號模擬器的原理
從上述高分辨率SAR模擬系統(tǒng)的技術(shù)分析可以看出，高分辨率模擬器設計必須解決速度和容量的問題。本文提出基于DSP的系統(tǒng)實現(xiàn)方法，SAR回波模擬器的原理框圖如圖1所示。從原理框圖可以看出，本系統(tǒng)可分為四大部分：回波信號產(chǎn)生、D／A轉(zhuǎn)換、正交調(diào)制、上變頻。其中SAR回波信號產(chǎn)生是該系統(tǒng)的重要組成部分，利用CPU主板，可以通過連接顯示設備，利用人機界面，對各種場景參數(shù)進行實時設置，通過CPCI總線傳送至通用信號處理板上的DSP處理器，由DSP實時計算SAR回波脈沖，然后經(jīng)過D／A變換、正交調(diào)制和上變頻到接收機。