專利名稱：自適應(yīng)多種數(shù)據(jù)率和實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)數(shù)的數(shù)字脈沖壓縮器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要應(yīng)用于現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)領(lǐng)域中的機(jī)載多譜勒雷達(dá)，當(dāng)然也適用于地基雷達(dá)和艦載、球載、星載雷達(dá)等各種雷達(dá)的數(shù)字信號(hào)處理。
背景技術(shù)：
隨著作為對(duì)空警戒雷達(dá)目標(biāo)的各種飛行器技術(shù)的發(fā)展，對(duì)雷達(dá)的作用距離、分辯能力和測(cè)量精度等性能指標(biāo)提出越來越高的要求。根據(jù)匹配濾波理論，當(dāng)噪聲功率譜密度給定后，決定雷達(dá)檢測(cè)能力的是信號(hào)能量E。對(duì)于簡(jiǎn)單矩形脈沖信號(hào)，其能量E＝Pτ，P為脈沖功率，τ為脈沖寬度。要增大雷達(dá)作用距離，應(yīng)該加大信號(hào)能量E。增加發(fā)射機(jī)的脈沖功率P是一個(gè)途徑，但它受發(fā)射管峰值功率及傳輸線功率容量的限制，只能有一定范圍。另外一個(gè)途徑是增大脈沖寬度τ。但在簡(jiǎn)單矩形脈沖條件下，增加脈沖寬度τ又會(huì)降低雷達(dá)的距離分辯力。
為了解決雷達(dá)作用距離和分辯力這一矛盾必須采用脈沖壓縮技術(shù)，即在較長的時(shí)間段內(nèi)發(fā)射編碼信號(hào)或線性/非線性調(diào)頻信號(hào)，將接收到的回波與參考信號(hào)(與發(fā)射信號(hào)有相同的格式)進(jìn)行匹配濾波，從而得到寬度很窄、峰值很高的回波信號(hào)。
脈沖壓縮可以用數(shù)字方法來實(shí)現(xiàn)，也可以用模擬方法來實(shí)現(xiàn)。與模擬脈沖壓縮相比，數(shù)字脈沖壓縮具有參數(shù)穩(wěn)定、波形可捷變、要求的峰值發(fā)射功率低等特點(diǎn)，同時(shí)還具有抗干擾性能好、多功能、低截獲等優(yōu)點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)是成本較高。
實(shí)現(xiàn)數(shù)字脈壓，有兩種方案一種是采用頻域算法，可實(shí)現(xiàn)大壓縮比的最佳性價(jià)比；另一種方法是采用時(shí)域匹配濾波算法，這種方法在小壓縮比時(shí)電路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便。
本發(fā)明采用了數(shù)字方法中的時(shí)域匹配濾波算法實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮，且具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明中應(yīng)用了不同數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)復(fù)用延時(shí)線、對(duì)稱系數(shù)和流水線結(jié)構(gòu)來節(jié)省硬件資源。
2.本發(fā)明為了適應(yīng)雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字脈沖壓縮器多模式、智能化的要求，提供了自適應(yīng)多種數(shù)據(jù)率和實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)數(shù)(硬件有一個(gè)最高點(diǎn)數(shù)的限制，可以實(shí)現(xiàn)低于此最高點(diǎn)數(shù)限制的任意偶數(shù)點(diǎn))的脈沖壓縮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的內(nèi)容在于實(shí)現(xiàn)一種可自適應(yīng)多種數(shù)據(jù)率和實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)數(shù)的數(shù)字脈沖壓縮器，并采取了若干措施來節(jié)省硬件資源，以降低其成本。
本發(fā)明的特征包括先用按列存儲(chǔ)的方式配置整個(gè)系數(shù)RAM。
經(jīng)采樣得到的數(shù)字信號(hào)先進(jìn)入帶多路選擇器的延時(shí)線單元。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)率變化時(shí)，通過控制選擇器改變數(shù)據(jù)延時(shí)線的路徑，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)多種數(shù)據(jù)率。當(dāng)數(shù)據(jù)輸入率變化后，比如增加1倍，而時(shí)鐘周期不變，所以每個(gè)數(shù)據(jù)周期內(nèi)可完成的復(fù)數(shù)運(yùn)算減少一半，則脈壓點(diǎn)數(shù)會(huì)減半。
延時(shí)線的各個(gè)節(jié)點(diǎn)作為選擇器的輸入，選擇器利用內(nèi)部時(shí)鐘頻率高于輸入數(shù)據(jù)率的特點(diǎn)，分多個(gè)節(jié)拍在要求的時(shí)間內(nèi)把延時(shí)線上需要濾波的數(shù)據(jù)全部選擇輸出參加下面的運(yùn)算。
選擇器輸出的系數(shù)對(duì)稱的數(shù)據(jù)兩兩相加，減少了一半的復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算量，從而節(jié)省了一半復(fù)數(shù)乘法累加器。而復(fù)數(shù)乘法器正是數(shù)字脈沖壓縮器中最耗費(fèi)系統(tǒng)資源的部分。
兩兩相加的結(jié)果與系數(shù)RAM地址產(chǎn)生電路按行讀取的相應(yīng)系數(shù)進(jìn)行復(fù)數(shù)乘法操作，每個(gè)時(shí)鐘得到的操作結(jié)果進(jìn)行累加。一個(gè)數(shù)據(jù)周期內(nèi)得到一次結(jié)果，并把累加器清零以進(jìn)行下一次運(yùn)算。
把所有累加器的結(jié)果相加，得到最終所需點(diǎn)數(shù)的脈壓結(jié)果。


圖1總體結(jié)構(gòu)2配置和讀取系數(shù)庫RAM示意3復(fù)數(shù)乘法累加器電路結(jié)構(gòu)框圖具體實(shí)施方式
圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)圖。圖中示出了各個(gè)模塊的連接關(guān)系。下面結(jié)合一個(gè)具體的實(shí)例來介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
設(shè)輸入數(shù)據(jù)率為5MHZ，內(nèi)部按80MHZ時(shí)鐘頻率進(jìn)行運(yùn)算，則在一個(gè)輸入輸出數(shù)據(jù)周期內(nèi)可以完成80/5＝16次復(fù)數(shù)運(yùn)算。要完成512點(diǎn)數(shù)字脈沖壓縮，設(shè)濾波器系數(shù)偶對(duì)稱，則需512/2＝256次復(fù)數(shù)運(yùn)算。所以共需256/16＝16個(gè)復(fù)數(shù)乘法累加器(5)。輸出再進(jìn)行組合即可完成512點(diǎn)以內(nèi)的時(shí)域脈壓運(yùn)算。硬件資源一旦照上面的計(jì)算結(jié)果確定，當(dāng)數(shù)據(jù)率變化時(shí)，比如增高一倍，那本脈沖壓縮器所能壓縮的最高點(diǎn)數(shù)也要相應(yīng)減半。以80MHZ內(nèi)部時(shí)鐘頻率為例，所能自適應(yīng)的數(shù)據(jù)率為5MHZ、10MHZ、20MHZ、40MHZ四種，對(duì)應(yīng)的最高壓縮點(diǎn)數(shù)分別為512點(diǎn)、256點(diǎn)、128點(diǎn)、64點(diǎn)。
延時(shí)線(1)有兩組，分別處理數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部。每組延時(shí)線(1)對(duì)應(yīng)的選擇器(2)有32個(gè)，每個(gè)選擇器(2)為16輸入，分別接延時(shí)線(1)的連續(xù)16個(gè)延時(shí)單元。實(shí)部和虛部共需加法器(3)16×2＝32個(gè)。
下面分別介紹各個(gè)模塊。
帶多路選擇器的延時(shí)線(1)模塊，實(shí)部和虛部?jī)山M情況相同，以其中一組為例說明。延時(shí)線用串連的D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，上有512個(gè)節(jié)點(diǎn)，每連續(xù)的16個(gè)節(jié)點(diǎn)為一組，每組接一個(gè)選擇器(2)。設(shè)這32個(gè)選擇器(2)的編號(hào)按順序依次為1號(hào)到32號(hào)。在延時(shí)線鏈上還帶有64個(gè)多路選擇器，用于自適應(yīng)多種數(shù)據(jù)率。當(dāng)數(shù)據(jù)率變化時(shí)，設(shè)置這些多路選擇器的控制端，重新組合延時(shí)線鏈，保證延時(shí)線上的各節(jié)點(diǎn)仍能均勻的分布在32個(gè)選擇器(2)上。
對(duì)于選擇器(2)的輸出，1號(hào)選擇器的輸出和32號(hào)選擇器的輸出通過一個(gè)加法器(3)相加；2號(hào)選擇器的輸出和31號(hào)選擇器的輸出通過一個(gè)加法器(3)相加，以此類推，把32個(gè)選擇器(2)的輸出兩兩相加。通過這一步驟，復(fù)數(shù)乘法累加運(yùn)算得以減半。
對(duì)于系數(shù)庫(4)，其配置和讀取的順序如圖2所示。因?yàn)橛?6個(gè)復(fù)數(shù)乘法累加器(5)，即每個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍都要取出16個(gè)系數(shù)，所以系數(shù)RAM分成16塊，又因?yàn)橐瓿?12點(diǎn)數(shù)字脈沖壓縮需256次復(fù)數(shù)運(yùn)算，所以每塊系數(shù)RAM包含256個(gè)地址單元。配置時(shí)，依次選中每塊RAM，對(duì)其進(jìn)行寫操作。讀取時(shí)，同時(shí)選中16塊RAM，每個(gè)節(jié)拍讀出16個(gè)系數(shù)。此即為列存行取。當(dāng)數(shù)據(jù)率不變，所需壓縮的點(diǎn)數(shù)變?yōu)樾∮谧罡唿c(diǎn)數(shù)的偶數(shù)點(diǎn)時(shí)，通過系數(shù)庫中相應(yīng)地址單元配零來實(shí)現(xiàn)。
圖3所示為復(fù)數(shù)乘法累加器(5)，圖中D1、DQ分別是數(shù)據(jù)的實(shí)部、虛部，C1、CQ分別是系數(shù)的實(shí)部、虛部。復(fù)乘累加模塊功能是實(shí)現(xiàn)加法器(3)的輸出與系數(shù)庫(4)中的系數(shù)進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘并將結(jié)果累加。因?yàn)樵谝粋€(gè)數(shù)據(jù)周期內(nèi)有16個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍，所以一個(gè)數(shù)據(jù)周期內(nèi)可以進(jìn)行16次復(fù)數(shù)乘法累加。把512點(diǎn)的壓縮結(jié)果分16次復(fù)數(shù)乘法，并把16次的復(fù)數(shù)乘法結(jié)果累加得到。把512個(gè)要壓縮的數(shù)據(jù)分成16組，經(jīng)由選擇器(2)分16次選出。這樣構(gòu)成一種流水線結(jié)構(gòu)，可以大大提高運(yùn)算部件的運(yùn)算速度。
16個(gè)復(fù)數(shù)乘法累加器(5)的結(jié)果經(jīng)由加法器(6)相加，得到最終脈沖壓縮的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.可自適應(yīng)多種數(shù)據(jù)率和實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)數(shù)的一種數(shù)字脈沖壓縮器，它利用一種延時(shí)線加多路選擇器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)多種數(shù)據(jù)率的數(shù)字脈沖壓縮，通過配置系數(shù)可實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)數(shù)的數(shù)字脈沖壓縮。其特征在于，由下述模塊組成帶多路選擇器的延時(shí)線(1)，按節(jié)拍對(duì)延時(shí)線抽頭進(jìn)行選擇的選擇器(2)，將選擇器輸出相加的加法器(3)，系數(shù)庫RAM及其地址產(chǎn)生電路(4)，復(fù)數(shù)乘法累加器(5)，最終結(jié)果加法器(6)，模塊1-6為整個(gè)脈沖壓縮器的硬件組成。選擇器(2)單元的輸入為延時(shí)線(1)中的各個(gè)數(shù)據(jù)。選擇器(2)的輸出送給加法器(3)單元，將濾波系數(shù)對(duì)稱的數(shù)據(jù)兩兩相加，以減小復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算次數(shù)。兩兩相加的結(jié)果與系數(shù)庫(4)給出的系數(shù)進(jìn)行復(fù)數(shù)乘法累加運(yùn)算。所有復(fù)數(shù)乘法累加器的結(jié)果再相加，得到最終結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字脈沖壓縮器，其特征在于其帶多路選擇器的延時(shí)線(1)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)率變化時(shí)，通過控制選擇器改變數(shù)據(jù)延時(shí)線的路徑，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)多種數(shù)據(jù)率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字脈沖壓縮器，其特征在于其延時(shí)線抽頭選擇器(2)模塊利用內(nèi)部時(shí)鐘頻率高于輸入數(shù)據(jù)率的特點(diǎn)，用多個(gè)節(jié)拍得到一個(gè)結(jié)果，提高了運(yùn)算單元的利用率，節(jié)省了大量的運(yùn)算單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字脈沖壓縮器，其特征在于其選擇器輸出加法器(3)單元利用匹配濾波器系數(shù)對(duì)稱的特點(diǎn)，將對(duì)稱系數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)兩兩相加，減少了一半的復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算量，從而使復(fù)數(shù)乘法累加器的數(shù)量減少一半，而復(fù)數(shù)乘法累加器是整個(gè)系統(tǒng)中最耗費(fèi)資源的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字脈沖壓縮器，其特征在于其系數(shù)庫(4)對(duì)系數(shù)RAM執(zhí)行列存行取的操作方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字脈沖壓縮器，其特征在于其復(fù)數(shù)乘法累加器(5)與延時(shí)線抽頭選擇器(2)相配合，采用流水線結(jié)構(gòu)，在不增加運(yùn)算單元資源的情況下，大大提高了器件的運(yùn)算速度。
全文摘要
可自適應(yīng)多種數(shù)據(jù)率和實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)數(shù)的一種數(shù)字脈沖壓縮器，用于現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域。它利用一種延時(shí)線加多路選擇器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)多種數(shù)據(jù)率的數(shù)字脈沖壓縮。當(dāng)匹配濾波器系數(shù)對(duì)稱時(shí)，可通過多路選擇器輸出對(duì)加減少一半的復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算量。濾波系數(shù)存于RAM中，通過配置系數(shù)可實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)數(shù)的數(shù)字脈沖壓縮。對(duì)加結(jié)果與相應(yīng)系數(shù)做復(fù)數(shù)乘法再累加得到最終結(jié)果。內(nèi)部各級(jí)運(yùn)算部件采用流水線結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)算部件的利用效率。
文檔編號(hào)G01S13/53GK1928590SQ200510098450
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者鄭曉光, 宋長竹 申請(qǐng)人:北京中電華大電子設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司