高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法，讀取狀態(tài)字，選擇調(diào)頻信號(hào)、距離等參數(shù)；讀入調(diào)頻信號(hào)；整型數(shù)轉(zhuǎn)化成浮點(diǎn)數(shù)；快速傅立葉變換；FFT結(jié)果與對(duì)應(yīng)參數(shù)的權(quán)做復(fù)數(shù)乘法；快速傅立葉變換；歸一運(yùn)算，浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化成整型數(shù)；寫出脈壓后信號(hào)并存儲(chǔ)。本發(fā)明的高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法，具有計(jì)算量小、脈沖壓縮高效快速等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法。
【背景技術(shù)】
[0002]雷達(dá)既要測(cè)距又要測(cè)速，在保證一定輸出信噪比的前提下，測(cè)量精度和分辨力對(duì)信號(hào)形式的要求是一致的。測(cè)距精度和距離分辨率，主要取決于信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，而測(cè)速精度和速度分辨力，則取決于信號(hào)的時(shí)間結(jié)構(gòu)。為了提高測(cè)距精度和距離分辨力，要求信號(hào)具有大的帶寬；為了提高測(cè)速精度和速度分辨力，要求信號(hào)具有大的時(shí)寬。另外還要求信號(hào)具有大的能量。因而，為了提高雷達(dá)的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)能力，要求信號(hào)具有大的時(shí)寬、帶寬和能量。但是，在系統(tǒng)的發(fā)射和饋電設(shè)備峰值功率受限制的情況下，大的信號(hào)能量只能依靠加大信號(hào)的時(shí)寬來(lái)解決。
[0003]目前，常常采用頻率分析法進(jìn)行脈沖壓縮，這種方法具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且調(diào)試測(cè)量方便等優(yōu)點(diǎn)，是目前高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)中的一種主要方法，但該方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在有阻抗匹配困難、靈活度和穩(wěn)定性差、脈壓效果不夠理想等問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法，以減少脈沖壓縮的計(jì)算量、提高脈沖壓縮的效率。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案。
[0006]高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法，包括以下步驟:
[0007]步驟1、讀取狀態(tài)字，選擇如下參數(shù):調(diào)頻信號(hào)、距離、權(quán)系數(shù)、點(diǎn)數(shù)；
[0008]步驟2、讀入調(diào)頻信號(hào)；根據(jù)不同的雷達(dá)工作方式、脈沖重復(fù)周期長(zhǎng)度各異處理的FFT運(yùn)算的點(diǎn)數(shù)，調(diào)用不同而旋轉(zhuǎn)因子和權(quán)系數(shù)參加運(yùn)算；
[0009]步驟3、整型數(shù)轉(zhuǎn)化成浮點(diǎn)數(shù)；
[0010]步驟4、快速傅立葉變換FFT ；
[0011]步驟5、FFT結(jié)果與對(duì)應(yīng)參數(shù)的權(quán)做復(fù)數(shù)乘法；根據(jù)不同的雷達(dá)工作方式，調(diào)用不同而權(quán)系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)乘運(yùn)算；
[0012]步驟6、快速傅立葉逆變換IFFT ；
[0013]步驟7、歸一運(yùn)算，浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化成整型數(shù)；
[0014]步驟8、寫出脈壓后信號(hào)并存儲(chǔ)。
[0015]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0016]隨著數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理得到了日益廣泛的應(yīng)用，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行正交相干米樣，是模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間最重要的接口之一。由于正交相干檢波同時(shí)保留了信號(hào)復(fù)包絡(luò)的全部信息。因而在雷達(dá)、通信等電子系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)采樣在工程中較大應(yīng)用價(jià)值的Bessel插值法對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行正交相干采樣，脈沖壓縮前以將信號(hào)相干處理?！稁ㄐ盘?hào)采樣中的Bessel插值法》一文中提出了一種高效的合成算法，8個(gè)周期的流水即能得到相干信號(hào)。
[0017] 本系統(tǒng)采用的是ADSP TS20XS處理器，在處理器允許的前提下采用并行指令來(lái)完成和實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的算法。將ADSP處理器算法中的循環(huán)部分展開。將FFT運(yùn)算的前兩級(jí)蝶形運(yùn)算從代碼主體中分離出來(lái)，使它們獨(dú)立操作，并進(jìn)行優(yōu)化，可以使FFT運(yùn)算提高，優(yōu)化后程序的運(yùn)算時(shí)間只有優(yōu)化前程序時(shí)間的約1/3。硬件完成模擬信號(hào)相干處理。利用ADSPTS20XS芯片大容量的片內(nèi)存儲(chǔ)器，很快的遠(yuǎn)算速度。2次FFT算法完成頻域脈沖壓縮處理。運(yùn)算量小，高效快速。
[0018]本發(fā)明的檢測(cè)方法，工裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且調(diào)整方便，具有運(yùn)算量小、高效快速等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法的流程圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法的頻域FFT法的原理圖。
[0021 ] 以下通過(guò)【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在執(zhí)行系統(tǒng)初始化程序時(shí)，要對(duì)系統(tǒng)的控制狀態(tài)寄存器、外部存儲(chǔ)器接口控制寄存器等進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，保證系統(tǒng)按要求正常工作。為提高系統(tǒng)效率，設(shè)置外部DMA讀數(shù)長(zhǎng)度，通過(guò)DMA通道從外部空間將數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)RAM。讀入的定點(diǎn)數(shù)通過(guò)數(shù)形轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)后進(jìn)行FFT變換子程序，采用對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度點(diǎn)數(shù)的基2FFT變換，對(duì)于反變換，可以直接得用前面的FFT算法實(shí)現(xiàn)，即先對(duì)輸入頻域序列作實(shí)部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)變換，然后進(jìn)行FFT運(yùn)算。最后除以FFT變換數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，數(shù)據(jù)歸一。最后轉(zhuǎn)換回定點(diǎn)數(shù)后數(shù)據(jù)輸出。這種方法方便地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的正傅立葉變換和傅立葉變換，而不需要進(jìn)行位反轉(zhuǎn)操作，不僅節(jié)省了存儲(chǔ)空間，而且加快了運(yùn)算速度。
[0023]如圖1所示，高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法，包括以下步驟:
[0024]步驟1、讀取狀態(tài)字，選擇如下參數(shù):調(diào)頻信號(hào)、距離、權(quán)系數(shù)、點(diǎn)數(shù)；
[0025]由于本系統(tǒng)是雷達(dá)信號(hào)處理分機(jī)的一部分，由于雷達(dá)工作要處理一個(gè)脈沖重復(fù)周期所需處理的距離、調(diào)頻方式的不同要調(diào)用不同權(quán)系數(shù)、點(diǎn)數(shù)的脈沖壓縮處理。脈壓運(yùn)算前要預(yù)先調(diào)用這些參數(shù)。
[0026]大時(shí)寬帶寬信號(hào)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)脈沖壓縮濾波器實(shí)現(xiàn)的。這時(shí)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)是載頻按一定規(guī)律變化的寬脈沖，即具有非線性相位譜的寬脈沖。然而，脈沖壓縮濾波器具有與發(fā)射信號(hào)變化規(guī)律相反的延遲頻率特性，即脈沖壓縮器的相頻特性應(yīng)該與發(fā)射信號(hào)實(shí)現(xiàn)相位共軛匹配。所以，理想脈沖壓縮濾波器就是匹配濾波器。匹配濾波器的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)對(duì)接收信號(hào)si(t)與匹配濾波響應(yīng)h(t)求卷積得到的，即isjt)= sjt)#^)。
[0027]數(shù)字脈沖壓縮的實(shí)現(xiàn)方式有兩種。一是時(shí)域卷積法；二是頻域FFT法。
[0028]頻域脈沖壓縮先對(duì)輸入回波序列進(jìn)行FFT變換，將離散輸入時(shí)間序列變換成離散譜，然后乘以匹配濾波器沖擊響應(yīng)的離散譜，再用逆FFT還原成壓縮后的時(shí)間離散信號(hào)，如圖2所示。FFT變換的算式如下:
[0029]S (k) =FFT(s (η)) ；H(k) =FFT(h(η))(I)
[0030]y (n) =IFFT (S (k) X H (k)) =IFFT (FFT (s (η)) X FFT (h (η)))(2)[0031]其中，H(k)存放在信號(hào)處理器內(nèi)部調(diào)用
[0032]步驟2、讀入調(diào)頻信號(hào)；根據(jù)不同的雷達(dá)工作方式、脈沖重復(fù)周期長(zhǎng)度各異處理的FFT運(yùn)算的點(diǎn)數(shù)，調(diào)用不同而旋轉(zhuǎn)因子和權(quán)系數(shù)參加運(yùn)算；
[0033]步驟3、整型數(shù)轉(zhuǎn)化成浮點(diǎn)數(shù)；
[0034]處理系統(tǒng)內(nèi)部采用36位自定義浮點(diǎn)數(shù)格式，能夠兼顧處理系統(tǒng)的系統(tǒng)占用和處理精度。數(shù)據(jù)輸入位定點(diǎn)數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)處理為標(biāo)準(zhǔn)32位浮點(diǎn)格式。
[0035]步驟4、快速傅立葉變換；
[0036]處理系統(tǒng)工作時(shí)，需要依次完成FFT運(yùn)算、復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算與IFFT運(yùn)算。在進(jìn)行FFT和IFFT運(yùn)算時(shí)，蝶形運(yùn)算/乘法運(yùn)算單元完成蝶形運(yùn)算時(shí)，該單元完成乘法操作。
[0037]步驟5、FFT結(jié)果與對(duì)應(yīng)參數(shù)的權(quán)做復(fù)數(shù)乘法；根據(jù)不同的雷達(dá)工作方式，調(diào)用不同而權(quán)系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)乘運(yùn)算；
[0038]根據(jù)不同的雷達(dá)工作方式，調(diào)用不同而權(quán)系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)乘運(yùn)算；
[0039]步驟6、快速傅立葉逆變換；
[0040]處理系統(tǒng)工作時(shí)，需要依次完成FFT運(yùn)算、復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算與IFFT運(yùn)算。在進(jìn)行FFT和IFFT運(yùn)算時(shí)(IFFT的運(yùn)算為復(fù)數(shù)的實(shí)部與虛部對(duì)調(diào)做FFT運(yùn)算)，蝶形運(yùn)算/乘法運(yùn)算單元完成蝶形運(yùn)算時(shí)，該單元完成乘法操作。
[0041]步驟7、歸一運(yùn)算，浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化成整型數(shù)；
[0042]對(duì)復(fù)數(shù)的模歸一運(yùn)算。則可以用運(yùn)算的數(shù)上的模值來(lái)歸一化，即選中一個(gè)相位參考點(diǎn)，用相對(duì)位置和整個(gè)區(qū)間的比值或是整個(gè)區(qū)間的給定值作比值，得到一個(gè)歸一化的數(shù)據(jù)，比如類似于一個(gè)概率值0〈=ρ〈=1 ；
[0043]步驟8、寫出脈壓后信號(hào)并存儲(chǔ)。
【權(quán)利要求】
1.高速實(shí)時(shí)脈沖壓縮算法，其特征是，包括以下步驟: 步驟1、讀取狀態(tài)字，選擇如下參數(shù):調(diào)頻信號(hào)、距離、權(quán)系數(shù)、點(diǎn)數(shù)； 步驟2、讀入調(diào)頻信號(hào)；根據(jù)不同的雷達(dá)工作方式、脈沖重復(fù)周期長(zhǎng)度各異處理的FFT運(yùn)算的點(diǎn)數(shù)，調(diào)用不同而旋轉(zhuǎn)因子和權(quán)系數(shù)參加運(yùn)算； 步驟3、整型數(shù)轉(zhuǎn)化成浮點(diǎn)數(shù)； 步驟4、快速傅立葉變換； 步驟5、FFT結(jié)果與對(duì)應(yīng)參數(shù)的權(quán)做復(fù)數(shù)乘法；根據(jù)不同的雷達(dá)工作方式，調(diào)用不同而權(quán)系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)乘運(yùn)算； 步驟6、快速傅立葉逆變換； 步驟7、歸一運(yùn)算，浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化成整型數(shù)； 步驟8、寫出脈壓后信號(hào)并存儲(chǔ)。
【文檔編號(hào)】G01S7/28GK103926567SQ201310011047
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年1月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月12日
【發(fā)明者】陳勇 申請(qǐng)人:安徽博微長(zhǎng)安電子有限公司