基于TS101的SAR回波信號模擬器設計與實現

摘要：針對SAR系統的測試要求，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總線技術實現人機交互，能夠根據目標回波參數生成所需的SAR回波數據，并通過DSP的鏈路口輸出兩路正交回波信號。測試結果表明，該模擬器生成的回波信號質量高，實時性強，能夠滿足SAR系統測試的需求，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是一種用模擬的方法來研究SAR的技術，在SAR的研究和研制工作中具有十分重要的作用。該技術能模擬出SAR的回波，用于SAR系統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，國內外許多院校和科研機構都投入了大量的人力和物力進行合成孔徑雷達模擬技術的研究。伴隨著SAR的研究與發展，與之相應的模擬器研制也取得了豐碩成果。其中，在硬件上實現高速數據處理是其關鍵技術之一。對于高分辨率、大測繪帶合成孔徑雷達模擬器來說，數據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據吞吐能量、強數據計算能力，需要尋求一種基于高速數字電路的解決途徑。
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，或者多指令多數據流(MIMD)結構。每個處理單元都能在單周期執行一次乘法，以及加法，對于300 MHz的ADSP TS101S，每個周期能產生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位的共享系統總線和4個鏈路口。數據在外部總線上的傳輸率可以達到800 MB／s。此外，數據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構成共享總線的并行處理器，DSP之間采用鏈路口通信。板上內存擴展到了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
1．1 SAR回波信號模擬器的原理
從上述高分辨率SAR模擬系統的技術分析可以看出，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的系統實現方法，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，本系統可分為四大部分：回波信號產生、D／A轉換、正交調制、上變頻。其中SAR回波信號產生是該系統的重要組成部分，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，然后經過D／A變換、正交調制和上變頻到接收機。