1、 DSP 应用系统设计 大作业 学 号： 姓 名： 日 期： 2014.12.21 指导教师： 冯小平 前两个题目在后边 题目三 题目要求：完成基于 TigerSHARC 系列 DSP 的专用处理器软硬件设计方案的分析和论证。应用领域不限，如雷达信号处理、通信信号处理、雷达侦察系统信号处理、通信侦察系统信号处理 、图像处理等。设计方案应该包含以下内容： 1） 任务特点和要求。介绍任务的基本要求、特点、目的、采用的关键技术等。 2） 处理器技术指标及其实现方法分析。分析处理器的主要指标，以及保证技术指标实现的主要措施和途径。 3） 处理器硬件设计方案。包括主要算法的运算量估计、处理时间估计、 D
2、SP 选择（限 TS101/TS201）、系统组成、任务划分、系统硬件资源分配和实现技术方案。应给出详细的硬件系统原理框图，并且进行分析论证。对于单板卡系统，要求对系统中各 DSP 的内部存储器资源、中断、链路口、外部扩展接口（如 ADC、 DAC、 FPGA）等进行详细的分析说明。对于多板卡系统，需要对板间连接方法进行分析说明。 4） 处理器软件设计。软件设计包括以下主要内容： (1) 系统工作总流程及其分析说明。（ 2）主要算法的实现流程和分析说明。（ 3）各 DSP 的工作流程和分析说明。 5） 主要模块程序。 题目一 编写利用 FFT 实现脉压的 ADSP 测试程序， DSP 平台为
3、TigerSHARC 处理器，编程语言不限，完成脉压计算。 (1) 波形数据的采样频率为 20MHz,信号的调频带宽 110MHz可以选择，脉冲宽度 20200us 可以选择。 (2) 将 MATLAB 中产生的零中频线性调频信号的波形数据，导入 VDSP+中，利用软件的仿真功能，运行程序，并且观察结果。 (3 )统计计算脉压前后脉冲宽度的变化，脉压的增益。 (4) 比较不同窗函数对脉压输出脉冲幅度增益和时域宽度的影响。 (5) 统计不同条件下的运行周期数。 一、基本理论 随着现代技术的发展，对雷达的作用距离、分辨率和测量精度等性能指标提出了越来越高的要求。为了增加雷达系统的检测能力，要求增大
4、雷达发射的平均功率。在峰值功率受限时，要求发射脉冲尽量宽，而为了提高系统的距离分辨率，又要求发射脉冲尽量窄 ，提高雷达距离分辨率同增加检测能力是一对矛盾。作为现代雷达的重要技术，脉冲压缩有效地解决了雷达分辨率同平均功率间的矛盾，并在现代雷达中广泛应用。 线性调频是最早和发展最充分的脉冲压缩技术。它通过对雷达载波频率进行 调制以增加雷达的发射带宽并在接收时实现脉冲压缩。线性调频波形由宽度 T=t2-t1的矩形发射脉冲组成，如图 1-1(a)所示。载波频率 f在脉冲宽度内按照 f作线性扫频变化，图 1-1(b)所示。 t1 t2 时间 t1 t2 时间 图 1-1(a) 图 1-1(b) 雷达接收
5、机中的脉冲压缩滤波器与发射波形相匹配，因此使接收机信号经历 依赖于频率的延迟。如图 1-2(a)所示，在色散延迟线的输出端，接收信号中的低频分量比高频分量经历较长的延迟。将接收机设计成延迟跟频率成比例，比例因子为发射波形的负斜率（用时间频率表示）；即接收机构成一个与发 射波形相匹配的滤波器。脉冲压缩滤波器的输出信号可用比发射包络更高而脉冲宽度更窄的包络来表征，如图 1-2(b)所示。 图 1-2(a) 图 1-2(b) 对线性调频波形的解析式的讨论表明，脉冲压缩宽度由下式给出： 其中， B 为发射信号带宽， 为输出脉冲 - 4dB 主瓣宽度。因此，脉冲压缩比由下式给定（其中 T 为发射信号时宽
6、）： 因为 B为雷达发射信号带宽，所以 TB 被定义为系统的时间带宽乘积。脉冲压缩雷达的距离分辨力为 (c为光速）： 对于一般的线性调频信号，如果令载波信号频率 f0在脉冲宽度内按以下方式被线性调频： 式中调频斜率由下式给出： 则一个复的线性调频信号可以表示为： 其中 为矩形包络， A 为信号幅度， f0为信号载频。 线性调频信号的脉冲压缩是通过匹配滤波器实现的，根据匹配滤波理论，匹 配滤波器频率特性为： K为比例因子， t0为与滤波器实现有关的一个时延。 一般当 TB30 时，可以认为线性调频脉冲 具有矩形振幅频谱。因此，其匹配滤波器也应具有矩形带通振幅特性。为了简化分析，在不改变所得结论正
7、确的前提下，我们将高频带通系统等效为零中频低通系统。 二、实现方案 根据时域卷积定理 用频域快速卷积法实现脉冲压缩 其中 S(n)为线性调频信号， h(n)为匹配滤波器， y(n)为脉压输出。 三、程序实现 1、 MATELAB 仿真结果（ 1）线性调频信号（ 2）脉冲压缩结果 2、 DSP 输入数据的产生 下面的 Matlab 程序为 DSP 计算生成必要的数据，主要有 Chirp 信号数据，匹配滤波器系数及窗函数 权值。 % 为 ADSP 程序提供输入数据：线性调频信号、理想匹配系数、加窗的理想匹配系数 % SLfm = SLfm,zeros(1,FFTNumber-Number); fi
8、d = fopen(E:PulseCompactSLfm.dat,wt); %线性调频信号（时域） for i = 1:FFTNumber fprintf(fid,%8.8e,n,real(SLfm(i); fprintf(fid,%8.8e,n,imag(SLfm(i); end fid = fopen(E:PulseCompactMatchCoeff_fft.dat,wt); %频域脉冲压缩系数 for i = 1:FFTNumber fprintf(fid,%8.8e,n,real(MatchCoeff_fft(i); fprintf(fid,%8.8e,n,imag(MatchCoef
9、f_fft(i); end fid = fopen(E:PulseCompactMatchCoeffHam_fft.dat,wt);%加哈明窗后的频域脉冲压缩系数 for i = 1:FFTNumber fprintf(fid,%8.8e,n,real(MatchCoeffHam_fft(i); fprintf(fid,%8.8e,n,imag(MatchCoeffHam_fft(i); end fclose(fid); 四、结果分析 图三为零中频线性调频信号采样序列的频谱，见下图： （图三） 图四为未加窗脉冲压缩结果，见图四： （图四） 最大值附近的数据及主瓣附近数据图形： 图五为匹配滤波器在时域内加哈明窗，进行脉冲压缩后的结果。 （图五） 最大值附近的数据及主瓣附近数据图形： 图六为匹配滤波器在时域内加哈明窗，进行脉冲压缩后的结果 最大值附近的数据及主瓣附近数据图形： 最大值附近的数据及主瓣附近数据图形： 统计结果分析见下表： 第一副瓣 主瓣峰值 3db 脉冲宽度 未加窗 -13.4db 800 4个采样周期 哈明窗 -43.6db 432 7个采样周期 布莱克曼窗 -6.7db 336.8 4个采样周期 运行周期统计： 采样点数 N 运行周期数 2000 816714 800 184192
