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摘 要：介紹了一種用于空情網系統的雷達目標檢測器，他是以DSP芯片TMS320VC5402為核心處理器，利用其多通道緩沖同步串行口（McBSP）和AD7495芯片接口來實現數據采集，并具有異步串口通信功能。重點介紹了該系統的基本組成、工作原理以及CFAR檢測算法程序。該檢測器滿足警戒雷達的遠程警戒、多目標、實時檢測的要求，具有體積小、成本低，工作穩定等優點。
關鍵詞：DSP；CFAR；目標檢測；檢測算法 在信息戰、電子戰的今天，對空遠程警戒相當重要，但只靠就近的單部雷達來發現目標提供空情信息遠遠不夠，這就需要把各基地的警戒雷達組成一個網，使得資源互補、信息共享，形成預警網的一個子網——遠程警戒雷達網系統。在此系統中，實時的目標檢測是能夠及時發現目標并上報，同時也是目標跟蹤和識別的前提。一個實時性、高穩定性的目標檢測器相當關鍵。
近年來，隨著數字信號處理芯片性能的不斷提高，其價格逐漸降低，技術迅速普及，數字信號處理的應用領域飛速發展，信號處理進入了一個新的發展時期。通用高速數字信號處理器芯片的處理能力，為進一步增強實時雷達目標檢測系統的性能提供了可能，也為雷達目標檢測數字化處理及軟件實現提供了很好的途徑，使系統的設計與改進更加靈活和方便。本文基于TMS320VC5402芯片，開發了雷達目標檢測器，作為預警網的一個組成部分，針對此預警網系統進行了雷達目標檢測器軟硬件的設計實現。
1系統結構
系統總體方案如圖1所示。此雷達目標檢測器硬件平臺由3部分組成：雷達目標信息采集模塊、DSP數據處理模塊和異步串行通信模塊。雷達目標信息采集模塊包括雷達零距離脈沖預處理、雷達回波模擬信號采集和方位碼獲取電路。零距離脈沖預處理后觸發DSP中斷，進行回波數據采集和方位碼的讀取。雷達回波模擬信號先進行前端處理，使之符合模數轉換器信號輸入的幅度要求，再轉換成數字信號后由DSP讀入，暫存于RAM中，進行信號處理，最后通過異步串行口將處理結果傳給各種接收設備，如上報通信設備或PC機，最后匯聚于中心服務器進行數據融合。
2硬件電路的設計
根據系統的應用要求，檢測器的核心芯片選用美國TI公司的TMS320VC5402 (以下簡稱C540 2 )。C5402是16位定點DSP芯片，可運行在100 MHz的主頻上，最大處理能力達100 MIPS，滿足對微秒量級雷達信號的檢測要求，有豐富的硬件資源和針對信號處理的指令系統，加快了處理速度；他還有靈活的程序控制、工作方式選擇、流水線運行及多樣的尋址方式，又支持C語言編程，便于后期的軟件調試。
2.1A/D轉換電路
模擬數字轉換器選用Analog公司的AD7495芯片，他是一種12位高速低功耗A/D轉換器，轉換率達1 MSPS［1］。數據轉換和獲取由CS和串行時鐘SCLK控制。模擬信號輸入范圍為0～2.5 V。串行數據輸出口SDATA傳輸速率可達20 Mb/s。
AD7495和C5402的連接如圖2所示。CS和SCLK由C5402的McBSP端口FBX和CLKX分別提供幀和位時鐘信號，C5402的McBSP端口DR接收SDATA輸出的串行數據。AD7495的VDRIVE接3.3 V時，使芯片輸出電平與DSP的電平兼容。
2.2異步串行接口電路
由于C5402只具有同步串行接口，而本檢測器與通信設備的接口是RS 232異步串行口，所以設備間通信時需要C5402做同步到異步的接口轉換。將C5402的XF和BIO用軟件模擬成異步串口，DSP與RS 232串行接口之間只需作電平轉換，硬件構成十分簡單。應用中證明這種接口轉換方式方便、可靠且大大減少了硬件成本開銷。
2.3方位碼獲取電路
目標方位由讀取雷達機提供的方位碼數據得到。此方位碼是13位串行數據形式，包括節拍和方位碼數據。該電路由2片串并轉換器74HC595級聯組成。C5402從I/O空間讀取這13位數據。
3軟件設計
雷達目標檢測器的DSP軟件主要包括3個部分：DSP數據采集模塊、自動檢測模塊和串行接口發送接收模塊。
3.1數據采集程序設計
本設計使用AD7495進行數據的數字轉換和采集，C5402通過McBSP接收數據，必須對C5402的McBSP相關寄存器進行正確的設置，以滿足C5402對AD7895的各種時序要求(幀同步、位時鐘信號等)［2］。初始化程序時設置McBSP的工作狀態：設置時鐘為自由運行狀態，設置移位時鐘信號和幀同步信號，每幀一字，每字16 b，無延時接收。McBSP使用DMA通道控制（稱為ABU模式），避免了串行口頻繁中斷，使其在接收一塊指定的數據后，觸發一次中斷，更適用于高速工作情況。同樣配置與DMA通道有關的寄存器來設置DMA控制的源地址、目的地址、緩沖區大小、觸發事件、接收方式和通道選擇等。本檢測器采用ABU模式減少DSP的工作量，簡化軟件設計，有效利用DSP的硬件資源，提高了信號采集的執行效率。
3.2自動檢測程序設計
多回波非相參積累關鍵是確定檢測門限。假定背景雜波是高斯分布的，目標模型是Sw erlingII型。CFAR檢測器隨干擾目標增加，而性能下降［3］，因此降低干擾目標和強雜波的影響是提高CFAR自動檢測的關鍵。我們提出一種平均單元類CFAR檢測方法（DCMGOCFAR）：先刪除左右各N個參考單元中幅度最大的各一個，再對左右兩部分參考單元剩下的各做統計平均，選大的作為輸出Z，再和門限因子K相乘形成檢測門限V，K一般選擇4～4.8，待檢測單元D與此門限比較，若D>V,則判D為目標H1，否則為H0。此檢測算法對上述雷達的目標回波的仿真結果如圖3（a）,（b）所示。實驗表明此算法能夠去除大片地物雜波，進行多目標檢測。
針對現役某型兩坐標雷達：重復脈沖周期為10 ms，脈寬13 μs，天線波瓣寬度15°，天線轉速4 r/min。本設計采用塊間滑窗式視頻積累。收到的回波分割成許多距離單元，每一距離單元長度稍小于一個脈沖寬度，對這些單元里脈沖進行幅值平均。每隔L個重復脈 沖周期進行一次恒虛警率處理（CFAR），其余雷達休止期除做距離單元內脈沖平均和視頻積累外，還發送檢測到的目標數據（目標方位和距離信息）。這樣解決了慢速的外部通信設備和高速的處理器間的速度匹配問題。
3.3異步串行發送接收設計
本檢測器用XF與BIO模擬異步串口發送接收數據。串口協議為1 b開始位，1 b終止位，8 b數據，無奇偶校驗位。波特率f可自定義設置。發送數據時，占用DSP一個定時器資源，設置中斷時間為1/f。接收數據時，占用一個定時器和一個中斷資源，開始位下降沿到來觸發中斷，設置定時器的中斷時間略大于1/f，偏差為1/Δf，且10/Δf<1/f。這種方法比傳統采樣詢查的方法編程簡單，且降低了誤碼率。
4聯調試驗
雷達目標檢測器工作流程如圖4所示。整個調試過程通過仿真器在CCS集成開發環境中進行，最終生成的可執行代碼固化在EPROM中，通過bootloader方式加載。圖5（a）是在雷達P型顯示器上手錄的目標，圖5（b）是雷達目標檢測器的目標檢測結果上傳到中心服務器屏幕上的顯示。
試驗表明本檢測器達到預警網的各項參數指標，實現了可靠通信。本設計已在不同的警戒雷達測試過，只需修改距離單元和各門限值，就可完成檢測任務。說明本設計具有良好的適應性和穩定性。
5結語
本文以TMS320C5402為核心處理器開發的雷達目標檢測器具有硬件成本低、軟件實現可靈活修改等特點。本目標檢測器結構緊湊，滿足實時性的要求，已成功應用于預警網系統中。
參考文獻
［1］Analog Devices, Inc,AD7495 Data Sheet［Z］.2001.
［2］汪安民.TMS320C54xx DSP實用技術［M］.北京：清華大學出版社，2002.
［3］何 友.雷達自動檢測與恒虛警處理［M］.北京：清華大學出版社，1 999.
［4］Texas Instruments Incorporated, TMS320C54x DSP Ref erence Set Volume 5: Enhanced Peripherals［Z］.1999.
［5］蘇 濤.DSP實用技術［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2002.
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