基于FPGA的雷達(dá)脈沖預(yù)分選器設(shè)計

0 引言
    現(xiàn)代電子戰(zhàn)環(huán)境日趨復(fù)雜，信號日趨密集，新體制雷達(dá)不斷出現(xiàn)，雷達(dá)信號的各個參數(shù)以各種規(guī)律變化，因而從密集復(fù)雜的信號環(huán)境中分選和識別各種新體制雷達(dá)信號就成了電子戰(zhàn)信號處理的一大難題。為了滿足電子支援措施(ESM)實時信號分選的需要，對處理器的處理時間提出了較高的要求：不僅要求處理器的硬件結(jié)構(gòu)具有良好的設(shè)計和可不斷優(yōu)化的空間，而且要求器件有較高的集成性，這些已成為不可忽視的因素。經(jīng)過對相關(guān)器件的深入分析和研究，本文采用高速現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA)替代中小規(guī)模集成芯片來設(shè)計三參數(shù)關(guān)聯(lián)比較器，從而實現(xiàn)預(yù)分選器設(shè)計。

1 基于關(guān)聯(lián)比較器的信號預(yù)分選原理
    關(guān)聯(lián)比較器技術(shù)對高密度信號環(huán)境下的硬件預(yù)分選有著積極和重要的意義。關(guān)聯(lián)比較器用于信號預(yù)分選的思路源于傳統(tǒng)信號處理方法中的輻射源參數(shù)匹配方法。目前，電子戰(zhàn)系統(tǒng)中對雷達(dá)信號實時分選可利用的信息仍然是雷達(dá)信號的五大參數(shù)：載頻(RF)、脈寬(PW)、到達(dá)方位(DOA)、到達(dá)時間(TOA)、脈幅(PA)。其中RF一般集中在若干離散的頻率點上，聚斂性好，因此是偵察信號處理中最重要的特征之一；DOA取決于雷達(dá)和偵察機的相對方位角，當(dāng)雷達(dá)與偵察機之間沒有相對運動時，DOA為常數(shù)，存在相對運動時，DOA變化緩慢，該參數(shù)不受雷達(dá)信號本身影響，也是偵察信號處理中最重要的特征之一；由于雷達(dá)信號PW本身比較穩(wěn)定，數(shù)值分布較集中，具有很好的平穩(wěn)性和聚斂性，因此也可以作為分選特征之一；由于影響PA的因素太多，使PA的平穩(wěn)性較差，可信度不高，一般不作為分選依據(jù)；而TOA一般作為主處理器的主要分選、識別參數(shù)，一般也不作為預(yù)處理分選依據(jù)。因此從理論上講預(yù)處理可利用的有3個參數(shù)：RF，PW，DOA。
    分選系統(tǒng)的框圖如圖1所示，脈沖分選分為預(yù)分選和主分選兩部分，預(yù)分選為RF，PW，DOA三參數(shù)聯(lián)合分選，由FPGA完成；主分選為重頻(PRI)分選，由DSP完成。

根據(jù)RF，PW，DOA構(gòu)成的三參數(shù)關(guān)聯(lián)比較器原理如圖2所示。每部雷達(dá)信號在空間占據(jù)一個小盒，小盒的中心坐標(biāo)可以認(rèn)為是雷達(dá)參數(shù)，小盒的尺寸取決于參數(shù)容差，這與接收機的測量精確度有關(guān)。只要測量達(dá)到一定精確度，選取合適的容差范圍，就可以對此小盒內(nèi)的脈沖進(jìn)行去交錯，最后確定脈沖序列的存在。
2 關(guān)聯(lián)比較器的設(shè)計 
    由于輻射源特征的多樣性以及脈沖參數(shù)測量誤差的引入，使雷達(dá)截獲系統(tǒng)脈沖去交錯存在以下兩方面的問題：
    (1)由于參數(shù)抖動或存在測量誤差，使得參數(shù)是一個由上下門限界定的一個范圍。
    (2)由于存在參數(shù)捷變或參數(shù)分集，使得參數(shù)存在多值(如頻率捷變、分集等)。 

傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)比較器的原理圖如圖3所示，這種方法是給每個參數(shù)設(shè)定一個容差，將每個脈沖的PDW與各參數(shù)容差進(jìn)行比較，實際上就是與RF，DOA，PW的最大值與最小值做比較，如果都落在容差范圍內(nèi)，則產(chǎn)生相應(yīng)路數(shù)的單路匹配信號MATCH。這種方法能夠解決第一個問題，但是對于參數(shù)捷變雷達(dá)則不能進(jìn)行分選。另外，由于每一路只能配置一組雷達(dá)參數(shù)，對于日益復(fù)雜的電磁環(huán)境，這種方法已不適應(yīng)。
    本文在傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)比較器上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計了基于CAM(Content．Addressable Memory)的關(guān)聯(lián)比較器。CAM是一種專門為快速查找數(shù)據(jù)地址而設(shè)計的存儲器，通過把輸入數(shù)據(jù)與其內(nèi)所存數(shù)據(jù)同時相比較，能快速確定輸入數(shù)據(jù)是否與其內(nèi)部某個數(shù)據(jù)或幾個數(shù)據(jù)相匹配。CAM的數(shù)據(jù)尋址方式因不同應(yīng)用要求而不同，最快方式下僅需要一個時鐘周期便可完成對所有數(shù)據(jù)的尋址。
    與RAM一樣，CAM也是采取陣列式數(shù)據(jù)存儲，其數(shù)據(jù)的寫入方式與RAM相類似，但CAM的數(shù)據(jù)讀取方式卻不同。在RAM中，輸入的是數(shù)據(jù)地址，輸出的是數(shù)據(jù)，而在CAM中輸入的是所要查詢的數(shù)據(jù)，輸出的是數(shù)據(jù)地址和匹配標(biāo)志。
    在RAM中，RAM的存儲容量由地址線寬度所確定。例如，10b寬地址總線的RAM存儲容量為210=1024B，CAM卻沒有這個限制，因為它不是采用傳統(tǒng)的通過地址讀取數(shù)據(jù)的方式。如要從1024B中查詢某一數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)寬度為8b，若數(shù)據(jù)存在，則輸出匹配標(biāo)志和10b寬的數(shù)據(jù)地址。因為CAM不是采用傳統(tǒng)的地址線模式讀取數(shù)據(jù)，存儲空間可以很容易的擴展，輸入數(shù)據(jù)線寬度只由需查詢的數(shù)據(jù)位數(shù)決定。圖4為數(shù)據(jù)讀取模式下的RAM和CAM。