引言
   米波雷達作用距離遠、成本低，并且具有較好的反隱身和抗反輻射導彈的能力，是對空情報雷達重點發(fā)展的方向之一[1]。采用DBF體制的雷達，引入空間信號處理技術，易于實現低副瓣波束和自適應零點，能夠改善傳統體制米波雷達在測量方位精度、抗干擾能力等方面固有的缺點；它能實現同時多波束提高數據率，并且波束控制靈活方便，具有很強電子戰(zhàn)能力。
在米波段DBF體制雷達中采用數字接收機，可以直接射頻采樣實現軟件雷達，大幅度減少接收前端的設備量，并具有模擬接收機不可比擬的穩(wěn)定性。本文提出一種基于CPCI總線的數字接收機，它由多塊單板完成10通道數字接收的板卡－TDRB0、用于實時存儲數字接收后數據的SCSI磁盤陣列、提供各種時序的內定時控制板和連接它們的二次底板組成，并由上位機軟件加載多塊板卡的程序，并保證多個數字接收通道之間采樣的數據保持同步。
1 系統及其要求
    由于米波段無線電波的頻率較高，這就要求數字接收機的模擬信號輸入頻帶較寬，能夠達到300Mhz左右的帶寬，使之能夠直接射頻采樣雷達回波；由于空情雷達十分重視對遠距離小目標的檢測，這就要求數字接收機要具有很高的動態(tài)范圍，提高微弱目標回波信號的信噪比；對于DBF體制雷達，就要求數字接收機不僅具有多通道同時同步工作的能力，還要求每個數字接收通道具有較強的相似性，并具有幅相校正能力；可達幾十路甚至上百路的通道數目，也對系統集成度提出了較高要求，同時通用化、模塊化的設計也有利于系統的可擴展性、可靠性和可維護性。
數字接收機在整個雷達系統中所處的位置如下圖所示。頻綜提供給數字接收機采樣時鐘，接收前端把天線接收下來的信號經過多級濾波放大后送給數字接收機。數字接收機再把經過ADC和數字下變頻、脈壓之后的數據傳給信號處理機。
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2 數字接收機的設計和實現
 2.1  單塊數字接收板硬件的設計
   數字接收機的主要功能模塊為單板完成10通道數字接收的板卡－TDRB0。TDRB0是基于CPCI總線的標準6U板卡，其單板總體框圖如圖2所示。
 為了直接射頻采樣米波段電波并適應錯綜復雜的電磁環(huán)境，數字接收機需要很高的工作帶寬和大的動態(tài)范圍。這就要求，輸入給ADC信號的帶寬很寬，以及在很寬的帶寬內還具有很低的噪聲電平，因此對ADC模塊電路的設計要非常小心。TDRB0采用了AD6645作為模數轉換器件。AD6645采樣率范圍在30～105Mhz，量化位數14bit，輸入信號帶寬270Mhz，單片集成了采保電路和電壓參考電路，為設計提供了方便。
TDRB0的特點之一為通道較多，故選用專用DDC芯片完成數字下變頻和抽取濾波等功能，與FPGA實現DDC功能相比，具有開發(fā)周期短、每通道性價比較高等優(yōu)勢。這里選用ISL5216，其單片集成4個獨立可編程數字下變頻通道，數據帶寬1Mhz，可實現單級最多256階的FIR，因此非常適合米波段雷達的窄帶信號數字濾波。為了完成10通道的數字接收，可采取如圖2所示拓撲，即DDC0和DDC1各處理四通道，而DDC2只處理2個通道。

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     現代的數字接收系統還會要求具有一定的預處理功能，以減輕后續(xù)數據傳輸和處理的壓力。TDRB0采用DSP作為數據處理單元，DSP+FPGA作為數據傳輸單元，具有較強的運算能力和IO互連能力?？紤]到雷達系統通常需要較大的動態(tài)范圍和較高的運算精度，目前大部分雷達系統數字信號處理模塊都選用浮點型DSP器件，以及ADI公司TigerSHARC系列DSP所具有的超強浮點運算能力和IO互連能力，我們選擇TS101作為TDRB0的處理、存儲和數據傳輸的中樞。
    TDRB0的對外接口很多，分布于前面板和J1~J5。TDRB0數據后續(xù)傳輸的通路有三條：①PCI總線。TDRB0基于CPCI總線，利用半定制芯片QL5064實現了66Mhz、64bit PCI接口。②TS101自己的四路LINK口，通過J4和二次底板與其他板卡的TS LINK口通訊，其傳輸速率可達到150MB/s；③FPGA連接在J4和J5上共81 bit IO管腳，可自定義用，也可用于最大傳輸速率320MB/S的FPDP總線。
2.2  數字接收機平臺的搭建
    在米波段DBF體制雷達中，由多塊TDRB0組成的數字接收機，與由多塊信號處理板卡組成的信號處理機共用一個21槽位的標準6U CPCI機箱。如果采用TDRB0的PCI通道給信號處理機傳送數據，可以不用再設計定制的二次底板，但是在本系統中，要求的傳輸數據率較高，共享型的PCI總線難以承擔如此負荷。采用DSP的LINK通過二次底板傳數，構成一套專用LINK總線，能夠保證傳輸帶寬，并且實現起來也較為靈活方便。同時，通過二次底板， TDRB0接收定時板送過來的定時信號和雷達命令字（如圖3所示）。
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    為了能夠離線分析雷達實際的回波數據，數字接收機中還包括一個SCSI磁盤陣列，能夠實時的把各通道數字接收后信號存儲下來。通過一套SCSI轉接板卡，數據從TDRB0經過二次底板流向磁盤陣列。數字接收機存在兩套專用LINK總線，一套連接多塊TDRB0和信號處理機，數據傳給信號處理機，完成正常的雷達信號處理；另一套連接多塊TDRB0和SCSI轉接板卡，把數據通過轉接板卡送給磁盤陣列存儲。兩套總線之間互不影響，因而既可同時工作，也可單獨分開工作。
     在整個雷達系統聯調之前，由一塊內定時板給數字接收機提供調試時需要的定時時序。當整機聯調時，整個雷達系統的其他分系統－波形產生、接收前端等也需要定時時序（如圖1所示），此時對整個雷達系統提供定時時序的為一塊功能更為強大、接口更加豐富的外定時板。為了使兩套定時時序不互相沖突，在二次底板上使用一組Mux，根據上位機命令選通內、外定時，從而決定整個系統的定時時序是由內定時板產生還是外定時板產生（圖3）。
2.3  數字接收機軟件的實現
    TDRB0的DSP不僅要完成對三塊DDC的配置，10個通道ISL5216后數據的緩存、重排，還要完成雷達信號處理中的脈壓運算，并把脈壓后數據通過LINK口傳給信號處理機。由于數字接收機同雷達系統的定時時序緊密相關，因此DSP的軟件架構采用中斷驅動而不是數據流驅動的方式，如圖4。經過優(yōu)化，用DSP完成一個通道的脈壓處理（1024點頻域脈壓加512點頻域脈壓）一共需要750μs，對于米波段雷達，其PRI通常為幾個ms左右，那么在一個PRI時間內，有足夠的時間完成10個通道的脈壓處理。
 
     DBF體制雷達中，通道間幅相不一致會導致天線方向圖的旁瓣會升高[2]，信噪比降低，嚴重影響空域濾波效果。當已經知道通道間幅度和相位誤差后，對回波數據乘以校正因子即實現多通道的幅相校正。由于雷達通道數較多，直接在ISL5216中設置校正因子進行幅相校正，與在信號處理機中利用DSP進行多通道的幅相校正相比，可以大幅度減小運算負荷。因此在通道校正中斷中，每塊TDRB0需要從信號處理機獲得校正因子，具體如圖4所示。

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     數字接收機利用上位機通過PCI總線給TDRB0加載DSP程序，由于PCI總線的共享性，DSP程序不是同步開始工作。為了保證板間數據始終同步，要求定時時序要在所有板卡的DSP程序都加載之后才能提供，這樣所有TDRB0的DSP同時進入PRI中斷，從而保證板間數據的同步。這種先后順序是通過上位機對二次底板上Mux模塊的控制來屏蔽、選通外定時模塊所產生的時序來實現的。
3 結論
   本文作者創(chuàng)新點：1.結合某型米波段DBF體制雷達的研制，提出了一種基于CPCI總線的數字接收板卡TDRB0，其具有集成度高、模塊化強、動態(tài)范圍大等特點，通過在外場長時間檢驗，也證明其具有良好的可靠性。已對工作在雷達系統中的每個通道進行了反復測試：當輸入200Mhz以上信號在300khz帶寬情況下， ENOB達到10.9bit，動態(tài)范圍典型值為88dB，DDC濾波器帶外抑制度到70dB以上，帶內紋波小于0.03dB。2.以多塊TDRB0為核心，輔以定制的二次底板、內外定時模塊，定時切換模塊、SCSI數據采集機箱等調試設備，組成了一個便于工程應用的數字接收機，方便了外場聯調，加快了項目進度。實踐證明，該數字接收機滿足了項目要求，達到了預期目的。