來源：電子技術(shù)應(yīng)用; 作者：南京大學(xué)電子工程系 張愛國 張興敢摘要：時(shí)寬帶寬（TB）積較小的線性調(diào)頻（LFM）信號的脈沖壓縮可用A100等器件構(gòu)成的橫向?yàn)V波器實(shí)現(xiàn)；對于TB積較大的LFM信號，在時(shí)域上對其進(jìn)行脈沖壓縮所需的計(jì)算量和硬件量太大。本文介紹用TMS320C6201 DSP在頻域上實(shí)現(xiàn)大TB積LFM信號的實(shí)時(shí)脈沖壓縮，內(nèi)容包括海明加權(quán)、循環(huán)卷積、長數(shù)據(jù)分段迭加、軟件流程圖和硬件框圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)雷達(dá)重要周期為300Hz時(shí)，對TB積為320的LFM信號進(jìn)行脈沖壓縮后最大副瓣電平為-42.3分貝。
關(guān)鍵詞：LFM 脈沖壓縮 信號處理器 實(shí)時(shí)信號處理 匹配濾波為提高脈沖雷達(dá)或脈沖聲納的作用距離，通常有兩個(gè)途徑，其一是增加發(fā)射機(jī)峰值功率；其二是加大發(fā)射脈沖的寬度來提高平均發(fā)射功率。發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率峰值受電源、功率放大器、功率傳輸通道（功率過大，波導(dǎo)等器件易打火）等限制；簡單增加發(fā)射脈沖的寬度，相當(dāng)于降低發(fā)射信號的帶寬。為使相同時(shí)寬的脈沖增加帶寬，可對發(fā)射脈沖內(nèi)的載波進(jìn)行線性調(diào)頻；在接收端對線性調(diào)頻的回波信號再進(jìn)行脈沖壓縮處理。經(jīng)脈沖壓縮后信號所具有的大的帶寬能夠提高測距精度和距離分辨力。寬脈沖內(nèi)大的時(shí)寬能夠提高測速精度和速度分辨力。因此脈沖壓縮技術(shù)廣泛用于雷達(dá)、聲納等系統(tǒng)，其中以線性調(diào)頻信號的應(yīng)用最為廣泛。

1 線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮線性調(diào)頻（LFM）信號是一種瞬時(shí)頻率隨時(shí)間呈線性變化的信號。零中頻線調(diào)頻信號u(t)可表示為：
u(t)=exp(jπBt2/T) -T/2<t<T/2;; （1）
式中，T為線性調(diào)頻信號的時(shí)寬，B為帶寬。
對線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮處理，就是讓信號通過一個(gè)與其相匹配的濾波器實(shí)現(xiàn)的。與u(t)匹配的濾波器的沖激響應(yīng)為：
h(t)=exp(-jπBt2/T) -T/2<t<T/2;;; （2）
u(t)經(jīng)匹配濾波器壓縮后的輸出g(t)為：
g(t)=u(t) *h(t) T<t<T;;; (3)
線性調(diào)頻信號的突出優(yōu)點(diǎn)是匹配濾波器對回波信號的多普勒頻移不敏感，即使回波信號有較大的多普勒頻移，原來的匹配濾波器仍能起到脈沖壓縮的使用。這將大大簡化信號處理系統(tǒng)。
經(jīng)性調(diào)頻信號經(jīng)匹配濾波器后的輸出脈沖g(t)具有sinc(t)函數(shù)型包絡(luò)，其最大副瓣電平為主瓣電壓的13.2dB。在多目標(biāo)環(huán)境中，旁瓣會(huì)埋沒附近較小目標(biāo)的信號，引起目標(biāo)丟失。為了提高分辨多目標(biāo)的能力，可以采用加權(quán)技術(shù)。設(shè)時(shí)域加權(quán)函數(shù)為w(t)，則加權(quán)輸出為：
g(t)=u(t)*[h(t) ·w(t) ];;; (4)
引入加權(quán)函數(shù)實(shí)質(zhì)上是對信號進(jìn)行失配處理。以抑制旁瓣，其副作用是輸出信號的包絡(luò)主瓣降低、變寬。即旁瓣抑制是以信噪比損失及距離分辨力變壞作為代價(jià)的。加權(quán)函數(shù)可以選擇海明加權(quán)函數(shù)、余弦平方加權(quán)函數(shù)等。海明加權(quán)函數(shù)為：
w(t)=0.08+0.92·cos 2（πf/B） （5）
在計(jì)算機(jī)中處理時(shí)，需要將信號離散化。當(dāng)信號時(shí)寬很大時(shí)，在時(shí)域上計(jì)算卷積耗時(shí)較大。因此改為在頻域上實(shí)現(xiàn)LFM信號的脈沖壓縮。
G(n)=U(n) ·H(n);;; (6)
式中U（n）=FFT[u(n)];;; (7)
H(n)=FFT[h(n) ·w(n)];;; (8)
則：g(n)=IFFT[G(n)];;; (9)
在頻域上LFM信號的脈沖壓縮用循環(huán)卷積替代線性卷積進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)u（n）的長度為N1，h(n)的長度為N2,G（n）的長度為N。當(dāng)N<L（L為N1+N2-1）時(shí)，g（n）中就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)混疊，混疊發(fā)生在第0點(diǎn)到第L-N-1點(diǎn)，即g(n)在0至L-N-1點(diǎn)為無效數(shù)據(jù)。

2 LFM信號實(shí)時(shí)脈沖壓縮的實(shí)現(xiàn)2.1 TMS320C6201簡介
TMS320C6201（以下簡稱為C6201）是美國TI公司1997年推出的定點(diǎn)DSP芯片。高速的數(shù)據(jù)處理能力和對外接口能力使其使用于雷達(dá)、聲納、通信、圖像等實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。
C6201 DSP采用甚長指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)，單指令字長32Bit，8個(gè)指令組成一個(gè)指令包，總字長為256Bit。芯片內(nèi)部設(shè)置了專門的指令分配模塊，可以將每個(gè)256Bit的指令包同時(shí)分配到8個(gè)處理單元并由8個(gè)單元同時(shí)運(yùn)行。最