机载雷达信号处理模块的创新设计与FPGA-DSP融合策略

现代雷达信号处理模块的设计与实现面临了诸多挑战，特别是在机载雷达数字信号处理机中，由于数据输入量大、工作模式复杂以及信息处理需求多样，传统的基于任务的设计方法已显得不足。这种传统方法往往受限于硬件平台，难以适应算法升级和处理任务的多样性，例如，硬件升级可能导致运算量增加、数据存储压力增大，甚至影响控制流程。 为了解决这些问题，设计师们正在探索更灵活和高效的解决方案。雷达信号处理机的设计需要明确其核心目的，即在空空和空地模式下，处理AD数据，包括数字脉压处理、数据格式转换、加权降噪、匹配滤波或相参积累、CFAR处理、跟踪测角等，并在必要时进行图像成像处理。为了实现这些复杂任务，通常采用高性能的FPGA和DSP芯片，它们可以并行处理大量数据，提高系统效率。 设计的关键在于模块化，如图1所示，包括以下几个关键模块： 1. 正交采样模块：负责信号的初始转换，通过A/D转换器将中频信号转换为I/Q信号，采样速率和精度直接影响后续处理的质量，必须控制在可接受的误差范围内，以减少失真。 2. 脉冲压缩模块：针对发射功率限制，通过匹配滤波器技术，将接收到的宽脉冲信号压缩为窄脉冲，提升距离分辨率和探测范围，优化雷达性能。 3. MTD（Minimum Detectable Target）模块：利用滤波器技术，减少干扰和噪声，确保目标检测的可靠性。 4. 数据格式转换和处理模块：执行数据的组织和优化，以便于后续算法的运行，可能涉及采样率转换、频率变换等操作。 5. 相关图像处理模块：针对空地模式，进行地图相关成像，如RBM（Range-Bearing Mapping）和SAR（Synthetic Aperture Radar）处理。 通过采用高速DSP和FPGA的结合，以及模块化的系统结构，现代雷达信号处理模块设计旨在提升系统的灵活性、通用性和处理能力，以应对现代雷达复杂多变的工作环境。这不仅能够满足当前的需求，也为未来的技术升级和扩展提供了坚实的基础。