來源：電子技術應用  作者：南京大學電子工程系 張愛國 張興敢

摘要：時寬帶寬（TB）積較小的線性調頻（LFM）信號的脈沖壓縮可用A100等器件構成的橫向濾波器實現；對于TB積較大的LFM信號，在時域上對其進行脈沖壓縮所需的計算量和硬件量太大。本文介紹用TMS320C6201 DSP在頻域上實現大TB積LFM信號的實時脈沖壓縮，內容包括海明加權、循環(huán)卷積、長數據分段迭加、軟件流程圖和硬件框圖。實驗結果表明，當雷達重要周期為300Hz時，對TB積為320的LFM信號進行脈沖壓縮后最大副瓣電平為-42.3分貝。

關鍵詞：LFM 脈沖壓縮 信號處理器 實時信號處理 匹配濾波

為提高脈沖雷達或脈沖聲納的作用距離，通常有兩個途徑，其一是增加發(fā)射機峰值功率；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，波導等器件易打火）等限制；簡單增加發(fā)射脈沖的寬度，相當于降低發(fā)射信號的帶寬。為使相同時寬的脈沖增加帶寬，可對發(fā)射脈沖內的載波進行線性調頻；在接收端對線性調頻的回波信號再進行脈沖壓縮處理。經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。寬脈沖內大的時寬能夠提高測速精度和速度分辨力。因此脈沖壓縮技術廣泛用于雷達、聲納等系統(tǒng)，其中以線性調頻信號的應用最為廣泛。

1 線性調頻信號的脈沖壓縮

線性調頻（LFM）信號是一種瞬時頻率隨時間呈線性變化的信號。零中頻線調頻信號u(t)可表示為：

u(t)=exp(jπBt2/T) -T/2<t<T/2   （1）

式中，T為線性調頻信號的時寬，B為帶寬。

對線性調頻信號的脈沖壓縮處理，就是讓信號通過一個與其相匹配的濾波器實現的。與u(t)匹配的濾波器的沖激響應為：

h(t)=exp(-jπBt2/T) -T/2<t<T/2    （2）

u(t)經匹配濾波器壓縮后的輸出g(t)為：

g(t)=u(t) *h(t) T<t<T    (3)

線性調頻信號的突出優(yōu)點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)。

經性調頻信號經匹配濾波器后的輸出脈沖g(t)具有sinc(t)函數型包絡，其最大副瓣電平為主瓣電壓的13.2dB。在多目標環(huán)境中，旁瓣會埋沒附近較小目標的信號，引起目標丟失。為了提高分辨多目標的能力，可以采用加權技術。設時域加權函數為w(t)，則加權輸出為：

g(t)=u(t)*[h(t) ·w(t) ]    (4)

引入加權函數實質上是對信號進行失配處理。以抑制旁瓣，其副作用是輸出信號的包絡主瓣降低、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的。加權函數可以選擇海明加權函數、余弦平方加權函數等。海明加權函數為：

w(t)=0.08+0.92·cos 2（πf/B） （5）

在計算機中處理時，需要將信號離散化。當信號時寬很大時，在時域上計算卷積耗時較大。因此改為在頻域上實現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行計算。假設u（n）的長度為N1，h(n)的長度為N2,G（n）的長度為N。當N<L（L為N1+N2-1）時，g（n）中就會出現數據混疊，混疊發(fā)生在第0點到第L-N-1點，即g(n)在0至L-N-1點為無效數據。

2 LFM信號實時脈沖壓縮的實現

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DSP芯片。高速的數據處理能力和對外接口能力使其使用于雷達、聲納、通信、圖像等實時處理系統(tǒng)。

C6201 DSP采用甚長指令字（VLIW）結構，單指令字長32Bit，8個指令組成一個指令包，總字長為256Bit。芯片內部設置了專門的指令分配模塊，可以將每個256Bit的指令包同時分配到8個處理單元并由8個單元同時運行。最