來源：電子技術(shù)應(yīng)用  作者：陳 曦 趙正予

摘要：采用TMS320C6701 DSP研制了一個應(yīng)用于電離層垂直探測系統(tǒng)中的實時同步的DSP信號處理模塊。該系統(tǒng)具備開放性、靈活性、可升級性等優(yōu)點。該模塊應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：電離層垂直探測系統(tǒng) DSP FPGA m序列

自從20世紀(jì)70年代末第一片數(shù)字信號處理器芯片（DSP）問世以來，DSP就以數(shù)字器件特有的穩(wěn)定性、可重復(fù)性、可大規(guī)模集成，特別是可編程性高等優(yōu)點，為數(shù)字信號處理的發(fā)展帶來了巨大的機(jī)遇。TI公司推出的C6000系列DSP本身就是針對多通道無線通信和有線通信的應(yīng)用領(lǐng)域，因此在通信、電子對抗、雷達(dá)系統(tǒng)等需要高度智能化的應(yīng)用領(lǐng)域，這種芯片的高速處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)接口具有不可取代的優(yōu)勢。

電離層垂直探測系統(tǒng)（UIS）的主要功能是對電離層進(jìn)行實時探測，獲取電離層參數(shù)變化狀態(tài)和高頻信道傳輸特性，同時它也可以用作頻率管理系統(tǒng)。在脈沖壓縮偽隨機(jī)碼調(diào)相體制的UIS系統(tǒng)中，經(jīng)過編碼的電波信號由天線發(fā)射后，經(jīng)電離層的反射到達(dá)地面，回波被接收機(jī)接收，從而得到電離層信道散射函數(shù)、散射多普勒頻移等有用信息。UIS系統(tǒng)采用的是一種收發(fā)共用天線體制，即接收機(jī)和發(fā)射機(jī)交替工作，通過天線開關(guān)交替使用同一部天線。

    本文提到的電離層垂直探測系統(tǒng)是一種新型的、同步實時的探測平臺。在該系統(tǒng)的研制過程中，基于先進(jìn)的軟件無線電思想和EDA的設(shè)計方法，采用高性能的DSP（TMS320C6701），構(gòu)造了一個應(yīng)用于UIS中的實時同步的DSP信號處理模塊，從而使UIS系統(tǒng)具備適應(yīng)性強(qiáng)、升級方便等優(yōu)點。

1 UIS系統(tǒng)原理、算法與結(jié)構(gòu)

電離層是時刻變化的，電離層信道可被視為一個時變系統(tǒng)，系統(tǒng)的特性可由其脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t,tp)來描述，稱為“雙時響應(yīng)”函數(shù)。其中，t指系統(tǒng)隨時間變化的一個時間變量；另一個時間變量tp，在電離層探測中為信號群傳播時間。該函數(shù)對時間t做傅里葉變換可得到電離層信道的散射函數(shù)：

在UIS系統(tǒng)中，發(fā)射波采用相位調(diào)制（所有的調(diào)制以復(fù)數(shù)表示），發(fā)射波信號可表示為：

式中，u(t)表示調(diào)制信號，f0是載波頻率。由于這是個窄帶信號，對其進(jìn)行同步解調(diào)并采用低通濾波可得到的接收信號為：

在利用脈沖雷達(dá)探測電離層信道參數(shù)的一般系統(tǒng)模型中，把調(diào)制信號u(t)作時間tp的延時，并用它與接收信號做相關(guān)運算，相關(guān)計算的時間長度為T0，則在te時刻兩者的互相關(guān)函數(shù)為：

    實驗表明，多數(shù)情況下電離層信道的平衡性可以持續(xù)10s～600s,在10s以內(nèi)，電離層可以看作是一個線性時不變系統(tǒng)，即認(rèn)為在T0（T0<10s）時間內(nèi)，h(t,τ)≈h(tc,τ)。交換公式（4）的積分順序后，得：

    如果Cu,u=δ(tp)[δ(tp)為沖擊響應(yīng)函數(shù)]，則h(tc,tp)=Cr,u(tc,tp)。用變量t代換tc，即：

h(t,tp)=Cr,u(t,tp) (6)

從（5）式和（6）式可以看出，采用具有良好自相關(guān)性的偽隨機(jī)碼對發(fā)射載波進(jìn)行調(diào)制，每次測量就可直接得到特定時間t的電離層信道的一次單頻全路徑“回波～距離函數(shù)”。即在全路徑上觀測一個頻點，通過在單頻點多次測量，將測量結(jié)果按