基于MSP430的脉冲参数测试电路文献综述

 2022-11-10 11:36:18

一、脉冲参数测量背景

参数估计是信号与信息处理学科的重要组成部分,也是近年来非常活跃、发展迅速的一个研究领域[1]。这是因为参数估计作为一种重要的信号分析手段,有着广泛的应用背景和重要的应用价值,其应用涉及雷达、声纳、导航、通信成像、地质勘探、生物医学工程等诸多军事及民用领域。随着信号处理的快速发展,人们对信号的检测和参数估计的要求也越来越高,并一直致力于研究精度更高、分辨能力更好、稳健性和容错性更强、计算更简单的参数估计方法。针对不同的应用领域,“参数”有着不同的内涵和物理意义,各种参数也为我们提供了目标信号的不同的信息,但参数估计方法却具有共性和一般性,这是由于在一些基本假设下,不同的参数估计问题可以用相同或相近的信号模型来描述[2]。正交采样是进行脉冲参数测量处理的第一步,担负着为后续处理提供高质量数据的任务。采样的速率和精度是需要考虑的首要问题,采样系统引起的失真应当被限定在后续信号处理任务所要求的误差范围内,直接中频数字正交采样是当代雷达信号处理的主要技术之一[3,4]。在射频和中频滤波放大后,采用高性能模拟数字转换器 ADC(Analog Digital Converter)直接中频采样,使用数字正交混频和数字滤波技术,并利用锁存驱动电路、先入先出栈 FIFO(First In and First Out Memory)存储器等电路配合,可以生成可靠的高精度正交采样系统。检测是在由背景辐射、不需要的回波或雷达接收机产生的干扰中发现所寻找的物体或目标的过程。电子侦察系统中的自动检测处理是现代雷达处理系统的一个重要领域,其目的是在感兴趣的接收信号中自动检测脉冲信号并提取目标信息,自动检测给电子侦察系统提供了准确的数据 [5,6] 。高适应性和多功能是现代雷达系统所应有的两个基本特征,一方面要求雷达在复杂杂波环境下具有很高的检测概率和较低的虚警概率,另一方面要求处理系统在相同的平台上具有多种功能,不但需要发现信号并且检测参数信息,还要进行分析处理,判断其属性等信息,并将目标信息传送给后端进行处理。雷达信号脉内参数提取是电子侦察系统中需要考虑的一个关键的问题,参数测量的准确性直接影响到后端对目标位置、速度等信息进行处理的结果。随着现代航空航天等技术的飞速发展,对雷达脉冲参数测量精度和速度的要求也越来越高,所以如何从有效的雷达数据中快速、准确的提取目标参数对电子侦察系统有着重要的意义。由于雷达信号受到背景噪声的影响,脉冲信号的真实信息被掩盖在噪声中,须采用一定的处理方法来降低噪声对参数测量结果的影响,同时考虑到资源占用和计算速度是两个相互矛盾的因素,所以设计时应考虑易于系统实现的方法。在现代雷达信号处理系统的设计中,不仅要考虑运算量、运算速度、数据传输速度、硬件资源的要求,还要考虑系统的标准化、通用性、模块化、可扩展性及其相关的技术[7]。由于雷达信号处理是实时信号处理系统,要求必须具有处理大数据量的能力,以保证系统的实时性;其次对系统的硬件资源的占用情况、功耗、稳定性等也有较严格的要求。实时信号处理算法中经常用到求和、求积运算等不同层次、不同种类的处理。其中有的运算本身结构比较简单,但是数据量大,计算速度要求高;有些处理对速度并没有特殊的要求,但计算方式和控制结构比较复杂,难以用纯硬件实现。因此,实时信号处理系统是对运算速度要求高、运算种类多的综合性信息处理系统。

二、430单片机背景原理

MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。MSP430单片机称之为混合信号处理器,是由于其针对实际应用需求,将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上,以提供“单片机”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。430单片机具有如下优点[]:

(1)处理能力强

MSP430系列单片机是一个16位的单片机,采用了精简指令集(RISC)结构,具有丰富的寻址方式(7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址)、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

(2)运算速度快

MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下,实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加运算)相配合,能实现数字信号处理的某些算法(如FFT等)。

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