基于VPX总线的宽带雷达信号的处理系统
时间：2022-08-28 10:41:45
【摘要】二、工程应用 在VPX出现前，雷达系统面临2个最基本的性能方面的艰制为总线信号引脚可支持的最大数据带宽和每个板槽所提共的最大功率。VPX通过高速连接器和支持高级互联结构有效地解...
【摘要】本文提出一种基于vpx总线标准的高性能信号处理系统，利用多种高速串行通信协议实现数据的灵活传输，采用现场可编程门阵列技术和PowerPC技术相结合的方式进行高性能数据处理。
基于宽带基础上的雷达信号处理是在航海需要上发展而来的，同时宽带雷达也用于航空环境中，对系统的抗震动与抗冲击性能都有较高的要求。传统的雷达信号的处理系统利用传统的总线技术不能满足其运行环境恶劣的条件，因此必须设计适应处理带宽更高且速度更快、环境更加恶劣的设备来满足需求，本文就针对此方面的应用进行研究与介绍。
一、高性能雷达信号处理系统
在设计中采用VPX的结构模式主要是考虑环境与散热的需要，其总线是VME技术的自然进化，采用高速串行总线替代了原有的总线模式，以此获得最佳的处理性能。与VITA组织结构以及其他总线模式相比，VPX的特征突出：从结构上看其密度高且灵活。VPX总线是按照IEEE1101的3U和6U标准来设计的，可以在兼容上做到最大范围的兼容，保证系统的相对稳定。其次，带宽被增强，使用高速串行的插件可以增加总线的宽带性能。同时系统与各种高速串行协议都可以进行兼容。第三，电源设计有所增强，VPX规范通过增加背板的电量供应，和更加完善的散热系统可以支持多种处理器的运行需求，保证了系统的功耗适应范围。第四，采用较为先进的硅晶片结构制成的高速差分连接器具有连接紧密，超如损耗小且误码率较低的特征，每个差分都对支持的宽带数据都可达到极限10G，且硅晶片设计带有ESD接地层和接触层，可以有效的防止意外放电的干扰。
二、工程应用
在VPX出现前，雷达系统面临2个最基本的性能方面的艰制为总线信号引脚可支持的最大数据带宽和每个板槽所提共的最大功率。VPX通过高速连接器和支持高级互联结构有效地解决了上述2个问题。
本文以VPX为总线主体结构，解决了以往的DBF处理系统不能适应高速连接的问题，该系统利用光纤以太网接入板，3块FFPGA处理板、1块MPC8641 D处理板、以及5插槽VPX背板构成了处理系统，系统中所有的插板都按照VPX的需要进行定制。该系统在实际应用中构建模式为：系统前端的由32条光纤构成传输线路，其中每个光纤都可携带8个阵元的采样数据，总计可以实现2G的传输效率。改DBF工程应用方案如下：光纤以太网接入板利用8个QSFP模块接收到32路光纤信号并进行转换成为32路64GBPS的电子信号。利用背板的电路传输给FPGA进行高速处理；每块FPGA处理器都分别接受16路32Gb/S信号进行调整，两块板之间实现数据交换；整形后的半波束形成结果并传输至相应的FPGA前置处理板，进行最终的计算；完成波束的权系数计算是利用芯片MPC8641 D完成，其中分别将其结果传递到FPGA上。
三、系统性能测试
完成设计后，利用模拟对其计算能力与通信能力进行了测试，一方面，计算能力是信号处理的关键性指标，系统性能测试必须要求计算性能过关。在测试中利用1024点精度浮点复数基2FFT算法，测试不同处理器的计算性能。完成测试后数据表明，选择的MPC8641D的计算能力为最强，高于DSP TS101计算能力的2.7倍；是DSP TS201计算能力的1.3倍。
通信能力的测定也是信号处理系统优劣的重要指标，其直接影响信号处理系统的基本性能。在本文的设计中，利用两个板内与板外的FPGA进行别的例化测试了协议的内核，在保障链路误码率达到标准的同时测试链路中所能够达到的最大速率，在测试中表明，不同的协议条件下，通信能力也有较大的差异，在与标准的SDP TS201的系统相比较，采用FPGA核心技术的系统可以提高传输速率4-8倍。
四、结语
综合上述的分析，本文所提出的高性能宽带相控阵雷达的信号处理系统，主要是利用VPX为核心技术，实现传输方式的改变，并利用FPGA和高性能CPU作为系统的处理单元，使其具有高速处理数据的性能，具有了宽带相控雷达所需要的处理能力。并且利用系统兼容性特征可以保证多种宽带条件下的顺利工作。测试结果表明，系统支持超大宽带与超大功率的运行工况，处理恶劣环境下的处理能力也维持在较高水平。
参考文献
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