基于ADSP-BF533的高度跟蹤系統(tǒng)

如將圖1中的發(fā)射頻率ft和回波頻fr寫成以下表達式：
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上式中的△f、Tm均為已知，因此，本系統(tǒng)只需提取中頻差拍信號頻率fbav，便可估算出炮彈離地面的距離。

2系統(tǒng)功能簡介

高度跟蹤系統(tǒng)是由射頻天線和中頻控制板兩部分組成。本文主要介紹中頻控制板部分，其數(shù)字化信號處理原理圖如圖2所示。
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該系統(tǒng)安裝在運行炮彈上面，先是接收外部收發(fā)控制脈沖觸發(fā)的發(fā)送三角波，然后經(jīng)信號處理器處理為脈內(nèi)調(diào)制信號，再通過射頻模塊將所接收的中頻差拍信號進行放大、采樣、提取頻率，最后估算出距離，若該距離超過門限值，則輸出報警信號，以實現(xiàn)系統(tǒng)的自動報警功能。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計

該系統(tǒng)中的頻控制板部分主要包括電源轉(zhuǎn)換芯片TPS5430和TPS70302、放大器芯片AD2613和兩片AD746、A／D轉(zhuǎn)換芯片AD9223、DSP芯片ADSP-BF533、D／A轉(zhuǎn)換芯片AD9762、以及兩片驅(qū)動芯片74ACT11244。其電路連接如圖3所示。
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該系統(tǒng)的系統(tǒng)電源為±12 V，可以直接供給運放AD746。可通過電源轉(zhuǎn)換芯片TPS5430將+12V電平轉(zhuǎn)換為+5 V電平來滿足A／D轉(zhuǎn)化芯片、D／A轉(zhuǎn)換芯片、驅(qū)動芯片及前前級放大器供電的需要。另外，還可通過TPS70302電源轉(zhuǎn)換芯片將5V電平轉(zhuǎn)換為3.3 V和1.2 V電平來為DSP和FLASH供電。電源轉(zhuǎn)換芯片TPS5430輸出電流上門限為3A，可滿足系統(tǒng)要求。

該系統(tǒng)輸入中頻信號為3～10 mV的微小差頻信號，因此需將它們放大到可滿足A／D轉(zhuǎn)換芯片的輸入電平2Vpp左右，需放大40～60 dB。該系統(tǒng)所采用的AD2613為四級放大器，增益分別為25dB、40dB、25 dB、40dB，其中第一級和第三級采用硬件控制其放大倍數(shù)，可利用三個放大倍數(shù)控制管腳LNP1、LNP2、LNP3，通過不同的相互連通方式，來控制這兩級放大器的放大倍數(shù)。而第二級和第四級則采用軟件控制其放大倍數(shù)的方式，通過三個增益控制管腳MGS1、MGS2、MGS3分別與DSP的PF4、PF5、PF6相連，利用軟件來控制PF4、PF5、PF6，從而使這兩級放大器可以實現(xiàn)8個不同的放大倍數(shù)?？紤]到放大器實際增益的損耗，文中該系統(tǒng)選用其中的第一級、第二級和第四級，而第三級懸空，這樣的放大倍數(shù)(25 dB+40 dB+40 dB=105 dB)可充分滿足系統(tǒng)要求。另外，因為輸入中頻信號幅度太小，很容易被淹沒在噪聲中，因此，放大器每級之間都應(yīng)加入濾波電路，以保證信號的準(zhǔn)確性。

本系統(tǒng)采用的A／D、D／A轉(zhuǎn)換芯片，均為12位高速芯片，可保證系統(tǒng)的實時性和精度。

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理選用Blackfin533，處理器內(nèi)核包括2個16位乘法器，2個40位的累加器，2個40位的ALU，4個視頻ALU和1個40位移位器。處理器內(nèi)核時鐘最高可達600 MHz，片上存儲容量為148 kB。本系統(tǒng)采用10 M的晶振，可將內(nèi)核時鐘倍頻至400 MHz，其系統(tǒng)時鐘為100 MHz。

系統(tǒng)中ADSP-BF533所使用的資源包括2個定時器、DMA控制器、PPI端口和PF端口。系統(tǒng)初始化后，ADSP-BF533首先設(shè)置PLL、倍頻輸入時鐘、產(chǎn)生內(nèi)核時鐘和系統(tǒng)外設(shè)時鐘。然后初始化內(nèi)部總線和各個需要的端口，其中定時器TIMER0為D／A轉(zhuǎn)換芯片AD9762提供工作時鐘，定時器TIMER1為A／D轉(zhuǎn)換芯片AD9223提供工作時鐘。

ADSP-BF533處理器可實現(xiàn)以下功能：

(1)中頻信號放大：通過PF4、PF5、PF6端口來控制AD2613第二級和第四級的放大倍數(shù)。

(2)收發(fā)時間控制：產(chǎn)生收發(fā)開關(guān)控制信號，其寬度為3 ms，重復(fù)周期為80～120 ms隨機變化；
(3)調(diào)制信號產(chǎn)生：通過PPI端口產(chǎn)生三角調(diào)制信號，并將其放大到特定幅度及偏置然后做為脈內(nèi)調(diào)制信號傳送給天線。

(4)測高處理：完成調(diào)頻信號差頻信號的頻譜分析、雜波抑制和輸出測高指示信號。

兩片AD746為運算放大器，一片用來將D／A產(chǎn)生的三角波放大至7 V，一片用來將預(yù)報警開關(guān)信號放大至9 V。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)DSP軟件使用C語言編寫，采用3個中斷來完成系統(tǒng)功能。系統(tǒng)初始化后，由PF2端口響應(yīng)系統(tǒng)發(fā)出的收發(fā)控制信號，觸發(fā)PF2中斷，在PF2的中斷服務(wù)程序EX_INTERRUPT_HAN-DLER(PF2_Isr)中使能PPI端口發(fā)數(shù)，并使能DMA控制3 ms發(fā)數(shù)時間。其中PPI所發(fā)的數(shù)是由MATLAB產(chǎn)生兩個周期的三角波數(shù)據(jù)，并歸一化使之成為0-4096之間的無符號整數(shù)，然后放人提前聲明的緩存sPPI_TxBuffer中。一旦DSP接收到了數(shù)據(jù)就觸發(fā)TIMER1中斷，在TIMER1的中斷服務(wù)程序EX_INTERRUPT_HANDLER(TIMER1_Isr)中將所接收到的數(shù)據(jù)寫入TIMER1_RxBuffer1，當(dāng)接收滿1024個點時，就觸發(fā)軟中斷，然后在軟中斷的中斷服務(wù)程序EX_INTERRUFT_HANDLER(FFT_Isr對該1024個點的數(shù)據(jù)進行FFT運算，估計其頻譜，最后由頻譜估算出距離。若測算出的距離小于200 m，則將PF3至高，信號再經(jīng)放大后，可作為輸出預(yù)報警開關(guān)電平。圖4所示是發(fā)送連續(xù)波時的DSP軟件流程圖。
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5  結(jié)束語

本系統(tǒng)以處理器ADSP-BF533為中心，結(jié)合外部電源轉(zhuǎn)換芯片、放大器芯片、A／D、DSP、驅(qū)動及放大器等外圍電路，來實現(xiàn)調(diào)頻法測距用以跟蹤空中炮彈的飛行軌跡，同時可完成對地面的預(yù)報警功能。本系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)及報告分析準(zhǔn)確，測試精度達±15 m，可應(yīng)用于實際測繪。