单片机与单片机与DSP中的中的DSP在卫星测控多波束系统中的应用在卫星测控多波束系统中的应用
一、引言 卫星测控多波束系统主要针对卫星信号实施测控，它包括两个方面：信号波达方向(DOA)的
估计和数字波束合成。波达方向的估计是对空间信号的方向分布进行超分辨估计，提取空间源信号的参数如方
位角、仰角等。数字波束合成也称为空域滤波，主要是根据信号环境的变化自适应地改变各阵元的加权因子，
在期望信号方向形成主波束，在干扰信号方向形成零陷，降低副瓣电平, 目的是在增强期望信号的同时最大程度
的抑制无用的干扰和噪声，并提取有用的信号特征以及信号所包含的信息。用于测向和波束合成的算法很多，
选择合适的算法来满足系统的需求是一个重要方面。另一方面，该系统对实时性有一定的要求，要求在限定时
间
一、引言
卫星测控多波束系统主要针对卫星信号实施测控，它包括两个方面：信号波达方向(DOA)的估计和数字波束合成。波达方
向的估计是对空间信号的方向分布进行超分辨估计，提取空间源信号的参数如方位角、仰角等。数字波束合成也称为空域滤
波，主要是根据信号环境的变化自适应地改变各阵元的加权因子，在期望信号方向形成主波束，在干扰信号方向形成零陷，降
低副瓣电平, 目的是在增强期望信号的同时最大程度的抑制无用的干扰和噪声，并提取有用的信号特征以及信号所包含的信
息。用于测向和波束合成的算法很多，选择合适的算法来满足系统的需求是一个重要方面。另一方面，该系统对实时性有一定
的要求，要求在限定时间内完成测向和波束合成权值的计算。
本文所介绍的卫星测控多波束系统采用ADI公司新近推出的新一代TigerSHARC DSP芯片和FPGA器件相结合组成信号处
理模块，利用DSP的软件编程 完成测向和波束合成权值的计算，然后用FPGA器件将原始信号和权值进行波束合成，在系统
设计中我们使用两片TigerSHARC DSP 芯片来完成。高性能的DSP芯片保证了数据能够准确及时的处理，也构成了该系统的
重要组成部分。
二、二、TigerSHARC DSP芯片介绍芯片介绍
TigerSHARC101S 是AD公司新近推出的高性能定/浮点DSP，具有极高的处理能力，它采用静态超标量结构，既有超标量
处理器所具有的大容量指令缓冲池和指令跳转功能，又可以在程序执行前就把指令级并行操作用编译器预测出来，其主要的性
能指标为：
(1)主频为250 MHz，即单指令周期为4 ns；有2个对等的处理单元来支持SIMD（单指令多数据）模式；
(2)系统内部有3条独立的128位数据总线，分别访问各自的2 Mbit存储空间；
(3)系统外部数据总线为64 bit，地址总线32 bit，外部寻址空间为4G字；
(4)4个8 bit的全双工链路口，各自可以独立工作。在多处理器系统中，链路口可作为处理器之间的点到点通信，组成分布
式的多处理器系统。14个DMA通道，可用于后台传输；
(5)可扩展性强，共享并行总线可支持8个TS101S连在一起用于高速的数字信号处理。
由于测向和波束合成的算法计算量大，系统对信号的处理时间有要求，一片DSP不能完成任务，本系统充分利用TS101S
DSP芯片的并行处理能力，采用多处理器的并行结构来完成信号的处理。
三、算法研究三、算法研究
用于测向和波束合成的算法很多，各种算法各有优势，通过对这些算法的模拟和性能比较，最终选择MUSIC(Multiple
Signal Characteristic)算法来实现测向，用基于线性约束最小二乘恒模算法进行波束合成。MUSIC算法的基本原理是根据天线
阵中不同位置的阵元所接收到的空间来波信号的样本数据、天线位置参数和阵元的特性参数，应用现代谱估计理论和统计学理
论及相应的数学运算，对来波的空间谱进行估计，并分析其能量的分布状态，以确定空间来波的方向，也就是从背景噪声中检
测出空间源信号并估计出信号的参数如方位角、仰角等，这种测向技术具有在较强干扰环境下同时对同信道内多个信号的快
速、高灵敏度、高精度测向的功能。算法实现流程图1所示。
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