UOSDR数字中频处理器的性能特点

如前所述，数字中频处理是整个雷达系统中的核心部件之一。它的性能直接影响到整个雷达接收机的性能。因为它是连接中频信号（甚至射频，当直接射频采样时）与基带解调信号之间的桥梁，所以与A/D合在一起，我们也把它们叫作数字前端。

与模拟前端对应的，它同样具有灵敏度、动态范围等性能指标。因为是数字处理，当然也包括频率分辨率、带宽等相关指标。

在定点DSP、FPGA等进行定点处理的数字逻辑中，因为处理器的运算操作字长是有限的，从而导致许多数字处理算法在Matlab浮点仿真的情况与实际定点工作的情况相差甚远，其主要原因是算法中的乘加积运算使结果饱和，产生了数据截断，乘加运算次数或级数越多，数据溢出的可能性也大，从而误差也就越大。同样数字前端的数据输出位数也限制了数据表示范围。

针对这些问题，我们对数字前端进行了灵敏度、动态范围、双音信号、大信号阻塞等测试。这些指标与采用的雷达体制、后续数字处理方法有密切关系。但是，为了得到UOSDR数字接收机的实际性能，这里我们使用实验室成熟的信号处理流程，对其进行度量。

4．6．5．1　灵敏度测试

数字前端的灵敏度与A/D的分层电平息息相关。采用信号源直接输入不同幅度的90．00025MHz信号给数字前端，经过正交数字下变频后，进行距离分辨和多普勒分辨。通过距离和多普勒的分辨来判定数字前端的灵敏度。

图4－28　输入为－10dBm的距离谱

图4－29　输入为－40dBm的距离谱

图4－30　输入为－80dBm的距离谱

图4－31　输入为－90dBm的距离谱

图4－32　输入为－100dBm的距离谱

图4－33　输入为0dBm的距离谱

从图4－26到图4－33可以看出，当中频数据在－20～－90dBm时，距离谱的信噪比都大于10dB。而当输入为－100dBm时，输入信号在距离谱上已无法分辨，如图4－32所示。同样当输入为0dBm时，由图4－33可知，数字前端溢出，出现非线性失真。

4．6．5．2　双音测试(www.xing528.com)

输入不同频率的两个相同幅度的中频信号。

图4－34　频差为1kHz的两个等幅信号的距离谱，幅度为－40dBm

图4－35　频差为250Hz的两个等幅信号的距离谱，幅度为－40dBm

图4－36　频差为3．25kHz的两个等幅信号的距离谱，幅度为－80dBm

图4－34到图4－36给出了不同等幅、不同频差的双音信号的距离谱。

4．6．5．3　数字中频处理器的动态范围

在雷达接收机中，由于近处回波与远处回波同时到达，近处的强回波使整个输入功率增大，经过数字前端的增益，可能导致远处的微弱回波淹没在近处强回波的噪声中而无法分别。我们定义小信号可分辨的前提下，最小与最大信号的强度差为数字前端的动态范围。

我们在测试时，选择了不同幅度的两个等频差的信号作为信号输入，测试结果如图4－37到图4－40。

图4－37　幅度差为20dB时的距离谱，小信号幅度为－80dBm

图4－38　幅度差为40dB时的距离谱，小信号幅度为－80dBm

图4－39　幅度差为50dB时的距离谱，小信号幅度为－80dBm

图4－40　幅度差为20dB时的距离谱，小信号幅度为－90dBm

从图4－37到图4－40可以看出，随着幅度差的不断增大，信号的距离谱上的小信号逐渐被大信号的噪声淹没了。于是可得，UOSDR的数字中频处理器的动态范围大于40dB。但当输入小信号幅度接近数字前端的灵敏度时，同样小信号很容易被其他信号淹没，所以建议输入信号应该控制在－80～－10dBm之间。