衛(wèi)星測控多波束系統(tǒng)主要針對衛(wèi)星信號實施測控，它包括兩個方面：信號波達(dá)方向（DOA）的估計和數(shù)字波束合成。

　　波達(dá)方向的估計是對空間信號的方向分布進(jìn)行超分辨估計，提取空間源信號的參數(shù)如方位角、仰角等。

　　數(shù)字波束合成也稱為空域濾波，主要是根據(jù)信號環(huán)境的變化自適應(yīng)地改變各陣元的加權(quán)因子，在期望信號方向形成主波束，在干擾信號方向形成零陷，降低副瓣電平，目的是在增強期望信號的同時最大程度的抑制無用的干擾和噪聲，并提取有用的信號特征以及信號所包含的信息。用于測向和波束合成的算法很多，選擇合適的算法來滿足系統(tǒng)的需求是一個重要方面。另一方面，該系統(tǒng)對實時性有一定的要求，要求在限定時間內(nèi)完成測向和波束合成權(quán)值的計算。

　　本文所介紹的衛(wèi)星測控多波束系統(tǒng)采用ADI公司新近推出的新一代TigerSHARCDSP芯片和FPGA器件相結(jié)合組成信號處理模塊，利用DSP的軟件編程完成測向和波束合成權(quán)值的計算，然后用FPGA器件將原始信號和權(quán)值進(jìn)行波束合成，在系統(tǒng)設(shè)計中我們使用兩片igerSHARCDSP芯片來完成。高性能的DSP芯片保證了數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確及時的處理，也構(gòu)成了該系統(tǒng)的重要組成部分。

　　二、TigerSHARCDSP芯片介紹

　　TigerSHARC101S是AD公司新近推出的高性能定/浮點DSP，具有極高的處理能力，它采用靜態(tài)超標(biāo)量結(jié)構(gòu)，既有超標(biāo)量處理器所具有的大容量指令緩沖池和指令跳轉(zhuǎn)功能，又可以在程序執(zhí)行前就把指令級并行操作用編譯器預(yù)測出來，其主要的性能指標(biāo)為：

　?。?）主頻為250MHz，即單指令周期為4ns；有2個對等的處理單元來支持SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）模式；

　?。?）系統(tǒng)內(nèi)部有3條獨立的128位數(shù)據(jù)總線，分別訪問各自的2Mbit存儲空間；

　?。?）系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)總線為64bit，地址總線32bit，外部尋址空間為4G字；

　?。?）4個8bit的全雙工鏈路口，各自可以獨立工作。在多處理器系統(tǒng)中，鏈路口可作為處理器之間的點到點通信，組成分布式的多處理器系統(tǒng)。14個DMA通道，可用于后臺傳輸；

　?。?）可擴展性強，共享并行總線可支持8個TS101S連在一起用于高速的數(shù)字信號處理。

　　由于測向和波束合成的算法計算量大，系統(tǒng)對信號的處理時間有要求，一片DSP不能完成任務(wù)，本系統(tǒng)充分利用TS101SDSP芯片的并行處理能力，采用多處理器的并行結(jié)構(gòu)來完成信號的處理。？

　　三、算法研究

　　用于測向和波束合成的算法很多，各種算法各有優(yōu)勢，通過對這些算法的模擬和性能比較，最終選擇MUSIC（MultipleSignalCharacteristic）算法來實現(xiàn)測向，用基于線性約束最小二乘恒模算法進(jìn)行波束合成。MUSIC算法的基本原理是根據(jù)天線陣中不同位置的陣元所接收到的空間來波信號的樣本數(shù)據(jù)、天線位置參數(shù)和陣元的特性參數(shù)，應(yīng)用現(xiàn)代譜估計理論和統(tǒng)計學(xué)理論及相應(yīng)的數(shù)學(xué)運算，對來波的空間譜進(jìn)行估計，并分析其能量的分布狀態(tài)，以確定空間來波的方向，也就是從背景噪聲中檢測出空間源信號并估計出信號的參數(shù)如方位角、仰角等，這種測向技術(shù)具有在較強干擾環(huán)境下同時對同信道內(nèi)多個信號的快速、高靈敏度、高精度測向的功能。算法實現(xiàn)流程圖1所示。