基于TMS320C64x的遙感雜波仿真

1 引言
    當探測位于陸地或海面上的目標時，接收的不僅有目標的回波，而且疊加有不需要的被照射區(qū)域的回波，這部分回波在雷達術語里被稱為雜波。雜波對遙感設備的檢測性能具有重大影響。利用當今迅速發(fā)展的數(shù)字技術，模擬產(chǎn)生滿足特定分布的雜波，對于設備性能評價、去噪成像、電子對抗應用均有很強的實用價值。為滿足模擬生成雜波的分布特性以及實時性的要求，本文采用TI公司TMS320C64x在獲取所需遙感設備參數(shù)的條件下實時生成滿足特定分布的仿真雜波信號，與經(jīng)驗總結的雜波信號比較，兩者基本類似，可以滿足實時模擬的要求。

2 雜波模型的建立
    雜波產(chǎn)生機理復雜，依賴因素眾多，包括雷達本身的工作狀況(入射角、發(fā)射頻率、極化、分辨率等等)以及背景狀況(如地面植被狀況、地面粗糙度、海況、風速、風向等)，是一個隨機過程。完整描述非常困難，在實際應用中常常突出一部分重點特征。在現(xiàn)今雜波的描述研究中，重點是雜波的幅度分布和相關特性(或譜)。
    雜波仿真，就是使用一種快速算法產(chǎn)生既滿足一定幅度分布，又滿足一定相關特性的隨機序列。目前對雜波序列的研究主要是以平穩(wěn)的隨機過程建模進行的，在許多情況下，多普勒雷達在下視狀態(tài)下所接收到的雜波信號是振幅服從瑞利分布、相位服從均勻分布的隨機信號，即其實部和虛部都滿足高斯分布，由于高斯分布信號在線性變換后統(tǒng)計特性保持不變，因此可以產(chǎn)生具有特定功率譜、幅度符合瑞利分布、相位在[O，2π]區(qū)間均勻分布的雜波時間序列。
    本文生成的雜波信號序列形式如下：

   
3 雜波模擬器設計
3.1 TMS320C64x結構特點
    TMS320C64x是TI公司64系列數(shù)字信號處理器。指令周期最短可達1.67 ns，時鐘頻率可達600MHz，與62系列軟件兼容，并與同系列的6415和6416采用相同的引腳結構，每秒最高可執(zhí)行4800 M條指令(MI/s)。
    TMS320C64x中央處理器擁有64個32位通用存儲器和8個獨立運算單元，包括2個32位乘法器和6個使用Veloci TI.2擴展結構的32位算術邏輯單元(ALU)。TMS320C64x采用Ll/L2兩級存儲器結構。分別為128 kb LlP程序存儲器和128 kb L1D數(shù)據(jù)存儲器以及8 Mb L2可尋址外圍存儲器。片上外圍器件包括3個多通道串行口(McB-SPs)。1個可編程主機控制端口(HPI)。1個通用輸入/輸出端口(GPIO)，以及2個外部存儲器接口(EMI-FA64位，EMIFBl6位)。雜波模擬器硬件結構如圖1所示。

    雜波模擬生成算法所需雷達參數(shù)由McBSPs口傳入TMS320C6414的中央處理模塊，中央處理模塊根據(jù)該參數(shù)通過雜波模擬算法生成仿真雜波的各點參數(shù)。由于TMS320C64x特有的EDMA(加強直接程序?qū)ぶ?結構，后續(xù)設備參數(shù)不會對中央處理器模塊的雜波生成算法產(chǎn)生中斷，大大提高了計算效率。經(jīng)計算產(chǎn)生的參數(shù)通過EMIFA模塊傳入外部存儲設備，TMS320C64x的EMIFA模塊采用64位并行接口，傳輸速率完全滿足實時傳輸要求。
3.2 實時處理運算量分析
    在本生成算法中，如果所需覆蓋距離單元個數(shù)為M，若每隔K單元進行一次干擾生成(依賴失配實現(xiàn)全覆蓋)，并將這M個距離單元近似為M/(NK)個等比區(qū)間，則計算量(以最多覆蓋單元考慮)大約為2×(15M/(NK)+2)次乘法，2x(11M/(NK)+1)次加法。其他脈沖數(shù)據(jù)的運算量則可以近似為1次乘法。若20μs脈寬、20μs覆蓋、100 MHz帶寬，K=10，N=500，則需10次乘法，8次加法。TMS320C6414每個時鐘周期可以進行2次16位乘法和6次32位加法運算，每秒時鐘頻率可達600MHz，可以滿足實時運算要求。

4 雜波模擬算法實現(xiàn)
    TMS320C64x采用與C62x完全兼容的軟件與平臺，具有極強的可移植性，并且使用加強的Veloci TI.2指令結構，使對高級語言的編譯效率大大增強，更便于開發(fā)和調(diào)試。雜波生成算法框圖如圖2所示。

5 仿真結果及比較
    為考察系統(tǒng)性能，假設發(fā)射機發(fā)射信號初始頻率10 GHz、脈沖寬度5 μs、脈沖重復周期10 μs、調(diào)制斜率1x1013 Hz/s，則基帶信號的帶寬為50 MHz，時延分辨率20 ns。
    仿真生成的雜波時域信號與經(jīng)驗信號時域圖像比較如圖3所示。仿真生成雜波信號頻譜與經(jīng)驗信號頻譜比較如圖4所示。

6 結束語
    雜波仿真是回波仿真系統(tǒng)的一部分，在設備測評、去噪成像、電子對抗等相關領域均有較強實用性。使用TMS320C64x仿真雜波信號，在一定帶寬條件下可實時生成滿足一定幅度分布同時具有一定相關特性的雜波信號，與經(jīng)驗信號具有較強相關性。