基于TMS320C64x的遙感雜波仿真

1 引言
    當(dāng)探測(cè)位于陸地或海面上的目標(biāo)時(shí)，接收的不僅有目標(biāo)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(dá)術(shù)語(yǔ)里被稱為雜波。雜波對(duì)遙感設(shè)備的檢測(cè)性能具有重大影響。利用當(dāng)今迅速發(fā)展的數(shù)字技術(shù)，模擬產(chǎn)生滿足特定分布的雜波，對(duì)于設(shè)備性能評(píng)價(jià)、去噪成像、電子對(duì)抗應(yīng)用均有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。為滿足模擬生成雜波的分布特性以及實(shí)時(shí)性的要求，本文采用TI公司TMS320C64x在獲取所需遙感設(shè)備參數(shù)的條件下實(shí)時(shí)生成滿足特定分布的仿真雜波信號(hào)，與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的雜波信號(hào)比較，兩者基本類似，可以滿足實(shí)時(shí)模擬的要求。

2 雜波模型的建立
    雜波產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，依賴因素眾多，包括雷達(dá)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(fēng)速、風(fēng)向等)，是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。完整描述非常困難，在實(shí)際應(yīng)用中常常突出一部分重點(diǎn)特征。在現(xiàn)今雜波的描述研究中，重點(diǎn)是雜波的幅度分布和相關(guān)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(guān)特性的隨機(jī)序列。目前對(duì)雜波序列的研究主要是以平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程建模進(jìn)行的，在許多情況下，多普勒雷達(dá)在下視狀態(tài)下所接收到的雜波信號(hào)是振幅服從瑞利分布、相位服從均勻分布的隨機(jī)信號(hào)，即其實(shí)部和虛部都滿足高斯分布，由于高斯分布信號(hào)在線性變換后統(tǒng)計(jì)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(shí)間序列。
    本文生成的雜波信號(hào)序列形式如下：

   
3 雜波模擬器設(shè)計(jì)
3.1 TMS320C64x結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    TMS320C64x是TI公司64系列數(shù)字信號(hào)處理器。指令周期最短可達(dá)1.67 ns，時(shí)鐘頻率可達(dá)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(jié)構(gòu)，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(gè)32位通用存儲(chǔ)器和8個(gè)獨(dú)立運(yùn)算單元，包括2個(gè)32位乘法器和6個(gè)使用Veloci TI.2擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的32位算術(shù)邏輯單元(ALU)。TMS320C64x采用Ll/L2兩級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。分別為128 kb LlP程序存儲(chǔ)器和128 kb L1D數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及8 Mb L2可尋址外圍存儲(chǔ)器。片上外圍器件包括3個(gè)多通道串行口(McB-SPs)。1個(gè)可編程主機(jī)控制端口(HPI)。1個(gè)通用輸入/輸出端口(GPIO)，以及2個(gè)外部存儲(chǔ)器接口(EMI-FA64位，EMIFBl6位)。雜波模擬器硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    雜波模擬生成算法所需雷達(dá)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(guò)雜波模擬算法生成仿真雜波的各點(diǎn)參數(shù)。由于TMS320C64x特有的EDMA(加強(qiáng)直接程序?qū)ぶ?結(jié)構(gòu)，后續(xù)設(shè)備參數(shù)不會(huì)對(duì)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(jì)算效率。經(jīng)計(jì)算產(chǎn)生的參數(shù)通過(guò)EMIFA模塊傳入外部存儲(chǔ)設(shè)備，TMS320C64x的EMIFA模塊采用64位并行接口，傳輸速率完全滿足實(shí)時(shí)傳輸要求。
3.2 實(shí)時(shí)處理運(yùn)算量分析
    在本生成算法中，如果所需覆蓋距離單元個(gè)數(shù)為M，若每隔K單元進(jìn)行一次干擾生成(依賴失配實(shí)現(xiàn)全覆蓋)，并將這M個(gè)距離單元近似為M/(NK)個(gè)等比區(qū)間，則計(jì)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(yùn)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(gè)時(shí)鐘周期可以進(jìn)行2次16位乘法和6次32位加法運(yùn)算，每秒時(shí)鐘頻率可達(dá)600MHz，可以滿足實(shí)時(shí)運(yùn)算要求。

4 雜波模擬算法實(shí)現(xiàn)
    TMS320C64x采用與C62x完全兼容的軟件與平臺(tái)，具有極強(qiáng)的可移植性，并且使用加強(qiáng)的Veloci TI.2指令結(jié)構(gòu)，使對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的編譯效率大大增強(qiáng)，更便于開(kāi)發(fā)和調(diào)試。雜波生成算法框圖如圖2所示。

5 仿真結(jié)果及比較
    為考察系統(tǒng)性能，假設(shè)發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)初始頻率10 GHz、脈沖寬度5 μs、脈沖重復(fù)周期10 μs、調(diào)制斜率1x1013 Hz/s，則基帶信號(hào)的帶寬為50 MHz，時(shí)延分辨率20 ns。
    仿真生成的雜波時(shí)域信號(hào)與經(jīng)驗(yàn)信號(hào)時(shí)域圖像比較如圖3所示。仿真生成雜波信號(hào)頻譜與經(jīng)驗(yàn)信號(hào)頻譜比較如圖4所示。

6 結(jié)束語(yǔ)
    雜波仿真是回波仿真系統(tǒng)的一部分，在設(shè)備測(cè)評(píng)、去噪成像、電子對(duì)抗等相關(guān)領(lǐng)域均有較強(qiáng)實(shí)用性。使用TMS320C64x仿真雜波信號(hào)，在一定帶寬條件下可實(shí)時(shí)生成滿足一定幅度分布同時(shí)具有一定相關(guān)特性的雜波信號(hào)，與經(jīng)驗(yàn)信號(hào)具有較強(qiáng)相關(guān)性。