基于TMS320C64x的遙感雜波仿真
關(guān)鍵詞:雜波;DSP;TMS320C64x
1 引言
當(dāng)探測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)語里被稱為雜波。雜波對遙感設(shè)備的檢測性能具有重大影響。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,對于設(shè)備性能評價(jià)、去噪成像、電子對抗應(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,與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的雜波信號比較,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。目前對雜波序列的研究主要是以平穩(wěn)的隨機(jī)過程建模進(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是振幅服從瑞利分布、相位服從均勻分布的隨機(jī)信號,即其實(shí)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(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/L2兩級存儲器結(jié)構(gòu)。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(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(jì)算效率。經(jīng)計(jì)算產(chǎn)生的參數(shù)通過EMIFA模塊傳入外部存儲設(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,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),使對高級語言的編譯效率大大增強(qiáng),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(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)域信號與經(jīng)驗(yàn)信號時(shí)域圖像比較如圖3所示。仿真生成雜波信號頻譜與經(jīng)驗(yàn)信號頻譜比較如圖4所示。
6 結(jié)束語
雜波仿真是回波仿真系統(tǒng)的一部分,在設(shè)備測評、去噪成像、電子對抗等相關(guān)領(lǐng)域均有較強(qiáng)實(shí)用性。使用TMS320C64x仿真雜波信號,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,與經(jīng)驗(yàn)信號具有較強(qiáng)相關(guān)性。