基于DSP的并行信號處理系統(tǒng)設(shè)計方案

　　4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　首先估計一下單元平均恒虛警檢測的運算量：整個距離（最大120 km,7 MHz采樣率）數(shù)據(jù)量為5.6 k個復數(shù)，1片ADSP2106X處理需要的時間大約是3.6 ms,由于相干處理周期為1 ms,因而我們在距離上分成4段，分別用4片ADSP2106X處理，這樣還有0.1 ms的空閑時間。這里為了每片DSP處理數(shù)據(jù)方便，需要每段處理相互獨立，因此段間要有重疊，以保證每一段CFAR的左右單元平均可以獨立進行。

　?。?）對于恒虛警檢測的處理來說，只有2種工作方式：MTI和MTD,分別對應單元平均恒虛警檢測和二維恒虛警檢測。

　?。?）系統(tǒng)內(nèi)各部分均采用數(shù)據(jù)流方式驅(qū)動，數(shù)據(jù)包的格式為：先是4個字的模式控制字，然后是實際數(shù)據(jù)。每一種工作方式及相應參數(shù)由每一數(shù)據(jù)包前面的模式控制字給出，對應于模式控制字中的工作方式及參數(shù)等各共用部分，我們在所有運算單元中對其進行解釋，以便轉(zhuǎn)入相應的子程序。

　　（3）系統(tǒng)初始化方式有兩種，一種是EPROM加載方式，此方式有利于在整個系統(tǒng)調(diào)試或固定雷達工作方式后，脫開計算機進行。另一種加載方式就是通過計算機接口以Link口加載方式進行加載。為了使用時調(diào)整雷達信號處理方式，采用計算機加載方式。

　　4.1 系統(tǒng)硬件

　　根據(jù)運算量和恒虛警檢測所需的存儲量，估計出設(shè)備量為5片DSP,如圖4所示。

　　由于雷達信號處理流水進行的特點，可以按處理流程將整個系統(tǒng)劃分成若干功能塊，所以擬采用分布式并行處理系統(tǒng)。分布式并行處理系統(tǒng)由標準的并行子模塊構(gòu)成，恒虛警檢測子模塊由4個單元構(gòu)成，M/N檢測匯總子模塊為1個單元，并行子模塊之間由高速通信口相連，每對通信口間數(shù)據(jù)傳輸速率可達40 Mb/s.所有DSP都有通信口通過電路板插座連接到外部，利用數(shù)據(jù)流格式和相應的軟件配置在鄰近電路板間建立數(shù)據(jù)通路，這樣減少了電路板間信號耦合。

　　4.2軟件處理及實現(xiàn)分析

　　程序部分完成：CFAR、幅相計算、M/N檢測等功能，需要5片DSP.

　　整個距離分4段，分別在4片DSP中進行CFAR、幅相計算等處理。段間有重疊，以保證每一段CFAR的左右單元平均可以獨立進行。最后將4段的結(jié)果在下一片DSP進行合并、M/N檢測，把目標信息后送。

　?。?）CFAR,幅相計算

　　雜波圖恒虛警檢測的主要功能是利用相應方位的雜波圖輸出作為門限，對零號濾波器各距離單元進行檢測。其他濾波器輸出采用單元平均CFAR處理方法對每個距離單元進行檢測，同一個距離門的N-1個多卜勒通道檢測結(jié)果選大作為CFAR檢測結(jié)果，并與雜波圖檢測輸出經(jīng)或門后作為最終檢測結(jié)果。檢測結(jié)果有目標輸出時，保留其幅值、相位信息。

　　程序流程分別從LINKX接收各自段的數(shù)據(jù)，先對數(shù)據(jù)作CFAR處理，檢測到目標后，保存對應距離/多普勒單元信息，等到所有數(shù)據(jù)都處理完后，把結(jié)果通過LINKX送往下一級，主程序流程如圖5所示。

　　其中IRQ0是相干處理周期的起始信號，模式字的有效性通過校驗碼實現(xiàn)，高速通信口LINKX工作在DMA方式。

　　輸入與輸出的數(shù)據(jù)格式輸入數(shù)據(jù)先是4個字的模式，接著是實、虛部交替的復數(shù)，個數(shù)同模式有關(guān)，每個復數(shù)對應一個距離/多普勒單元。CFAR檢測結(jié)果格式，先是以4個字的模式，逐個字地檢測到目標的個數(shù)，接著是各目標單元信息。

　　由于這一級在最不利的32點FFT情況下存儲量大約為90 k個復數(shù)，所以DSP芯片選取了內(nèi)存較大的ADSP21060.

　　（2）匯總與M/N檢測

　　這一級的匯總?cè)蝿帐前?段的CFAR檢測結(jié)果合并到一起，只要把各段中各個目標單元依據(jù)距離門的位置加以修整，然后搬到另一處緩沖區(qū)即可。這時目標信息排列的順序是按距離門號依次遞增的，先搬整個距離段上距離門號最小的第1段，再搬第2,3,4段。

　　M/N檢測在相干處理周期間進行，其準則是相鄰3個相干處理周期內(nèi)至少有2次在同一個距離門上檢測到目標，確認為相對應距離單元上有目標輸出，這時保留相應單元上最新的幅值作為檢測結(jié)果。

　　程序流程如圖6所示。分別從LINK2,LINK3,LINK1,LINK5接收4個距離段上的檢測結(jié)果，把4段的結(jié)果合并在一起，形成整個距離段完整的結(jié)果。然后和以前2次檢測的結(jié)果進行M/N檢測，最后把M/N檢測的結(jié)果通過LINK0發(fā)往接口板。

　　四段的輸入數(shù)據(jù)格式相同先是4個字的模式，逐個字地檢測到目標的個數(shù)，接著是各目標單元信息。存儲量不大，選取了內(nèi)存較小的ADSP21062.

　　4.3 運算量、內(nèi)存、通訊資源占用情況

　　在CFAR檢測中，包括零多卜勒通道各距離門利用相應波位的雜波圖作為門限進行檢測，剩余濾波器在距離上的單元平均恒虛警檢測。其運算量主要集中在單元平均恒虛警中，這里除了第1個距離單元兩端各項需經(jīng)L個數(shù)據(jù)平均外，在第2個距離門后的其余距離單元檢測時，前后各L個數(shù)平均只需加上1個新移進的值，減去移出的值即可，這樣對每個距離門檢測來說只需約8條指令。匯總部分運算量不大。由于匯總要處理前一級眾多DSP芯片數(shù)據(jù)，因此此處數(shù)據(jù)通信充分利用互連網(wǎng)絡(luò)的各通訊支路進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，其前一級運算部分在緩存及時間上要給此部分留有一定余量。

　　CFAR一級在32點MTD模式下存儲壓力較大，因此采取了以下措施：輸入/輸出以及中間結(jié)果都是短字定點格式，在開始CFAR檢測前要先轉(zhuǎn)換成長字的浮點格式進行各種運算，最后把CFAR結(jié)果經(jīng)過定浮點轉(zhuǎn)換作為16 B定點格式保存下來，其余部分的運算也需要先把CFAR結(jié)果轉(zhuǎn)換成32 B浮點格式，不過是在所調(diào)用的子程序內(nèi)部完成的。作為運算的中間結(jié)果，目標單元幅值的存儲使用了循環(huán)尋址方式，因為一批數(shù)據(jù)在一邊被進行處理的同時一邊會被新來的數(shù)據(jù)覆蓋掉，這一過程是以距離門的順序進行的，而CFAR檢測也是沿著距離門滑動的，在對第18號距離門檢測時，第0號距離門的數(shù)據(jù)就沒有任何用途了，這樣就可以把第18號距離門的幅值存到第0號距離門的位置。同樣地第19號距離門的幅值也可以存到第1號距離門的位置，從而構(gòu)成了循環(huán)尋址存儲方式。其他一些中間結(jié)果也采用了這種存儲方式，有效地節(jié)省了內(nèi)存資源。

　　CFAR一級包括單元平均恒虛警檢測和幅相計算2部分，運算量主要集中在前一部分，占90%左右，到后面的數(shù)據(jù)量已經(jīng)大大減少了。匯總一級的運算量主要集中在M/N檢測部分，但總的運算量不大。

　　5 結(jié)語

　　本文討論了一種恒虛警檢測的并行處理系統(tǒng)的設(shè)計，選取通用并行DSP作為核心處理單元，通過高速數(shù)據(jù)通信口構(gòu)成了松耦合的分布式并行系統(tǒng)，在處理單元數(shù)目較多的情況下獲得了很高的性能。結(jié)合雷達信號處理的特點對任務進行分配，運用數(shù)據(jù)流驅(qū)動方式增強了信號處理系統(tǒng)的通用性和易維護性，整個系統(tǒng)具有良好的可編程、可擴展和升級能力。