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(shí)，接收的不僅有目標的回波，而且疊加有不需要的被照射區域的回波，這部分回波在雷達術(shù)語(yǔ)里被稱(chēng)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)展的數字技術(shù)，模擬產(chǎn)生滿(mǎn)足特定分布的雜波，對于設備性能評價(jià)、去噪成像、電子對抗應用均有很強的實(shí)用價(jià)值。為滿(mǎn)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在獲取所需遙感設備參數的條件下實(shí)時(shí)生成滿(mǎn)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(lèi)似，可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)模擬的要求。

　　2 雜波模型的建立

　　雜波產(chǎn)生機理復雜，依賴(lài)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(fēng)速、風(fēng)向等)，是一個(gè)隨機過(guò)程。完整描述非常困難，在實(shí)際應用中常常突出一部分重點(diǎn)特征。在現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(mǎn)足一定幅度分布，又滿(mǎn)足一定相關(guān)特性的隨機序列。目前對雜波序列的研究主要是以平穩的隨機過(guò)程建模進(jìn)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(shí)部和虛部都滿(mǎn)足高斯分布，由于高斯分布信號在線(xiàn)性變換后統計特性保持不變，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 雜波模擬器設計

　　3.1 TMS320C64x結構特點(diǎn)

　　TMS320C64x是TI公司64系列數字信號處理器。指令周期最短可達1.67 ns，時(shí)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)獨立運算單元，包括2個(gè)32位乘法器和6個(gè)使用Veloci TI.2擴展結構的32位算術(shù)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數據存儲器以及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)。雜波模擬器硬件結構如圖1所示。

　　雜波模擬生成算法所需雷達參數由McBSPs口傳入TMS320C6414的中央處理模塊，中央處理模塊根據該參數通過(guò)雜波模擬算法生成仿真雜波的各點(diǎn)參數。由于TMS320C64x特有的EDMA(加強直接程序尋址)結構，后續設備參數不會(huì )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)生的參數通過(guò)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(mǎn)足實(shí)時(shí)傳輸要求。

　　3.2 實(shí)時(shí)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(gè)數為M，若每隔K單元進(jìn)行一次干擾生成(依賴(lài)失配實(shí)現全覆蓋)，并將這M個(gè)距離單元近似為M/(NK)個(gè)等比區間，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。其他脈沖數據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(gè)時(shí)鐘周期可以進(jìn)行2次16位乘法和6次32位加法運算，每秒時(shí)鐘頻率可達600MHz，可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)運算要求。

　　4 雜波模擬算法實(shí)現

　　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(yǔ)言的編譯效率大大增強，更便于開(kāi)發(fā)和調試。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)驗信號頻譜比較如圖4所示。

　　6 結束語(yǔ)

　　雜波仿真是回波仿真系統的一部分，在設備測評、去噪成像、電子對抗等相關(guān)領(lǐng)域均有較強實(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(mǎn)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)驗信號具有較強相關(guān)性。