基于TMS320C64x的遥感杂波仿真

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摘要：遥感杂波的模拟广泛应用于遥感成像、电子对抗等相关领域。文章使用TMS320C64x DSP处理器根据实时侦察获取的遥感参数进行实时杂波信号的仿真生成，与理论数据比较有较大相关性。
关键词：杂波；DSP；TMS320C64x

1 引言
??? 当探测位于陆地或海面上的目标时，接收的不仅有目标的回波，而且叠加有不需要的被照射区域的回波，这部分回波在雷达术语里被称为杂波。杂波对遥感设备的检测性能具有重大影响。利用当今迅速发展的数字技术，模拟产生满足特定分布的杂波，对于设备性能评价、去噪成像、电子对抗应用均有很强的实用价值。为满足模拟生成杂波的分布特性以及实时性的要求，本文采用TI公司TMS320C64x在获取所需遥感设备参数的条件下实时生成满足特定分布的仿真杂波信号，与经验总结的杂波信号比较，两者基本类似，可以满足实时模拟的要求。

2 杂波模型的建立
??? 杂波产生机理复杂，依赖因素众多，包括雷达本身的工作状况(入射角、发射频率、极化、分辨率等等)以及背景状况(如地面植被状况、地面粗糙度、海况、风速、风向等)，是一个随机过程。完整描述非常困难，在实际应用中常常突出一部分重点特征。在现今杂波的描述研究中，重点是杂波的幅度分布和相关特性(或谱)。
??? 杂波仿真，就是使用一种快速算法产生既满足一定幅度分布，又满足一定相关特性的随机序列。目前对杂波序列的研究主要是以平稳的随机过程建模进行的，在许多情况下，多普勒雷达在下视状态下所接收到的杂波信号是振幅服从瑞利分布、相位服从均匀分布的随机信号，即其实部和虚部都满足高斯分布，由于高斯分布信号在线性变换后统计特性保持不变，因此可以产生具有特定功率谱、幅度符合瑞利分布、相位在[O，2π]区间均匀分布的杂波时间序列。
??? 本文生成的杂波信号序列形式如下：
???


3 杂波模拟器设计
3.1 TMS320C64x结构特点
??? TMS320C64x是TI公司64系列数字信号处理器。指令周期最短可达1.67 ns，时钟频率可达600MHz，与62系列软件兼容，并与同系列的6415和6416采用相同的引脚结构，每秒最高可执行4800 M条指令(MI/s)。
??? TMS320C64x中央处理器拥有64个32位通用存储器和8个独立运算单元，包括2个32位乘法器和6个使用Veloci TI.2扩展结构的32位算术逻辑单元(ALU)。TMS320C64x采用Ll/L2两级存储器结构。分别为128 kb LlP程序存储器和128 kb L1D数据存储器以及8 Mb L2可寻址外围存储器。片上外围器件包括3个多通道串行口(Mcb-SPs)。1个可编程主机控制端口(HPI)。1个通用输入/输出端口(GPIO)，以及2个外部存储器接口(EMI-FA64位，EMIFbl6位)。杂波模拟器硬件结构如图1所示。



??? 杂波模拟生成算法所需雷达参数由McbSPs口传入TMS320C6414的中央处理模块，中央处理模块根据该参数通过杂波模拟算法生成仿真杂波的各点参数。由于TMS320C64x特有的EDMA(加强直接程序寻址)结构，后续设备参数不会对中央处理器模块的杂波生成算法产生中断，大大提高了计算效率。经计算产生的参数通过EMIFA模块传入外部存储设备，TMS320C64x的EMIFA模块采用64位并行接口，传输速率完全满足实时传输要求。
3.2 实时处理运算量分析
??? 在本生成算法中，如果所需覆盖距离单元个数为M，若每隔K单元进行一次干扰生成(依赖失配实现全覆盖)，并将这M个距离单元近似为M/(NK)个等比区间，则计算量(以最多覆盖单元考虑)大约为2×(15M/(NK)+2)次乘法，2x(11M/(NK)+1)次加法。其他脉冲数据的运算量则可以近似为1次乘法。若20μs脉宽、20μs覆盖、100 MHz带宽，K=10，N=500，则需10次乘法，8次加法。TMS320C6414每个时钟周期可以进行2次16位乘法和6次32位加法运算，每秒时钟频率可达600MHz，可以满足实时运算要求。

4 杂波模拟算法实现
??? TMS320C64x采用与C62x完全兼容的软件与平台，具有极强的可移植性，并且使用加强的Veloci TI.2指令结构，使对高级语言的编译效率大大增强，更便于开发和调试。杂波生成算法框图如图2所示。



5 仿真结果及比较
??? 为考察系统性能，假设发射机发射信号初始频率10 GHz、脉冲宽度5 μs、脉冲重复周期10 μs、调制斜率1x1013 Hz/s，则基带信号的带宽为50 MHz，时延分辨率20 ns。
??? 仿真生成的杂波时域信号与经验信号时域图像比较如图3所示。仿真生成杂波信号频谱与经验信号频谱比较如图4所示。



6 结束语
??? 杂波仿真是回波仿真系统的一部分，在设备测评、去噪成像、电子对抗等相关领域均有较强实用性。使用TMS320C64x仿真杂波信号，在一定带宽条件下可实时生成满足一定幅度分布同时具有一定相关特性的杂波信号，与经验信号具有较强相关性。