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1、·34·现代引信1997年第4期实时数字信号处理系统在引信中应用技术研究宋寿鹏李世中吉小军(太原市华北工学院14教研室030051)摘要从实时数字信号处理(DSP)技术近10年来在国际、国内发展情况入手,分析了其硬件结构特点和软件开发环境,并针对引信系统所面临的环境信息越来越复杂,信息需求量越来越多,实时性越来越突出的特点,提出在引信领域中广泛使用DSP,进行信号采集与处理,并针对目标声信号进行了采集与处理系统设计和试验。关键词DSP引信实时性分类号TJ43TN911.720前言随着科学技术的发展,引信系统智能化已成为当务之急,各国竞相投入大量人力、财力
2、进行技术研究和应用研究,取得了令人满意的效果。要想实现智能化,必须增加引信系统的信息获取量,提高可使用信息的质量。这就要求采用尽可能多的传感器,以获得环境或目标尽可能多的原始信息,同时对多种原始信息的处理技术是实现智能控制的关键,引信系统不同于其它的系统,它从发射到作用所需时间很短,而且又是一次性使用,作用成功率要求很高,在这短时间内完成探测、处理、控制全过程,处理的实时性要求就显得尤为迫切。再者,引信系统环境与目标特征信息的获取,也要进行大量的数据处理工作。近年来,随着集成电路技术的发展,各种新型的大规模与超大规模集成电路的不断涌现。特别是和计算机技术
3、结合在一起,出现了许多功能强大的数字信息处理系统。本文主要讨论美国T1公司的TMS320DSP系统,它是基于超大规模集成电路技术和计算机技术发展起来的,适合于作数字信号处理的高速高位单片计算机。它们体积小、功能强、功耗小、产品一致性好,使用方便,性能/价格比很高。特别是它的实时性能,使得该系统的研究与发展空前活跃起来。1DSP发展动向DSP从诞生到今天,已走过了20多年的历程。在这期间,单片DSP已更新五代,有近30家厂商,推出近百种型号的产品,其产品各有千秋,发展速度是惊人的。具有代表性的有美国TI公司的TMS320系列、英国INMOS公司的Trans
4、puter系列,NEC公司的uPD7720、富士通公司的MB8764、AnologDevices的ADSP系列,AT&T公司的DSP32、Motorola公司的DSP芯片等。目前,TI公司的TMS320系列已占据了我国市场,成为我国信号处理高科技领域的主导芯片。我们知道,数字信号处理系统的实时性在相当长的时间内远不如模拟信号处理系统。这使得数字信号处理的应用受到限制。为了进一步提高运算速度,以满足实时数字信号处理算法的要求,当前DSP都采用了与通用微机不同的结构,即放弃了冯·诺依曼结构,而采用了哈佛结宋寿鹏等:实时数字信号处理系统在引信中应用技术研究·3
5、5·构,它是将程序指令与数据的存贮空间分开,各有自己的地址与数据总线,这就使得处理指令和数据可以同时进行,从而大大提高了处理效率。随着DSP性能的不断改善,它的应用范围也在不断扩大,几乎遍及电子学的各个领域。比如通用数字信号处理、通信、声音/语音信号处理、图形/图像信号处理、控制、仪器、医学、军事、计算机及消费电子等多个领域。目前DSP在功能上主要有以下特点:a.运算速度快普遍微机的指令周期在几百毫微秒以上,而DSP的指令周期在近10年来提高了几个数量级。TMS32010的最大指令周期为400ns;TMS320C30为60ns;相当于每秒一千六百万条指令
6、;TMS320C40为40ns;TMS320C50为35ns,运算速度越来越快,完成1024点复数FFT仅需1ms左右。b.运算精度高尽管定点DSP在应用中取得了极大的成功,但随着所处理数据速度和精度的提高,定点DSP很容易发生溢出。定点DSP的字长每增加1bit动态范围扩大6dB,16bits字长的动态范围为96dB。浮点DSP的出现,大大提高了其动态范围,32bits浮点运算DSP的动态范围可作到1536dB,而且大大节省了硬件开销。c.片内外存贮器容量不断增大片内外存贮器容量的大小主要决定于系统寻址能力的大小。DSP寻址方式灵活,寻址空间可按实际需
7、求配置。d.完善的开发环境和支持软件各公司的DSP产品都有各自的汇编语言指令系统。且陆续推出适用于DSP的高级语言编译器,主要是C语言编译器,大大方便了非专业程序员编程开发。除了传统意义上的仿真器用来进行应用软件的开发与试调,各公司还提出了一些针对DSP的操作系统,这些操作系统可以在IBM—PC或其他主机上运行。为了进一步开发DSP应用软件,还提供了一些适用的函数库与软件工具包以及各种接口程序等。e.接口功能强接口功能的提高,容易实现与外设通讯,使其具有灵活的控制能力。2DSP硬件特点2.1定点运算DSP定点运算DSP产品种类很多,主要有AnologDe
8、vicesADSP2100系列,AT&TDSP16系列,MotorolaDSP5
