DSP芯片在水下目标检测与参数估计中的应用

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1、DSP芯片在水下目标检测与参数估计中的应用摘要：介绍了TMC2310芯片的主要特点、功能及其结构，给出了采用该芯片的水声信号处理系统电路原理框图和软件设计流程。该水声信号处理系统可对水下目标进行实时高速检测和参量估计，已在最近几年进行了多次水池试验。经湖上和海上试验验证，证明其性能良好、工作稳定。现已投入小批量生产。   关键词：声场检测与估计DSPFFT自适应FIR滤波       对目标进行检测、估计、跟踪是雷达与声纳应用的最终目的，其任务是对接收信号进行一定的处理、提取特征、分析识别，以检测目标的存在与否，进而通过对信号的处理与运算估计出目

2、标的方位、距离与速度，实现定位和跟踪。对于水下目标的检测与参量估计有两种方式：一是对海洋声场进行监测，从接收信号中提取目标辐射噪声并进行识别与参量估计（即被动方式）；二是由声纳系统发射给定的序列信号（常用的有CW信号和FM信号等），并对接收的回波信号进行检测与参量估计。由于海洋声场极其复杂多变，受温度、盐度、深度、梯度、水流、水域、季节、气候、风浪、温层、流层、界面的反射与折射等诸多因素的影响，使水声信道相当复杂，接收信号通常会畸变，并淹没在噪声之中。对水下目标实现实时、快速、准确、精确地检测与参量估计是声纳系统不断追求的目标。充分利用高性能的数

3、字信号处理（DSP）器件及技术来实现具有良好特性的算法，将会显著提高检测目标的概率和参量估计的精度，从而推动声纳的发展与应用。   近二十年来，相继出现了许多重要的目标检测及参数估计算法，如分裂波束精确测向算法[2]、ARMA法[4]、MUSIC法[5]和ESPRIT法[6]等DOA估计方法，以及LMS算法[7]等自适应信号处理方法。这些算法的实现，大多需要通过一些通用的数学运算以及矩阵运算，并采用如FFT、IFFT等快速算法，而这些运算均可方便地利用TMC2310器件来实现。本文将对TMC2310芯片应用于水下目标的检测与估计进行介绍。   １

4、TMC2310简介   TMC2310是美TRW公司生产的高速度（实现一次基二蝶形运算仅需100ns）、多功能（共有16种运算功能）、可编程的专用数字信号处理（DSP）器件，其使用灵活、操作方便、性价比高，可广泛应用于雷达、声纳、通讯及虚拟仪器等领域。   １．１主要特点      ·可自动或手动地实现浮点块的溢出调整   ·具有流水线及管道操作两种寻址方式   ·用户可编程窗函数功能   ·具有片内系数存储器   ·具有两个算术运算单元   ·19bit的运算精度及输出位宽   １．２主要功能   ·可快速完成不加窗及加窗（实数窗或复数窗）的F

5、FT及IFFT算法   ·可同时构成两路并行的FIE滤波器（16～1024阶）   ·可构成自适应FIR滤波器   ·可进行实数、复数的乘及乘加运算   ·可进行复数求模及阵列矢量的平方运算   １．３结构与管脚   TMC2310由两个算术单元（AE0、AE1）、片内系数ROM、控制逻辑单元和外部接口电路五个主要部分构成，其逻辑框图见图１。每个算术单元包括一个乘法序列电路和乘—加算术逻辑电路块。该芯片采用了88引脚的PGA封装形式。  管脚定义如下：VDD?烿SS  电源输入引脚，采用单一＋5V供电CLK       系统时钟输入引脚RD   

6、 读信号，低电平有效WR     写信号，低电平有效SEMSEL    外部存储器选择信号输出引脚SCEN      定标输出允许引脚DONE      系统工作结束标志输出引脚CMD0～CMD1控制命令输入引脚W0～W16   双功能数据总线，用于输入窗函数、滤波器系数及输出定标器的移位指数和最后一次溢出AD0～AD9  外部数据存储器地址总线RG0～RG18 实部双向数据总线IM0～IM18 虚部双向数据总线   １．４配制寄存器   TMC2310片内有两个16bit的配制寄存器（CR1、CR2），用来对TMC2310进行编程设置，其主要用

7、途如下：CR1用来设定芯片的处理功能、转换长度、输出格式及定标方式；CR2主要用来设定寻址方式和变换路数（1～64路）。   ２电路设计   由于TMC2310是可编程的专用DSP器件，我们用一片TMS320C25DSP器件与之配合，采用主从结构、并行处理方式，加上外围共享存储器阵列对等组成处理模块。TMS320C25除对TMC2310进行编程及控制外，还以并行运算处理的方式完成一些后续处理及辅助运算（如数据抽取、积分等）。整个电路系统采用模块化设计，便于调试及扩展。信号处理模块原理框图如图2所示。   在图2中，TMC2310和TMS320C2

8、5之间设计了一个以乒乓方式工作的双口RAM阵列，其作用有四：（１）存放待处理的数据（实部数据放在REM块，虚部数据放在IMM块）；（２）