4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　首先估計(jì)一下單元平均恒虛警檢測的運(yùn)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(fù)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(dú)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(dú)立進(jìn)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(yīng)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(shí)際數(shù)據(jù)。每一種工作方式及相應(yīng)參數(shù)由每一數(shù)據(jù)包前面的模式控制字給出，對應(yīng)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(yùn)算單元中對其進(jìn)行解釋，以便轉(zhuǎn)入相應(yīng)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(dá)工作方式后，脫開計(jì)算機(jī)進(jìn)行。另一種加載方式就是通過計(jì)算機(jī)接口以Link口加載方式進(jìn)行加載。為了使用時調(diào)整雷達(dá)信號處理方式，采用計(jì)算機(jī)加載方式。

　　4.1 系統(tǒng)硬件

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

　　由于雷達(dá)信號處理流水進(jìn)行的特點(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(yīng)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(shí)現(xiàn)分析

　　程序部分完成：CFAR、幅相計(jì)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(jìn)行CFAR、幅相計(jì)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(dú)立進(jìn)行。最后將4段的結(jié)果在下一片DSP進(jìn)行合并、M/N檢測，把目標(biāo)信息后送。

　　（1）CFAR,幅相計(jì)算

　　雜波圖恒虛警檢測的主要功能是利用相應(yīng)方位的雜波圖輸出作為門限，對零號濾波器各距離單元進(jìn)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(jìn)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(biāo)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(biāo)后，保存對應(yīng)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(yàn)碼實(shí)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(shí)、虛部交替的復(fù)數(shù)，個數(shù)同模式有關(guān)，每個復(fù)數(shù)對應(yīng)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(biāo)的個數(shù)，接著是各目標(biāo)單元信息。

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

　?。?）匯總與M/N檢測

　　這一級的匯總?cè)蝿?wù)是把4段的CFAR檢測結(jié)果合并到一起，只要把各段中各個目標(biāo)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(biāo)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(jìn)行，其準(zhǔn)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(biāo)，確認(rèn)為相對應(yīng)距離單元上有目標(biāo)輸出，這時保留相應(yīng)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(jìn)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(biāo)的個數(shù)，接著是各目標(biāo)單元信息。存儲量不大，選取了內(nèi)存較小的ADSP21062.

　　4.3 運(yùn)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(yīng)波位的雜波圖作為門限進(jìn)行檢測，剩余濾波器在距離上的單元平均恒虛警檢測。其運(yùn)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(xiàng)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(jìn)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(yùn)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(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，其前一級運(yùn)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(diǎn)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(diǎn)格式，在開始CFAR檢測前要先轉(zhuǎn)換成長字的浮點(diǎn)格式進(jìn)行各種運(yùn)算，最后把CFAR結(jié)果經(jīng)過定浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換作為16 B定點(diǎn)格式保存下來，其余部分的運(yùn)算也需要先把CFAR結(jié)果轉(zhuǎn)換成32 B浮點(diǎn)格式，不過是在所調(diào)用的子程序內(nèi)部完成的。作為運(yùn)算的中間結(jié)果，目標(biāo)單元幅值的存儲使用了循環(huán)尋址方式，因?yàn)橐慌鷶?shù)據(jù)在一邊被進(jìn)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(jìn)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(jì)算2部分，運(yùn)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(yùn)算量主要集中在M/N檢測部分，但總的運(yùn)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(jì)，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(dá)信號處理的特點(diǎn)對任務(wù)進(jìn)行分配，運(yùn)用數(shù)據(jù)流驅(qū)動方式增強(qiáng)了信號處理系統(tǒng)的通用性和易維護(hù)性，整個系統(tǒng)具有良好的可編程、可擴(kuò)展和升級能力。