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TMC2310 DSP 芯片在水下目标检测与参数估计中的应用

TMC2310 DSP芯片在水下目标检测与参数估计中的应用

作者:西安西北工业大学声学工程研究所王英哲王英民邱宏杨益新马远良来源:《电子技术应用》

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 DSP FFT 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 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