作者：西安西北工業(yè)大學(xué)聲學(xué)工程研究所 王英哲 王英民 邱宏 楊益新 馬遠(yuǎn)良 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

tmc2310 dsp芯片在水下目標(biāo)檢測與參數(shù)估計中的應(yīng)用

摘 要： 介紹了tmc2310芯片的主要特點、功能及其結(jié)構(gòu)，給出了采用該芯片的水聲信號處理系統(tǒng)電路原理框圖和軟件設(shè)計流程。該水聲信號處理系統(tǒng)可對水下目標(biāo)進(jìn)行實時高速檢測和參量估計，已在最近幾年進(jìn)行了多次水池試驗。經(jīng)湖上和海上試驗驗證，證明其性能良好、工作穩(wěn)定�，F(xiàn)已投入小批量生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞： 聲場 檢測與估計 dsp fft 自適應(yīng)fir濾波

對目標(biāo)進(jìn)行檢測、估計、跟蹤是雷達(dá)與聲納應(yīng)用的最終目的，其任務(wù)是對接收信號進(jìn)行一定的處理、提取特征、分析識別，以檢測目標(biāo)的存在與否，進(jìn)而通過對信號的處理與運算估計出目標(biāo)的方位、距離與速度，實現(xiàn)定位和跟蹤。對于水下目標(biāo)的檢測與參量估計有兩種方式：一是對海洋聲場進(jìn)行監(jiān)測，從接收信號中提取目標(biāo)輻射噪聲并進(jìn)行識別與參量估計（即被動方式）；二是由聲納系統(tǒng)發(fā)射給定的序列信號（常用的有cw信號和fm信號等），并對接收的回波信號進(jìn)行檢測與參量估計。由于海洋聲場極其復(fù)雜多變，受溫度、鹽度、深度、梯度、水流、水域、季節(jié)、氣候、風(fēng)浪、溫層、流層、界面的反射與折射等諸多因素的影響，使水聲信道相當(dāng)復(fù)雜，接收信號通常會畸變，并淹沒在噪聲之中。對水下目標(biāo)實現(xiàn)實時、快速、準(zhǔn)確、精確地檢測與參量估計是聲納系統(tǒng)不斷追求的目標(biāo)。充分利用高性能的數(shù)字信號處理（dsp）器件及技術(shù)來實現(xiàn)具有良好特性的算法，將會顯著提高檢測目標(biāo)的概率和參量估計的精度，從而推動聲納的發(fā)展與應(yīng)用。

近二十年來，相繼出現(xiàn)了許多重要的目標(biāo)檢測及參數(shù)估計算法，如分裂波束精確測向算法[2]、arma法[4]、music法[5]和esprit法[6]等doa估計方法，以及l(fā)ms算法[7]等自適應(yīng)信號處理方法。這些算法的實現(xiàn)，大多需要通過一些通用的數(shù)學(xué)運算以及矩陣運算，并采用如fft、ifft等快速算法，而這些運算均可方便地利用tmc2310器件來實現(xiàn)。本文將對tmc2310芯片應(yīng)用于水下目標(biāo)的檢測與估計進(jìn)行介紹。

１ tmc2310簡介

tmc2310是美trw公司生產(chǎn)的高速度（實現(xiàn)一次基二蝶形運算僅需100ns）、多功能（共有16種運算功能）、可編程的專用數(shù)字信號處理（dsp）器件，其使用靈活、操作方便、性價比高，可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、通訊及虛擬儀器等領(lǐng)域。

１．１ 主要特點

·可自動或手動地實現(xiàn)浮點塊的溢出調(diào)整

·具有流水線及管道操作兩種尋址方式

·用戶可編程窗函數(shù)功能

·具有片內(nèi)系數(shù)存儲器

·具有兩個算術(shù)運算單元

·19bit的運算精度及輸出位寬

１．２ 主要功能

·可快速完成不加窗及加窗（實數(shù)窗或復(fù)數(shù)窗）的fft及ifft算法

·可同時構(gòu)成兩路并行的fie濾波器（16～1024階）

·可構(gòu)成自適應(yīng)fir濾波器

·可進(jìn)行實數(shù)、復(fù)數(shù)的乘及乘加運算

·可進(jìn)行復(fù)數(shù)求模及陣列矢量的平方運算

１．３ 結(jié)構(gòu)與管腳

tmc2310由兩個算術(shù)單元（ae0、ae1）、片內(nèi)系數(shù)rom、控制邏輯單元和外部接口電路五個主要部分構(gòu)成，其邏輯框圖見圖１。每個算術(shù)單元包括一個乘法序列電路和乘—加算術(shù)邏輯電路塊。該芯片采用了88引腳的pga封裝形式。

管腳定義如下：

vddvss 電源輸入引腳，采用單一＋5v供電

clk 系統(tǒng)時鐘輸入引腳

讀信號，低電平有效

寫信號，低電平有效

semsel 外部存儲器選擇信號輸出引腳

scen 定標(biāo)輸出允許引腳

done 系統(tǒng)工作結(jié)束標(biāo)志輸出引腳

cmd0～cmd1 控制命令輸入引腳

w0～w16 雙功能數(shù)據(jù)總線，用于輸入窗函數(shù)、 濾波器系數(shù)及輸出定標(biāo)器的移位指數(shù)和最后一次溢出

ad0～ad9 外部數(shù)據(jù)存儲器地址總線