基于多DSP并行處理的聲探測系統(tǒng)設(shè)計(jì)解析

聲探測技術(shù)用聲傳感器陣列接收各種軍事目標(biāo)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的特征聲信號，運(yùn)用陣列信號處理、信號識別、信息融合等技術(shù)，確定目標(biāo)的位置、航跡、類型。聲探測技術(shù)具有被動(dòng)探測、不受電磁干擾、能夠全天候工作、成本較低等突出優(yōu)點(diǎn)，特別是在夜間、霧天及能見度不良、通視度較差的情況或者復(fù)雜電磁環(huán)境下，是戰(zhàn)場信息感知不可缺少的重要手段之一。
　　并行DSP處理的目的是采用多個(gè)處理單元（DSP）同時(shí)對任務(wù)處理以減少任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間。多DSP并行處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是實(shí)現(xiàn)多DSP之間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、任務(wù)分配、數(shù)據(jù)交換、信號處理及通信控制。
　　因此，應(yīng)用高性能DSP作為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理單元，借助多DSP并行處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高、動(dòng)態(tài)范圍大和高數(shù)據(jù)吞吐量的大規(guī)模并行處理系統(tǒng)，既打破了單處理器性能提升空間的限制，又大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的兼容性和在線升級能力，為聲探測系統(tǒng)的研制提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。
　　TMS320C67x是TI公司C6000上具有最高性能的浮點(diǎn)DSP， 具有第二代的超長指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)。本文基于國內(nèi)外日益發(fā)展的聲探測技術(shù)研究成果和先進(jìn)成熟的電子技術(shù)，提出一種以多片TMS320C6711D DSP為信號處理單元，用FPGA實(shí)現(xiàn)各DSP的EMIF接口總線互聯(lián)，從而構(gòu)成松耦合級、可再編程的多DSP并行處理模式，實(shí)現(xiàn)了一種具有高實(shí)時(shí)性、良好的擴(kuò)展性和容量可變等特點(diǎn)的多DSP聲探測系統(tǒng)。
　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)由前端聲傳感器基陣和聲探測系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。
　　聲傳感器基陣是由若干個(gè)傳聲器組成的陣列，利用傳聲器陣列接收目標(biāo)輻射噪聲（如直升機(jī)飛行時(shí)旋翼擾動(dòng)空氣引起的噪聲和發(fā)動(dòng)機(jī)自身輻射的噪聲信號）。
　　聲探測系統(tǒng)由模擬電路、數(shù)字電路和控制電路組成。模擬電路完成對傳聲器陣列送來的微弱信號的放大、調(diào)理、均衡，并將預(yù)處理后的信號送至后端電路處理。數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)聲信號的采集、定向算法、識別算法、增益控制、電路邏輯控制以及外部接口功能。控制電路由電源管理和人機(jī)界面組成。圖1為系統(tǒng)構(gòu)成圖。
　　
　　2 硬件設(shè)計(jì)
　　2.1 模擬電路
　　根據(jù)聲目標(biāo)信號的特征及探測對信號拾取和處理的要求，傳聲器及相應(yīng)各通道間應(yīng)具有較好的低頻響應(yīng)特性，而且相位一致性必須很好。
　　為保證各個(gè)模擬信號通道的電路一致性，特別是放大濾波電路部分，在設(shè)計(jì)中采用了厚膜電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)。通過對放大濾波電路的深入分析，確定影響電路相位的各種因素和關(guān)鍵的阻容元件的允許誤差范圍，將其應(yīng)用到厚膜電路的設(shè)計(jì)中，并篩選阻容器件，以控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。