基于MPC8640D的副瓣對消設(shè)計與實現(xiàn)

王艷麗　竇澤華

摘 要

本文基于高速處理器MPC8640D芯片，設(shè)計并實現(xiàn)了雷達副瓣對消功能。該工程應(yīng)用具有設(shè)備成本低、軟件集成度高、可重構(gòu)性強等優(yōu)點，已經(jīng)開始用于雷達系統(tǒng)的小型化電子設(shè)備中。

【關(guān)鍵詞】MPC8640D 高速處理器 副瓣對消

傳統(tǒng)的副瓣對消功能基于FPFA平臺實現(xiàn)，編程和調(diào)試比較緩慢，不夠靈活，可擴展性及通用性不夠好。本文基于MPC8640D平臺的副瓣對消實現(xiàn)方法，采用通用化的設(shè)計思想、開放性的標(biāo)準(zhǔn)、可配置性的設(shè)計，滿足現(xiàn)代雷達系統(tǒng)小型化、綜合化、智能化的需求。

1 副瓣對消的基本原理

自適應(yīng)數(shù)字副瓣對消技術(shù)實際是空間上的自適應(yīng)濾波，使天線的方向性圖在有干擾方向呈現(xiàn)阻態(tài)特性，從而使來自天線副瓣的干擾衰減到最小，以達到抗副瓣干擾的作用。本雷達設(shè)有4個副天線，其副瓣對消原理如圖1所示。

為了達到將主天線通道內(nèi)的干擾消去，首先要采用幾個副天線來采集同一個干擾的樣值，從而對各個副天線干擾信號加權(quán)不同的權(quán)系數(shù)W，使得最后在主通道中把干擾減去。先對各副天線干擾采樣，求出副天線干擾的協(xié)方差矩陣M，這是一個n×n的方陣，n為副天線的個數(shù)，再對主天線干擾采樣求出主副天線干擾的相關(guān)矢量R，R為1×n的列向量，設(shè)W為各副天線權(quán)系數(shù)矩陣W=[w1，w2，…wn]，由最佳相消時干擾輸出為零，得式（1）的矢量表達式：

R=M□N （1）

將式（1）兩邊同乘以M-1 （M-1為M的逆矩陣）得最佳權(quán)系數(shù)矢量：

W=M-1□R （2）

2 MPC8640D處理器

MPC8640D處理器是FreeScale公司G6代雙核處理器，目前已在國外信號處理和數(shù)據(jù)處理中采用。MPC8640D具有工作主頻1.0GHz、64Kbyte L1指令/數(shù)據(jù)Cache、1MByte L2 Cache、采用AlteVec矢量處理技術(shù)及最高32GFlops處理能力。其功能框圖如圖2所示。

3 基于MPC8640D的副瓣對消設(shè)計與實現(xiàn)

基于MPC8640D的軟件設(shè)計采用C語言編程，調(diào)用Altivec矢量庫函數(shù)來實現(xiàn)副瓣對消自適應(yīng)權(quán)值計算及自適應(yīng)對消處理，完全可滿足系統(tǒng)實時性要求。本雷達采用4個副通道對4個主通道進行副瓣對消處理，數(shù)據(jù)通過率為32M浮點（復(fù)數(shù)點）。硬件系統(tǒng)框圖及資源分配如圖3所示。

預(yù)處理模塊接收雷達中頻AD采樣的雷達回波數(shù)據(jù)，完成通道數(shù)據(jù)的拆分和重組、數(shù)據(jù)的定點轉(zhuǎn)浮點運算和副瓣對消的權(quán)值計算。利用兩片MPC8640D處理器的4個處理核，分4段完成一次雷達回波加權(quán)對消處理，4個核的副瓣對消模塊代碼完全復(fù)用。對于其他雷達，可以根據(jù)通道數(shù)以及數(shù)據(jù)長度來增減硬件模塊實現(xiàn)。

軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，為提高處理速度，程序架構(gòu)采用并行處理架構(gòu)。主程序流程圖如圖4。

如圖4所示，程序中任務(wù)與核綁定，任務(wù)之間采用信號量通信機制，實現(xiàn)多任務(wù)并行處理，充分發(fā)揮雙核的優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

本文基于新一代高性能雙核處理器MPC8640D對副瓣對消功能進行了設(shè)計與實現(xiàn)，采用模塊化的軟件設(shè)計，具有集成度高，可重構(gòu)性強等優(yōu)點，極大地節(jié)省了開發(fā)周期與設(shè)備成本。該方法在實際工程應(yīng)用中通過率高達32M浮點（復(fù)數(shù)點），已經(jīng)成功應(yīng)用于多個雷達，并且正在雷達等系統(tǒng)的小型化電子設(shè)備中逐步推廣。

參考文獻

[1]王峰，傅有光，孟兵，楊建軍.非因果空時二維副瓣干擾對消算法及性能研究[J].現(xiàn)代雷達，2007，29（4）：43-45.

[2]Freescale Inc.MPC8640D Microprocessor Family User's Manual[M].Arizona： Freescale Inc，2010.

[3]Freescale Inc.MPC8641 Design Checklist[M].Arizona：Freeseale Inc，2011.

[4]孔祥營，柏桂枝.嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks及其開發(fā)環(huán)境Tornado[M].北京：中國電力出版社，2001.

作者簡介

王艷麗（1981-），女，現(xiàn)為南京電子技術(shù)研究所工程師。研究方向為雷達信號處理。

竇澤華（1983-），男，現(xiàn)為南京電子技術(shù)研究所工程師。研究方向為雷達信號處理。

作者單位

南京電子技術(shù)研究所 江蘇省南京市 210039endprint

摘 要

本文基于高速處理器MPC8640D芯片，設(shè)計并實現(xiàn)了雷達副瓣對消功能。該工程應(yīng)用具有設(shè)備成本低、軟件集成度高、可重構(gòu)性強等優(yōu)點，已經(jīng)開始用于雷達系統(tǒng)的小型化電子設(shè)備中。

【關(guān)鍵詞】MPC8640D 高速處理器 副瓣對消

傳統(tǒng)的副瓣對消功能基于FPFA平臺實現(xiàn)，編程和調(diào)試比較緩慢，不夠靈活，可擴展性及通用性不夠好。本文基于MPC8640D平臺的副瓣對消實現(xiàn)方法，采用通用化的設(shè)計思想、開放性的標(biāo)準(zhǔn)、可配置性的設(shè)計，滿足現(xiàn)代雷達系統(tǒng)小型化、綜合化、智能化的需求。

1 副瓣對消的基本原理

自適應(yīng)數(shù)字副瓣對消技術(shù)實際是空間上的自適應(yīng)濾波，使天線的方向性圖在有干擾方向呈現(xiàn)阻態(tài)特性，從而使來自天線副瓣的干擾衰減到最小，以達到抗副瓣干擾的作用。本雷達設(shè)有4個副天線，其副瓣對消原理如圖1所示。

為了達到將主天線通道內(nèi)的干擾消去，首先要采用幾個副天線來采集同一個干擾的樣值，從而對各個副天線干擾信號加權(quán)不同的權(quán)系數(shù)W，使得最后在主通道中把干擾減去。先對各副天線干擾采樣，求出副天線干擾的協(xié)方差矩陣M，這是一個n×n的方陣，n為副天線的個數(shù)，再對主天線干擾采樣求出主副天線干擾的相關(guān)矢量R，R為1×n的列向量，設(shè)W為各副天線權(quán)系數(shù)矩陣W=[w1，w2，…wn]，由最佳相消時干擾輸出為零，得式（1）的矢量表達式：

R=M□N （1）

將式（1）兩邊同乘以M-1 （M-1為M的逆矩陣）得最佳權(quán)系數(shù)矢量：

W=M-1□R （2）

2 MPC8640D處理器

MPC8640D處理器是FreeScale公司G6代雙核處理器，目前已在國外信號處理和數(shù)據(jù)處理中采用。MPC8640D具有工作主頻1.0GHz、64Kbyte L1指令/數(shù)據(jù)Cache、1MByte L2 Cache、采用AlteVec矢量處理技術(shù)及最高32GFlops處理能力。其功能框圖如圖2所示。

3 基于MPC8640D的副瓣對消設(shè)計與實現(xiàn)

基于MPC8640D的軟件設(shè)計采用C語言編程，調(diào)用Altivec矢量庫函數(shù)來實現(xiàn)副瓣對消自適應(yīng)權(quán)值計算及自適應(yīng)對消處理，完全可滿足系統(tǒng)實時性要求。本雷達采用4個副通道對4個主通道進行副瓣對消處理，數(shù)據(jù)通過率為32M浮點（復(fù)數(shù)點）。硬件系統(tǒng)框圖及資源分配如圖3所示。

預(yù)處理模塊接收雷達中頻AD采樣的雷達回波數(shù)據(jù)，完成通道數(shù)據(jù)的拆分和重組、數(shù)據(jù)的定點轉(zhuǎn)浮點運算和副瓣對消的權(quán)值計算。利用兩片MPC8640D處理器的4個處理核，分4段完成一次雷達回波加權(quán)對消處理，4個核的副瓣對消模塊代碼完全復(fù)用。對于其他雷達，可以根據(jù)通道數(shù)以及數(shù)據(jù)長度來增減硬件模塊實現(xiàn)。

軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，為提高處理速度，程序架構(gòu)采用并行處理架構(gòu)。主程序流程圖如圖4。

如圖4所示，程序中任務(wù)與核綁定，任務(wù)之間采用信號量通信機制，實現(xiàn)多任務(wù)并行處理，充分發(fā)揮雙核的優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

本文基于新一代高性能雙核處理器MPC8640D對副瓣對消功能進行了設(shè)計與實現(xiàn)，采用模塊化的軟件設(shè)計，具有集成度高，可重構(gòu)性強等優(yōu)點，極大地節(jié)省了開發(fā)周期與設(shè)備成本。該方法在實際工程應(yīng)用中通過率高達32M浮點（復(fù)數(shù)點），已經(jīng)成功應(yīng)用于多個雷達，并且正在雷達等系統(tǒng)的小型化電子設(shè)備中逐步推廣。

參考文獻

[1]王峰，傅有光，孟兵，楊建軍.非因果空時二維副瓣干擾對消算法及性能研究[J].現(xiàn)代雷達，2007，29（4）：43-45.

[2]Freescale Inc.MPC8640D Microprocessor Family User's Manual[M].Arizona： Freescale Inc，2010.

[3]Freescale Inc.MPC8641 Design Checklist[M].Arizona：Freeseale Inc，2011.

[4]孔祥營，柏桂枝.嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks及其開發(fā)環(huán)境Tornado[M].北京：中國電力出版社，2001.

作者簡介

王艷麗（1981-），女，現(xiàn)為南京電子技術(shù)研究所工程師。研究方向為雷達信號處理。

竇澤華（1983-），男，現(xiàn)為南京電子技術(shù)研究所工程師。研究方向為雷達信號處理。

作者單位

南京電子技術(shù)研究所 江蘇省南京市 210039endprint

摘 要

本文基于高速處理器MPC8640D芯片，設(shè)計并實現(xiàn)了雷達副瓣對消功能。該工程應(yīng)用具有設(shè)備成本低、軟件集成度高、可重構(gòu)性強等優(yōu)點，已經(jīng)開始用于雷達系統(tǒng)的小型化電子設(shè)備中。

【關(guān)鍵詞】MPC8640D 高速處理器 副瓣對消

傳統(tǒng)的副瓣對消功能基于FPFA平臺實現(xiàn)，編程和調(diào)試比較緩慢，不夠靈活，可擴展性及通用性不夠好。本文基于MPC8640D平臺的副瓣對消實現(xiàn)方法，采用通用化的設(shè)計思想、開放性的標(biāo)準(zhǔn)、可配置性的設(shè)計，滿足現(xiàn)代雷達系統(tǒng)小型化、綜合化、智能化的需求。

1 副瓣對消的基本原理

自適應(yīng)數(shù)字副瓣對消技術(shù)實際是空間上的自適應(yīng)濾波，使天線的方向性圖在有干擾方向呈現(xiàn)阻態(tài)特性，從而使來自天線副瓣的干擾衰減到最小，以達到抗副瓣干擾的作用。本雷達設(shè)有4個副天線，其副瓣對消原理如圖1所示。

為了達到將主天線通道內(nèi)的干擾消去，首先要采用幾個副天線來采集同一個干擾的樣值，從而對各個副天線干擾信號加權(quán)不同的權(quán)系數(shù)W，使得最后在主通道中把干擾減去。先對各副天線干擾采樣，求出副天線干擾的協(xié)方差矩陣M，這是一個n×n的方陣，n為副天線的個數(shù)，再對主天線干擾采樣求出主副天線干擾的相關(guān)矢量R，R為1×n的列向量，設(shè)W為各副天線權(quán)系數(shù)矩陣W=[w1，w2，…wn]，由最佳相消時干擾輸出為零，得式（1）的矢量表達式：

R=M□N （1）

將式（1）兩邊同乘以M-1 （M-1為M的逆矩陣）得最佳權(quán)系數(shù)矢量：

W=M-1□R （2）

2 MPC8640D處理器

MPC8640D處理器是FreeScale公司G6代雙核處理器，目前已在國外信號處理和數(shù)據(jù)處理中采用。MPC8640D具有工作主頻1.0GHz、64Kbyte L1指令/數(shù)據(jù)Cache、1MByte L2 Cache、采用AlteVec矢量處理技術(shù)及最高32GFlops處理能力。其功能框圖如圖2所示。

3 基于MPC8640D的副瓣對消設(shè)計與實現(xiàn)

基于MPC8640D的軟件設(shè)計采用C語言編程，調(diào)用Altivec矢量庫函數(shù)來實現(xiàn)副瓣對消自適應(yīng)權(quán)值計算及自適應(yīng)對消處理，完全可滿足系統(tǒng)實時性要求。本雷達采用4個副通道對4個主通道進行副瓣對消處理，數(shù)據(jù)通過率為32M浮點（復(fù)數(shù)點）。硬件系統(tǒng)框圖及資源分配如圖3所示。

預(yù)處理模塊接收雷達中頻AD采樣的雷達回波數(shù)據(jù)，完成通道數(shù)據(jù)的拆分和重組、數(shù)據(jù)的定點轉(zhuǎn)浮點運算和副瓣對消的權(quán)值計算。利用兩片MPC8640D處理器的4個處理核，分4段完成一次雷達回波加權(quán)對消處理，4個核的副瓣對消模塊代碼完全復(fù)用。對于其他雷達，可以根據(jù)通道數(shù)以及數(shù)據(jù)長度來增減硬件模塊實現(xiàn)。

軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，為提高處理速度，程序架構(gòu)采用并行處理架構(gòu)。主程序流程圖如圖4。

如圖4所示，程序中任務(wù)與核綁定，任務(wù)之間采用信號量通信機制，實現(xiàn)多任務(wù)并行處理，充分發(fā)揮雙核的優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

本文基于新一代高性能雙核處理器MPC8640D對副瓣對消功能進行了設(shè)計與實現(xiàn)，采用模塊化的軟件設(shè)計，具有集成度高，可重構(gòu)性強等優(yōu)點，極大地節(jié)省了開發(fā)周期與設(shè)備成本。該方法在實際工程應(yīng)用中通過率高達32M浮點（復(fù)數(shù)點），已經(jīng)成功應(yīng)用于多個雷達，并且正在雷達等系統(tǒng)的小型化電子設(shè)備中逐步推廣。

參考文獻

[1]王峰，傅有光，孟兵，楊建軍.非因果空時二維副瓣干擾對消算法及性能研究[J].現(xiàn)代雷達，2007，29（4）：43-45.

[2]Freescale Inc.MPC8640D Microprocessor Family User's Manual[M].Arizona： Freescale Inc，2010.

[3]Freescale Inc.MPC8641 Design Checklist[M].Arizona：Freeseale Inc，2011.

[4]孔祥營，柏桂枝.嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks及其開發(fā)環(huán)境Tornado[M].北京：中國電力出版社，2001.

作者簡介

王艷麗（1981-），女，現(xiàn)為南京電子技術(shù)研究所工程師。研究方向為雷達信號處理。

竇澤華（1983-），男，現(xiàn)為南京電子技術(shù)研究所工程師。研究方向為雷達信號處理。

作者單位

南京電子技術(shù)研究所 江蘇省南京市 210039endprint