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基于多DSP并行处理的声探测系统设计解析
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2017-10-31
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声探测技术用声传感器阵列接收各种军事目标运动所产生的特征声信号，运用阵列信号处理、信号识别、信息融合等技术，确定目标的位置、航迹、类型。声探测技术具有被动探测、不受电磁干扰、能够全天候工作、成本较低等突出优点，特别是在夜间、雾天及能见度不良、通视度较差的情况或者复杂电磁环境下，是战场信息感知不可缺少的重要手段之一。
并行DSP处理的目的是采用多个处理单元（DSP）同时对任务处理以减少任务的执行时间。多DSP并行处理系统设计的核心是实现多DSP之间的统筹协调、任务分配、数据交换、信号处理及通信控制。
因此，应用高性能DSP作为数据实时处理单元，借助多DSP并行处理技术实现实时性强、精度高、动态范围大和高数据吞吐量的大规模并行处理系统，既打破了单处理器性能提升空间的限制，又大大增强了系统的兼容性和在线升级能力，为声探测系统的研制提供了强大的技术支持。
TMS320C67x是TI公司C6000上具有最高性能的浮点DSP， 具有第二代的超长指令字（VLIW）结构。本文基于国内外日益发展的声探测技术研究成果和先进成熟的电子技术，提出一种以多片TMS320C6711D DSP为信号处理单元，用FPGA实现各DSP的EMIF接口总线互联，从而构成松耦合级、可再编程的多DSP并行处理模式，实现了一种具有高实时性、良好的扩展性和容量可变等特点的多DSP声探测系统。
1 系统设计
系统由前端声传感器基阵和声探测系统两大部分构成。
声传感器基阵是由若干个传声器组成的阵列，利用传声器阵列接收目标辐射噪声（如直升机飞行时旋翼扰动空气引起的噪声和发动机自身辐射的噪声信号）。
声探测系统由模拟电路、数字电路和控制电路组成。模拟电路完成对传声器阵列送来的微弱信号的放大、调理、均衡，并将预处理后的信号送至后端电路处理。数字电路实现对目标声信号的采集、定向算法、识别算法、增益控制、电路逻辑控制以及外部接口功能。控制电路由电源管理和人机界面组成。图1为系统构成图。
2 硬件设计
2.1 模拟电路
根据声目标信号的特征及探测对信号拾取和处理的要求，传声器及相应各通道间应具有较好的低频响应特性，而且相位一致性必须很好。
为保证各个模拟信号通道的电路一致性，特别是放大滤波电路部分，在设计中采用了厚膜电路技术实现。通过对放大滤波电路的深入分析，确定影响电路相位的各种因素和关键的阻容元件的允许误差范围，将其应用到厚膜电路的设计中，并筛选阻容器件，以控制系统的稳定性。
并行DSP处理的目的是采用多个处理单元（DSP）同时对任务处理以减少任务的执行时间。多DSP并行处理系统设计的核心是实现多DSP之间的统筹协调、任务分配、数据交换、信号处理及通信控制。
因此，应用高性能DSP作为数据实时处理单元，借助多DSP并行处理技术实现实时性强、精度高、动态范围大和高数据吞吐量的大规模并行处理系统，既打破了单处理器性能提升空间的限制，又大大增强了系统的兼容性和在线升级能力，为声探测系统的研制提供了强大的技术支持。
TMS320C67x是TI公司C6000上具有最高性能的浮点DSP， 具有第二代的超长指令字（VLIW）结构。本文基于国内外日益发展的声探测技术研究成果和先进成熟的电子技术，提出一种以多片TMS320C6711D DSP为信号处理单元，用FPGA实现各DSP的EMIF接口总线互联，从而构成松耦合级、可再编程的多DSP并行处理模式，实现了一种具有高实时性、良好的扩展性和容量可变等特点的多DSP声探测系统。
1 系统设计
系统由前端声传感器基阵和声探测系统两大部分构成。
声传感器基阵是由若干个传声器组成的阵列，利用传声器阵列接收目标辐射噪声（如直升机飞行时旋翼扰动空气引起的噪声和发动机自身辐射的噪声信号）。
声探测系统由模拟电路、数字电路和控制电路组成。模拟电路完成对传声器阵列送来的微弱信号的放大、调理、均衡，并将预处理后的信号送至后端电路处理。数字电路实现对目标声信号的采集、定向算法、识别算法、增益控制、电路逻辑控制以及外部接口功能。控制电路由电源管理和人机界面组成。图1为系统构成图。
2 硬件设计
2.1 模拟电路
根据声目标信号的特征及探测对信号拾取和处理的要求，传声器及相应各通道间应具有较好的低频响应特性，而且相位一致性必须很好。
为保证各个模拟信号通道的电路一致性，特别是放大滤波电路部分，在设计中采用了厚膜电路技术实现。通过对放大滤波电路的深入分析，确定影响电路相位的各种因素和关键的阻容元件的允许误差范围，将其应用到厚膜电路的设计中，并筛选阻容器件，以控制系统的稳定性。
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