基于MPC8640D的副瓣對消設計與實現
2014-10-29 02:31:29王艷麗竇澤華
電子技術與軟件工程 2014年16期
王艷麗 竇澤華
摘 要
本文基于高速處理器MPC8640D芯片，設計并實現了雷達副瓣對消功能。該工程應用具有設備成本低、軟件集成度高、可重構性強等優點，已經開始用于雷達系統的小型化電子設備中。
【關鍵詞】MPC8640D 高速處理器 副瓣對消
傳統的副瓣對消功能基于FPFA平臺實現，編程和調試比較緩慢，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方法，采用通用化的設計思想、開放性的標準、可配置性的設計，滿足現代雷達系統小型化、綜合化、智能化的需求。
1 副瓣對消的基本原理
自適應數字副瓣對消技術實際是空間上的自適應濾波，使天線的方向性圖在有干擾方向呈現阻態特性，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不同的權系數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方差矩陣M，這是一個n×n的方陣，n為副天線的個數，再對主天線干擾采樣求出主副天線干擾的相關矢量R，R為1×n的列向量，設W為各副天線權系數矩陣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）得最佳權系數矢量：
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據處理中采用。MPC8640D具有工作主頻1.0GHz、64Kbyte L1指令/數據Cache、1MByte L2 Cache、采用AlteVec矢量處理技術及最高32GFlops處理能力。其功能框圖如圖2所示。
3 基于MPC8640D的副瓣對消設計與實現
基于MPC8640D的軟件設計采用C語言編程，調用Altivec矢量庫函數來實現副瓣對消自適應權值計算及自適應對消處理，完全可滿足系統實時性要求。本雷達采用4個副通道對4個主通道進行副瓣對消處理，數據通過率為32M浮點（復數點）。硬件系統框圖及資源分配如圖3所示。
預處理模塊接收雷達中頻AD采樣的雷達回波數據，完成通道數據的拆分和重組、數據的定點轉浮點運算和副瓣對消的權值計算。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對消處理，4個核的副瓣對消模塊代碼完全復用。對于其他雷達，可以根據通道數以及數據長度來增減硬件模塊實現。
軟件設計采用模塊化設計思想，為提高處理速度，程序架構采用并行處理架構。主程序流程圖如圖4。
如圖4所示，程序中任務與核綁定，任務之間采用信號量通信機制，實現多任務并行處理，充分發揮雙核的優勢。
4 結束語
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計與實現，采用模塊化的軟件設計，具有集成度高，可重構性強等優點，極大地節省了開發周期與設備成本。該方法在實際工程應用中通過率高達32M浮點（復數點），已經成功應用于多個雷達，并且正在雷達等系統的小型化電子設備中逐步推廣。
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VxWorks及其開發環境Tornado[M].北京：中國電力出版社，2001.
作者簡介
王艷麗（1981-），女，現為南京電子技術研究所工程師。研究方向為雷達信號處理。
竇澤華（1983-），男，現為南京電子技術研究所工程師。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，設計并實現了雷達副瓣對消功能。該工程應用具有設備成本低、軟件集成度高、可重構性強等優點，已經開始用于雷達系統的小型化電子設備中。
【關鍵詞】MPC8640D 高速處理器 副瓣對消
傳統的副瓣對消功能基于FPFA平臺實現，編程和調試比較緩慢，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方法，采用通用化的設計思想、開放性的標準、可配置性的設計，滿足現代雷達系統小型化、綜合化、智能化的需求。
1 副瓣對消的基本原理
自適應數字副瓣對消技術實際是空間上的自適應濾波，使天線的方向性圖在有干擾方向呈現阻態特性，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不同的權系數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方差矩陣M，這是一個n×n的方陣，n為副天線的個數，再對主天線干擾采樣求出主副天線干擾的相關矢量R，R為1×n的列向量，設W為各副天線權系數矩陣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）得最佳權系數矢量：
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據處理中采用。MPC8640D具有工作主頻1.0GHz、64Kbyte L1指令/數據Cache、1MByte L2 Cache、采用AlteVec矢量處理技術及最高32GFlops處理能力。其功能框圖如圖2所示。
3 基于MPC8640D的副瓣對消設計與實現
基于MPC8640D的軟件設計采用C語言編程，調用Altivec矢量庫函數來實現副瓣對消自適應權值計算及自適應對消處理，完全可滿足系統實時性要求。本雷達采用4個副通道對4個主通道進行副瓣對消處理，數據通過率為32M浮點（復數點）。硬件系統框圖及資源分配如圖3所示。
預處理模塊接收雷達中頻AD采樣的雷達回波數據，完成通道數據的拆分和重組、數據的定點轉浮點運算和副瓣對消的權值計算。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對消處理，4個核的副瓣對消模塊代碼完全復用。對于其他雷達，可以根據通道數以及數據長度來增減硬件模塊實現。
軟件設計采用模塊化設計思想，為提高處理速度，程序架構采用并行處理架構。主程序流程圖如圖4。
如圖4所示，程序中任務與核綁定，任務之間采用信號量通信機制，實現多任務并行處理，充分發揮雙核的優勢。
4 結束語
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計與實現，采用模塊化的軟件設計，具有集成度高，可重構性強等優點，極大地節省了開發周期與設備成本。該方法在實際工程應用中通過率高達32M浮點（復數點），已經成功應用于多個雷達，并且正在雷達等系統的小型化電子設備中逐步推廣。
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VxWorks及其開發環境Tornado[M].北京：中國電力出版社，2001.
作者簡介
王艷麗（1981-），女，現為南京電子技術研究所工程師。研究方向為雷達信號處理。
竇澤華（1983-），男，現為南京電子技術研究所工程師。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，設計并實現了雷達副瓣對消功能。該工程應用具有設備成本低、軟件集成度高、可重構性強等優點，已經開始用于雷達系統的小型化電子設備中。
【關鍵詞】MPC8640D 高速處理器 副瓣對消
傳統的副瓣對消功能基于FPFA平臺實現，編程和調試比較緩慢，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方法，采用通用化的設計思想、開放性的標準、可配置性的設計，滿足現代雷達系統小型化、綜合化、智能化的需求。
1 副瓣對消的基本原理
自適應數字副瓣對消技術實際是空間上的自適應濾波，使天線的方向性圖在有干擾方向呈現阻態特性，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不同的權系數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方差矩陣M，這是一個n×n的方陣，n為副天線的個數，再對主天線干擾采樣求出主副天線干擾的相關矢量R，R為1×n的列向量，設W為各副天線權系數矩陣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）得最佳權系數矢量：
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據處理中采用。MPC8640D具有工作主頻1.0GHz、64Kbyte L1指令/數據Cache、1MByte L2 Cache、采用AlteVec矢量處理技術及最高32GFlops處理能力。其功能框圖如圖2所示。
3 基于MPC8640D的副瓣對消設計與實現
基于MPC8640D的軟件設計采用C語言編程，調用Altivec矢量庫函數來實現副瓣對消自適應權值計算及自適應對消處理，完全可滿足系統實時性要求。本雷達采用4個副通道對4個主通道進行副瓣對消處理，數據通過率為32M浮點（復數點）。硬件系統框圖及資源分配如圖3所示。
預處理模塊接收雷達中頻AD采樣的雷達回波數據，完成通道數據的拆分和重組、數據的定點轉浮點運算和副瓣對消的權值計算。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對消處理，4個核的副瓣對消模塊代碼完全復用。對于其他雷達，可以根據通道數以及數據長度來增減硬件模塊實現。
軟件設計采用模塊化設計思想，為提高處理速度，程序架構采用并行處理架構。主程序流程圖如圖4。
如圖4所示，程序中任務與核綁定，任務之間采用信號量通信機制，實現多任務并行處理，充分發揮雙核的優勢。
4 結束語
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計與實現，采用模塊化的軟件設計，具有集成度高，可重構性強等優點，極大地節省了開發周期與設備成本。該方法在實際工程應用中通過率高達32M浮點（復數點），已經成功應用于多個雷達，并且正在雷達等系統的小型化電子設備中逐步推廣。
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VxWorks及其開發環境Tornado[M].北京：中國電力出版社，2001.
作者簡介
王艷麗（1981-），女，現為南京電子技術研究所工程師。研究方向為雷達信號處理。
竇澤華（1983-），男，現為南京電子技術研究所工程師。研究方向為雷達信號處理。
作者單位
南京電子技術研究所 江蘇省南京市 210039endprint
