TMC2310 DSP芯片在水下目标检测与参数估计中的应用

对目标进行检测、估计、跟踪是雷达与声纳应用的最终目的,其任务是对接收信号进行一定的处理、提取特征、分析识别,以检测目标的存在与否,进而通过对信号的处理与运算估计出目标的方位、距离与速度,实现定位和跟踪。对于水下目标的检测与参量估计有两种方式：一是对海洋声场进行监测,从接收信号中提取目标辐射噪声并进行识别与参量估计（即被动方式）;二是由声纳系统发射给定的序列信号（常用的有CW信号和FM信号等）,并对接收的回波信号进行检测与参量估计。由于海洋声场极其复杂多变,受温度、盐度、深度、梯度、水流、水域、季节、气候、风浪、温层、流层、界面的反射与折射等诸多因素的影响,使水声信道相当复杂,接收信号通常会畸变,并淹没在噪声之中。对水下目标实现实时、快速、准确、精确地检测与参量估计是声纳系统不断追求的目标。充分利用高性能的数字信号处理（DSP）器件及技术来实现具有良好特性的算法,将会显著提高检测目标的概率和参量估计的精度,从而推动声纳的发展与应用。

近二十年来,相继出现了许多重要的目标检测及参数估计算法,如分裂波束精确测向算法[2]、ARMA法[4]、MUSIC法[5]和ESPRIT法[6]等DOA估计方法,以及LMS算法[7]等自适应信号处理方法。这些算法的实现,大多需要通过一些通用的数学运算以及矩阵运算,并采用如FFT、IFFT等快速算法,而这些运算均可方便地利用TMC2310器件来实现。本文将对TMC2310芯片应用于水下目标的检测与估计进行介绍。

１ TMC2310简介

TMC2310是美TRW公司生产的高速度（实现一次基二蝶形运算仅需100ns）、多功能（共有16种运算功能）、可编程的专用数字信号处理（DSP）器件,其使用灵活、操共模电感器作方便、性价比高,可广泛应用于雷达、声纳、通讯及虚拟仪器等领域。

１．１ 主要特点

·可自动或手动地实现浮点块的溢出调整

·具有流水线及管道操作两种寻址方式

·用户可编程窗函数功能

·具有片内系数存储器

·具有两个算术运算单元

·19bit的运算精度及输出位宽

１．２ 主要功能

·可快速完成不加窗及加窗（实数窗或复数窗）的FFT及IFFT算法

·可同时构成两路并行的FIE滤波器（16～1024阶）

·可构成自适应FIR滤波器

·可进行实数、复数的乘及乘加运算

·可进行复数求模及阵列矢量的平方运算

·

１．３ 结构与管脚

TMC2310由两个算术单元（AE0、AE1）、片内系数ROM、控制逻辑单元和外部接口电路五个主要部分构成,其逻辑框图见图１。每个算术单元包括一个乘法序列电路和乘—加算术逻辑电路块。该芯片采用了88引脚的PGA封装形式。模压电感器

管电感器的功能和用途脚定义如下：

VDDVSS 电源输入引脚,采用单一＋5V供电

CLK 系统时钟输入引脚

读信号,低电平有效

写信号,低电平有效

SEMSEL 外部存储器选择信号输出引脚

SCEN 定标输出允许引脚

DONE 系统工作结束标志输出引脚

C塑封电感MD0～CMD1 控制命令输入引脚

W0～W16 双功能数据总线,用于输入窗函数、 滤波器系数及输出定标器的移位指数和最后一次溢出

AD0～AD9 外部数据存储器地址总线

RG0～RG18 实部双向数据总线

IM0～IM18 虚部双向数据总线

１．４ 配制寄存器

TMC2310片内有两个16bit的配制寄存器（CR1、CR2）,用来对TMC2310进行编程设置,其主要用途如下：

CR1 用来设定芯片的处理功能、转换长度、输出格式及定标方式;

CR2 主要用来设定寻址方式和变换路数（1～64路）。

２ 电路设计

由于TMC2310是可编程的专用DSP器件,我们用一片TMS320C25 DSP器件与之配合,采用主从结构、并行处理方式,加上外围共享存储器阵列对等组成处理模块。TMS320C25除对TMC2310进行编程及控制外,还以并行运算处理的方式完成一些后续处理及辅助运算（如数据抽取、积分等）。整个电路系统采用模块化设计,便于调试及扩展。信号处理模块原理框图如图2所示。

在图2中,TMC2310和TMS320C25之间设计了一个以乒乓方式工作的双口RAM阵列,其作用有四：（１）存放待处理的数据（实部数据放在REM块,虚部数据放在IMM块）;（２）存放TMC2310所需的系数或参数（放在WDM块）;（３）存放TMC2310的输出结果并作为TMC2310中间结果缓存;（４）构成TMS320C25的运算内存。为了便于构成系统及满足实时需要,用一片IDT7025双口RAM（8K×16）构成一个TMS320C25与外部共享的ＲＡＭ区,以便实时地与外部进行数据交换和通讯。这个双口ＲＡＭ区也以乒乓方式工作,以增强模块的宽容性。

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