專利名稱：：一種基于dsp的高速恒定虛警率檢測(cè)器及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種基于DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)的高速恒定虛警率(即CFAR)檢測(cè)器及其檢測(cè)方法，屬于雷達(dá)檢測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：雷達(dá)是軍事和民用領(lǐng)域中探測(cè)目標(biāo)的主要工具。雷達(dá)的主要任務(wù)就是在存在噪聲、雜波與干擾的背景中檢測(cè)并測(cè)量來自空中、地面或水面上的有用目標(biāo)，為各種作戰(zhàn)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的目標(biāo)信息。從本質(zhì)上來講，雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)問題就是對(duì)某一坐標(biāo)位置上的目標(biāo)信號(hào)“有”或“無”的判斷問題。在雷達(dá)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，通常是將自動(dòng)檢測(cè)和恒定虛警率(CFAR，constantfalsealarmrate)技術(shù)結(jié)合使用以保持在變化的雜波環(huán)境中獲得可預(yù)測(cè)的檢測(cè)性能和恒定的虛警率，使雷達(dá)在多變的背景信號(hào)中能夠維持虛警率的恒定。恒虛警檢測(cè)的好處是在檢測(cè)樣本之前不需要知道任何有關(guān)于背景噪聲的先驗(yàn)信息。這種虛警概率的穩(wěn)定性對(duì)于大多數(shù)的雷達(dá)，如搜索警戒雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、火控雷達(dá)等都是至關(guān)重要的，因此，CFAR檢測(cè)逐漸已經(jīng)成為現(xiàn)代雷達(dá)的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。上個(gè)世紀(jì)80年代以來，隨著信息技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的迅速進(jìn)展，超高速集成電路(VHSIC)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)技術(shù)得到了大幅度提高。低速、低可靠性的單片機(jī)以及小規(guī)模的集成電路已經(jīng)越來越不能滿足需要，正逐漸被DSP與可編程邏輯器件(如FPGA、CPLD)所取代。目前的CFAR檢測(cè)器有多種實(shí)現(xiàn)方法，主要實(shí)現(xiàn)方法包括PC軟件實(shí)現(xiàn)、DSP實(shí)現(xiàn)與FPGA實(shí)現(xiàn)。墨西哥國(guó)家天體物理實(shí)驗(yàn)室于2008年提出了一種在FPGA中快速實(shí)現(xiàn)CFAR的硬件結(jié)構(gòu)，具有很高的檢測(cè)速度；同年，阿爾及利亞研究與發(fā)展中心與國(guó)立理工學(xué)院合作研制了一款基于TMS320C6711的CFAR檢測(cè)器，其可應(yīng)用于經(jīng)典的脈沖壓縮雷達(dá)中并完成信號(hào)的實(shí)時(shí)處理；印度電子器件與雷達(dá)發(fā)展研究所2009年研制的基于ADSP21160的并行雷達(dá)處理機(jī)中成功實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)速度較高的CFAR檢測(cè)器。在雷達(dá)仿真應(yīng)用中，CFAR檢測(cè)器較多的利用PC軟件實(shí)現(xiàn)。在上述的實(shí)現(xiàn)CFAR的方法中，利用PC軟件實(shí)現(xiàn)CFAR檢測(cè)開發(fā)簡(jiǎn)單，但是速度通常不能達(dá)到實(shí)時(shí)處理的要求，而且不適于應(yīng)用于大規(guī)模的雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)中；利用FPGA實(shí)現(xiàn)CFAR處理具有很高的處理速度，但是具有開發(fā)難度大，周期長(zhǎng)與靈活性差等缺點(diǎn)；利用普通的DSP實(shí)現(xiàn)CFAR處理也難以保證實(shí)時(shí)處理，只有采用高性能的內(nèi)部并行度高的DSP才能兼顧C(jī)FAR處理的實(shí)時(shí)性與靈活性。目前，我國(guó)的CFAR檢測(cè)技術(shù)的研究大多停留于理論階段，將CFAR檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工作中去是十分重要的，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于高速DSP(AD公司出品的ADSP-TS201TigerSHARC)的CFAR檢測(cè)器，該CFAR檢測(cè)器利用CA(cellaverage)-CFAR檢測(cè)方法，以500MHz為工作時(shí)鐘，具有超高的檢測(cè)速度，可以滿足現(xiàn)階段幾乎所有雷達(dá)的數(shù)據(jù)檢測(cè)的實(shí)時(shí)處理。
發(fā)明內(nèi)容1、目的本發(fā)明的目的在于提供一種基于DSP的高速恒定虛警率檢測(cè)器及其檢測(cè)方法，它通過TS201的匯編語言實(shí)現(xiàn)該檢測(cè)器的功能，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。2、技術(shù)方案(1)見圖1所示，本發(fā)明一種基于DSP(即數(shù)字信號(hào)處理器)的高速恒定虛警率檢測(cè)器，它是由滑窗模塊、檢測(cè)門限計(jì)算模塊與信號(hào)檢測(cè)模塊組成，它們之間的位置連接關(guān)系、信號(hào)走向是被檢測(cè)信號(hào)首先進(jìn)入滑窗模塊，經(jīng)由滑窗模塊篩選出檢測(cè)單元、保護(hù)單元與參考單元，然后經(jīng)由檢測(cè)門限計(jì)算模塊計(jì)算出所需的檢測(cè)門限，最后由信號(hào)檢測(cè)模塊判定檢測(cè)單元中是否存在目標(biāo)。所述滑窗模塊是由DSP內(nèi)部的一系列取址單元和移位寄存器構(gòu)成。它的功能是確定連續(xù)的待檢測(cè)信號(hào)中的檢測(cè)單元、保護(hù)單元與參考單元，取出它們的值用于后續(xù)的計(jì)算檢測(cè)門限與信號(hào)檢測(cè)，同時(shí)滑窗模塊也具有滑動(dòng)功能，因此可以保證信號(hào)的連續(xù)檢測(cè)；所述檢測(cè)門限計(jì)算模塊是由DSP內(nèi)部的加法器與乘法器構(gòu)成。它的功能是利用滑窗模塊提取出的參考單元的數(shù)據(jù)，利用下式實(shí)時(shí)的計(jì)算信號(hào)的檢測(cè)門限。其中T是所需的檢測(cè)門限，Xi是參考單元，N為參考單元的數(shù)量，^^為系統(tǒng)所要求保證的恒定虛警律；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>所述信號(hào)檢測(cè)模塊是由一個(gè)比較器與數(shù)據(jù)記錄單元構(gòu)成。它的功能是檢測(cè)樣本中是否存在目標(biāo)。其中比較器用于判定檢測(cè)樣本中是否存在目標(biāo)，若檢測(cè)單元超過了檢測(cè)門限，則系統(tǒng)判定樣本中目標(biāo)存在，反之，判定目標(biāo)不存在。數(shù)據(jù)記錄單元?jiǎng)t用于當(dāng)判定檢測(cè)樣本中存在目標(biāo)的情況下，記錄目標(biāo)所在的位置。該檢測(cè)器的工作原理介紹如下首先系統(tǒng)接收待檢測(cè)信號(hào)，由滑窗模塊提取出檢測(cè)單元、保護(hù)單元與參考單元然后將數(shù)據(jù)送給檢測(cè)門限計(jì)算模塊，由檢測(cè)門限計(jì)算模塊計(jì)算出對(duì)于本次檢測(cè)單元的檢測(cè)門限，最后經(jīng)由信號(hào)檢測(cè)模塊判定檢測(cè)單元中是否存在目標(biāo)，并記錄目標(biāo)位置。完成一次數(shù)據(jù)檢測(cè)后，滑窗模塊將自動(dòng)移位，以保證檢測(cè)的連續(xù)進(jìn)行。本檢測(cè)器是以AD公司出品的高速DSPADSP-TS201TigerSHARC為工作平臺(tái)，系統(tǒng)工作時(shí)鐘高達(dá)500MHz，平均指令周期僅為2ns。該檢測(cè)器可以同時(shí)完成雙路數(shù)據(jù)的檢測(cè)，檢測(cè)雙路256點(diǎn)數(shù)據(jù)耗時(shí)5.37us，平均完成每點(diǎn)檢測(cè)的時(shí)間為10.5ns。在保證一定的檢測(cè)概率的同時(shí)，可以提供恒定的虛警概率，其檢測(cè)速度可以滿足現(xiàn)今幾乎所有雷達(dá)的數(shù)據(jù)檢測(cè)要求。它采用TS201提供的匯編語言實(shí)現(xiàn)。匯編語言可以充分的利用TS201的內(nèi)部資源，提高系統(tǒng)的指令執(zhí)行效率與并行度，比常用的利用C語言實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)工作效率提高了約1倍。(2)本發(fā)明一種基于數(shù)字信號(hào)處理器的高速恒定虛警率檢測(cè)器的檢測(cè)方法，該方法具體步驟如下步驟一確定恒定的虛警概率與參考單元的數(shù)量，根據(jù)公式計(jì)算能保證恒定的虛警概率的檢測(cè)門限，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷目標(biāo)存在與否。該檢測(cè)器采用滑窗式CA(Cellaverage)-CFAR檢測(cè)方式，可以通過檢測(cè)單元周圍的參考單元實(shí)時(shí)的計(jì)算檢測(cè)門限。在圖1中，待檢測(cè)單元位于參考窗的中心，保護(hù)單元(為排除目標(biāo)能量泄露導(dǎo)致的漏警情況)與參考單元分別分布于檢測(cè)單元兩側(cè)。在檢測(cè)過程中，系統(tǒng)剔除檢測(cè)單元的保護(hù)單元，通過參考單元實(shí)時(shí)的估計(jì)檢測(cè)門限。檢測(cè)門限的計(jì)算方法如下式所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中Pw為要求的恒虛警概率，N為選定的參考單元數(shù)，α為乘積系數(shù)。這樣，如果確定了恒定的虛警概率與參考單元的數(shù)量，我們就可以根據(jù)上式計(jì)算出能保證恒定的虛警概率的檢測(cè)門限。若檢測(cè)單元超過了檢測(cè)門限，則視為目標(biāo)存在于檢測(cè)單元中，反之，則目標(biāo)不存在。步驟二計(jì)算下一個(gè)測(cè)試單元的檢測(cè)門限。其實(shí)現(xiàn)方法是觀察本次檢測(cè)門限與下次檢測(cè)門限的計(jì)算過程中的數(shù)據(jù)變化，利用滑動(dòng)參考窗的方法，在將所有的參考單元重新求和的基礎(chǔ)上，加上滑入的參考單元并且減去滑出的參考單元，如圖2所示。這樣做的好處是不論參考單元的數(shù)目是多少，計(jì)算檢測(cè)門限的時(shí)間都是固定的，而且大大低于將所有參考單元重新求和的時(shí)間。步驟三利用TS201完成SIMD(單指令多數(shù)據(jù)流)處理模式。由于本檢測(cè)器TS201中存在利用一條指令控制兩套計(jì)算單元的控制機(jī)制，因此，使用該種指令完成SIMD處理模式。即利用一套指令使兩套計(jì)算單元執(zhí)行一樣的功能。使用兩套計(jì)算單元分別完成同樣的數(shù)據(jù)檢測(cè)功能，區(qū)別僅僅在于檢測(cè)數(shù)據(jù)的地址不同，即完成了兩路數(shù)據(jù)的檢測(cè)，使本檢測(cè)器具有同時(shí)檢測(cè)雙路數(shù)據(jù)的功能。步驟四利用TS201的分支預(yù)測(cè)機(jī)制，預(yù)測(cè)和判斷目標(biāo)存在與否。本檢測(cè)器在檢測(cè)目標(biāo)存在與否的時(shí)候引入了分支預(yù)測(cè)機(jī)制。TS201中提供了強(qiáng)大的分支預(yù)測(cè)機(jī)制，一旦預(yù)測(cè)命中，將大大提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率，但系統(tǒng)不命中的情況下也將帶來10-20個(gè)時(shí)鐘周期的消耗。在使用分支預(yù)測(cè)機(jī)制時(shí)必須制定某種即將發(fā)生的事件，對(duì)于本檢測(cè)器的情況，由于在檢測(cè)序列中目標(biāo)數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于噪聲的數(shù)量，將即將發(fā)生的事件預(yù)測(cè)為目標(biāo)不存在，這樣所預(yù)測(cè)的事件發(fā)生的次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)測(cè)失敗的情況，這就大大的提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率。步驟五在尋址連續(xù)的4個(gè)樣本數(shù)據(jù)時(shí)采用DAB(數(shù)據(jù)排隊(duì)緩沖)操作。DAB操作可以在兩個(gè)時(shí)鐘周期之內(nèi)使系統(tǒng)來尋址未對(duì)齊的連續(xù)的四個(gè)樣本數(shù)據(jù)，DAB操作的具體實(shí)現(xiàn)方式如圖3與4所示。圖3和圖4分別說明了排隊(duì)和未排隊(duì)的數(shù)據(jù)訪問情況。當(dāng)按照四字對(duì)齊訪問存儲(chǔ)器時(shí)，可以看到DAB不對(duì)數(shù)據(jù)排隊(duì)，X-DAB內(nèi)容不變。而當(dāng)對(duì)未排隊(duì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問時(shí)，如圖4中四字加載wordlWord4，首先需要進(jìn)行一次讀操作來初始化DAB，清除前面的數(shù)據(jù)，并載入連續(xù)的第一個(gè)正確數(shù)據(jù)。DAB自動(dòng)決定來自地址指針的最近的四字邊界，并從存儲(chǔ)器中讀入正確的四字載入。換句話說，對(duì)未排隊(duì)數(shù)據(jù)，DAB訪問需執(zhí)行兩個(gè)相同的操作先在最近的四字邊界加載，再加載正確的值。步驟六本檢測(cè)器在檢測(cè)的過程中，為了提高處理效率，盡可能的提高指令的并行度。其具體做法如表1與表2所示后列表1中是完成一個(gè)樣本檢測(cè)所需要的所有操作?？紤]到在TS201中，每個(gè)時(shí)鐘周期系統(tǒng)可以并行的執(zhí)行4條指令，為了盡量提高指令的并行度且不影響前后的處理關(guān)系，將檢測(cè)一次樣本的指令組織如后列表2左所示。為了進(jìn)一步的提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率，建立了一條軟件流水線，其流水線深度為20個(gè)時(shí)鐘周期，如后列表2右所示，系統(tǒng)的執(zhí)行效率在此基礎(chǔ)上又提高了約100%。3、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及功效在于該檢測(cè)器以經(jīng)典的CA-CFAR為理論基礎(chǔ)，在完成數(shù)據(jù)檢測(cè)的過程中可以提供恒定的虛警概率，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的恒虛警檢測(cè)；該裝置采用可編程器件DSP為數(shù)字信號(hào)處理核心器件，具有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性；系統(tǒng)工作時(shí)鐘為500MHz，單指令周期時(shí)間為2ns，系統(tǒng)具有超高的檢測(cè)速度，單點(diǎn)檢測(cè)時(shí)間為10.5ns，可以滿足現(xiàn)今幾乎所有雷達(dá)的CFAR檢測(cè)；本文同時(shí)提出了一種在TS201上優(yōu)化算法的方法與思想，可以推廣到其它數(shù)字信號(hào)處理算法中。圖1是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CA-CFAR的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是兩次滑窗CFAR過程中數(shù)據(jù)的變化方式圖。圖3排隊(duì)的數(shù)據(jù)的DAB訪問示意圖。圖4未排隊(duì)的數(shù)據(jù)的DAB訪問示意圖。圖5是本CA-CFAR檢測(cè)器的檢測(cè)門限動(dòng)態(tài)變化示意圖。圖6是本CA-CFAR檢測(cè)器的虛警概率示意圖。圖1中符號(hào)說明如下Z所有參考單元的求和；α乘積因子；圖3中符號(hào)說明如下XR3:TS201中的計(jì)算寄存器；XR2:TS201中的計(jì)算寄存器；XRl:TS201中的計(jì)算寄存器；XRO:TS201中的計(jì)算寄存器；X-DAB數(shù)據(jù)排隊(duì)緩沖X；圖4中符號(hào)說明如下XR3:TS201中的計(jì)算寄存器；XR2:TS201中的計(jì)算寄存器；XRl:TS201中的計(jì)算寄存器；X-DAB數(shù)據(jù)排隊(duì)緩沖X；具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種基于DSP(即數(shù)字信號(hào)處理器)的高速恒定虛警率檢測(cè)器，它是由滑窗模塊、檢測(cè)門限計(jì)算模塊與信號(hào)檢測(cè)模塊組成，它們之間的位置連接關(guān)系、信號(hào)走向是被檢測(cè)信號(hào)首先進(jìn)入滑窗模塊，經(jīng)由滑窗模塊篩選出檢測(cè)單元、保護(hù)單元與參考單元，然后經(jīng)由檢測(cè)門限計(jì)算模塊計(jì)算出所需的檢測(cè)門限，最后由信號(hào)檢測(cè)模塊判定檢測(cè)單元中是否存在目標(biāo)。所述滑窗模塊是由DSP內(nèi)部的一系列取址單元和移位寄存器構(gòu)成。它的功能是確定連續(xù)的待檢測(cè)信號(hào)中的檢測(cè)單元、保護(hù)單元與參考單元，取出它們的值用于后續(xù)的計(jì)算檢測(cè)門限與信號(hào)檢測(cè)，同時(shí)滑窗模塊也具有滑動(dòng)功能，因此可以保證信號(hào)的連續(xù)檢測(cè)；所述檢測(cè)門限計(jì)算模塊是由DSP內(nèi)部的加法器與乘法器構(gòu)成。它的功能是利用滑窗模塊提取出的參考單元的數(shù)據(jù)，利用下式實(shí)時(shí)的計(jì)算信號(hào)的檢測(cè)門限。其中T是所需的檢測(cè)門限，Xi是參考單元，N為參考單元的數(shù)量，^^為系統(tǒng)所要求保證的恒定虛警律；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>所述信號(hào)檢測(cè)模塊是由一個(gè)比較器與數(shù)據(jù)記錄單元構(gòu)成。它的功能是檢測(cè)樣本中是否存在目標(biāo)。其中比較器用于判定檢測(cè)樣本中是否存在目標(biāo)，若檢測(cè)單元超過了檢測(cè)門限，則系統(tǒng)判定樣本中目標(biāo)存在，反之，判定目標(biāo)不存在。數(shù)據(jù)記錄單元?jiǎng)t用于當(dāng)判定檢測(cè)樣本中存在目標(biāo)的情況下，記錄目標(biāo)所在的位置。本發(fā)明一種基于數(shù)字信號(hào)處理器的高速恒定虛警率檢測(cè)器的檢測(cè)方法，該方法具體步驟如下步驟一確定恒定的虛警概率與參考單元的數(shù)量，根據(jù)公式計(jì)算能保證恒定的虛警概率的檢測(cè)門限，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷目標(biāo)存在與否。該檢測(cè)器采用滑窗式CA(Cellaverage)-CFAR檢測(cè)方式，可以通過檢測(cè)單元周圍的參考單元實(shí)時(shí)的計(jì)算檢測(cè)門限。在圖1中，待檢測(cè)單元位于參考窗的中心，保護(hù)單元(為排除目標(biāo)能量泄露導(dǎo)致的漏警情況)與參考單元分別分布于檢測(cè)單元兩側(cè)。在檢測(cè)過程中，系統(tǒng)剔除檢測(cè)單元的保護(hù)單元，通過參考單元實(shí)時(shí)的估計(jì)檢測(cè)門限。檢測(cè)門限的計(jì)算方法如下式所示n一_VNnt=cc^xi={pfa~1)Λ!χ/ι=1I=I其中:Fm為要求的恒虛警概率，N為選定的參考單元數(shù)，α為乘積系數(shù)。這樣，如果確定了恒定的虛警概率與參考單元的數(shù)量，我們就可以根據(jù)上式計(jì)算出能保證恒定的虛警概率的檢測(cè)門限。若檢測(cè)單元超過了檢測(cè)門限，則視為目標(biāo)存在于檢測(cè)單元中，反之，則目標(biāo)不存在。步驟二計(jì)算下一個(gè)測(cè)試單元的檢測(cè)門限。其實(shí)現(xiàn)方法是觀察本次檢測(cè)門限與下次檢測(cè)門限的計(jì)算過程中的數(shù)據(jù)變化，利用滑動(dòng)參考窗的方法，在將所有的參考單元重新求和的基礎(chǔ)上，加上滑入的參考單元并且減去滑出的參考單元，如圖2所示。這樣做的好處是不論參考單元的數(shù)目是多少，計(jì)算檢測(cè)門限的時(shí)間都是固定的，而且大大低于將所有參考單元重新求和的時(shí)間。步驟三利用TS201完成SIMD(單指令多數(shù)據(jù)流)處理模式。由于本檢測(cè)器TS201中存在利用一條指令控制兩套計(jì)算單元的控制機(jī)制，因此，使用該種指令完成SIMD處理模式。即利用一套指令使兩套計(jì)算單元執(zhí)行一樣的功能。使用兩套計(jì)算單元分別完成同樣的數(shù)據(jù)檢測(cè)功能，區(qū)別僅僅在于檢測(cè)數(shù)據(jù)的地址不同，即完成了兩路數(shù)據(jù)的檢測(cè)，使本檢測(cè)器具有同時(shí)檢測(cè)雙路數(shù)據(jù)的功能。步驟四利用TS201的分支預(yù)測(cè)機(jī)制，預(yù)測(cè)和判斷目標(biāo)存在與否。本檢測(cè)器在檢測(cè)目標(biāo)存在與否的時(shí)候引入了分支預(yù)測(cè)機(jī)制。TS201中提供了強(qiáng)大的分支預(yù)測(cè)機(jī)制，一旦預(yù)測(cè)命中，將大大提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率，但系統(tǒng)不命中的情況下也將帶來10-20個(gè)時(shí)鐘周期的消耗。在使用分支預(yù)測(cè)機(jī)制時(shí)必須制定某種即將發(fā)生的事件，對(duì)于本檢測(cè)器的情況，由于在檢測(cè)序列中目標(biāo)數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于噪聲的數(shù)量，將即將發(fā)生的事件預(yù)測(cè)為目標(biāo)不存在，這樣所預(yù)測(cè)的事件發(fā)生的次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)測(cè)失敗的情況，這就大大的提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率。步驟五在尋址連續(xù)的4個(gè)樣本數(shù)據(jù)時(shí)采用DAB(數(shù)據(jù)排隊(duì)緩沖)操作。DAB操作可以在兩個(gè)時(shí)鐘周期之內(nèi)使系統(tǒng)來尋址未對(duì)齊的連續(xù)的四個(gè)樣本數(shù)據(jù)，DAB操作的具體實(shí)現(xiàn)方式如圖3與4所示。圖3與圖4分別說明了排隊(duì)和未排隊(duì)的數(shù)據(jù)訪問情況。當(dāng)按照四字對(duì)齊訪問存儲(chǔ)器時(shí)，可以看到DAB不對(duì)數(shù)據(jù)排隊(duì)，X-DAB內(nèi)容不變。而當(dāng)對(duì)未排隊(duì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問時(shí)，如圖4中四字加載wordlWord4，首先需要進(jìn)行一次讀操作來初始化DAB，清除前面的數(shù)據(jù)，并載入連續(xù)的第一個(gè)正確數(shù)據(jù)。DAB自動(dòng)決定來自地址指針的最近的四字邊界，并從存儲(chǔ)器中讀入正確的四字載入。換句話說，對(duì)未排隊(duì)數(shù)據(jù)，DAB訪問需執(zhí)行兩個(gè)相同的操作先在最近的四字邊界加載，再加載正確的值。步驟六本檢測(cè)器在檢測(cè)的過程中，為了提高處理效率，盡可能的提高指令的并行度。其具體做法如表1與表2所示后列表1中是完成一個(gè)樣本檢測(cè)所需要的所有操作?？紤]到在TS201中，每個(gè)時(shí)鐘周期系統(tǒng)可以并行的執(zhí)行4條指令，為了盡量提高指令的并行度且不影響前后的處理關(guān)系，將檢測(cè)一次樣本的指令組織如后列表2左所示。為了進(jìn)一步的提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率，建立了一條軟件流水線，其流水線深度為20個(gè)時(shí)鐘周期，如后列表2右所示，系統(tǒng)的執(zhí)行效率在此基礎(chǔ)上又提高了約100。下面再結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。本CFAR檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，在檢測(cè)單元周圍選取一定數(shù)量的參考單元用以實(shí)時(shí)的估計(jì)檢測(cè)門限，然后與檢測(cè)單元相比較，如果檢測(cè)單元超過了檢測(cè)門限，則認(rèn)為該單元存在目標(biāo)，否則認(rèn)為目標(biāo)不存在。為防止主板能量泄露到鄰近的單元中，在檢測(cè)單元周圍通常取一定數(shù)量的保護(hù)單元，在估計(jì)參考門限時(shí)，需要將檢測(cè)單元剔除。在本系統(tǒng)中我們?nèi)⒖紗卧膫€(gè)數(shù)N為16，保護(hù)單元個(gè)數(shù)為6，如圖1所示。本系統(tǒng)的核心處理器選用AD公司出品的ADSP-201TigerSHARC(TS201)，該處理器是高性能DSP的代表之一，其內(nèi)部采用超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)與超標(biāo)量技術(shù)。其指令長(zhǎng)度為32位，內(nèi)部總線寬度為128位，因此在一個(gè)周期內(nèi)TS201可以并行的執(zhí)行4條指令。其內(nèi)部具有兩個(gè)ALU與乘法器，這使得我們可以同時(shí)完成兩組數(shù)據(jù)的CFAR處理。下面我們討論CA-CFAR在TS201的具體實(shí)現(xiàn)方法。如圖1所示，我們將CA-CFAR的保護(hù)單元個(gè)數(shù)取為3個(gè)，將參考單元個(gè)數(shù)取為16個(gè)。我們?cè)跈z測(cè)每一個(gè)樣本時(shí)，均需要求得所有參考單元的和，然后再乘以一個(gè)系數(shù)得到檢測(cè)門限。顯然，每次檢測(cè)時(shí)都將16個(gè)參考單元重新求和并不是一個(gè)好的辦法。因此我們采用滑動(dòng)檢測(cè)窗的方式來檢測(cè)。圖2給出了相鄰兩點(diǎn)兩次檢測(cè)的數(shù)據(jù)變化，觀察圖2可以發(fā)現(xiàn)，其實(shí)每次滑窗只需在上一次求和的基礎(chǔ)上加上兩個(gè)新滑入的數(shù)據(jù)單元，再減去兩個(gè)滑出的單元即可，這使我們可以不必每次都將所有的參考單元重新求和，只需要考慮每次檢測(cè)窗的數(shù)據(jù)變化。但是這四個(gè)樣本數(shù)據(jù)的地址并不連續(xù)，因此我們不能使用雙字或四字操作(TS201提供一次尋址雙字或四字的操作)在一個(gè)周期完成。注意到要完成檢測(cè)還需要取檢測(cè)單元x(n+12)，而x(n+12)x(n+15)為連續(xù)四字，我們可以通過TS201提供的指令一次尋址這連續(xù)的四個(gè)數(shù)據(jù)。但在TS201S中，雙字、四字寄存器加載或存儲(chǔ)訪問時(shí)，存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)排隊(duì)非常重要，也就是雙寄存器載入或存儲(chǔ)必須使用一個(gè)可被2整除的地址指針(雙字對(duì)齊)；同樣，四字寄存器載入或存儲(chǔ)必須使用一個(gè)可被4整除的地址指針(四字對(duì)齊)。在我們滑動(dòng)檢測(cè)窗時(shí)，x(n+12)的地址只有1/4的概率滿足四字對(duì)齊，而對(duì)于這種情況，TS201S提供了一種特殊的尋址方式數(shù)據(jù)排隊(duì)緩沖(DAB)訪問。在TS201S中，每個(gè)計(jì)算塊都為訪問未排隊(duì)的數(shù)據(jù)提供了一個(gè)相關(guān)的數(shù)據(jù)排隊(duì)緩沖(X-DAB和Y-DAB)。使用DAB程序可以執(zhí)行一個(gè)對(duì)未排隊(duì)的四字?jǐn)?shù)據(jù)(四個(gè)word或八個(gè)shortword)的存儲(chǔ)器訪問，并把數(shù)據(jù)載入到另外四個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中。DAB實(shí)際上為一個(gè)四字FIFO(先入先出)，其使用單個(gè)四字緩沖區(qū)保存跨越四字邊界的數(shù)據(jù)，并用來把FIFO的數(shù)據(jù)和當(dāng)前的四字訪問數(shù)據(jù)載入寄存器。圖3和圖4分別說明了排隊(duì)和未排隊(duì)的數(shù)據(jù)訪問情況。當(dāng)按照四字對(duì)齊訪問存儲(chǔ)器時(shí)，可以看到DAB不對(duì)數(shù)據(jù)排隊(duì)，X-DAB內(nèi)容不變。而當(dāng)對(duì)未排隊(duì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問時(shí)，如圖4中四字加載wordlword4，首先需要進(jìn)行一次讀操作來初始化DAB，清除前面的數(shù)據(jù)，并載入連續(xù)的第一個(gè)正確數(shù)據(jù)。DAB自動(dòng)決定來自地址指針的最近的四字邊界，并從存儲(chǔ)器中讀入正確的四字載入。換句話說，對(duì)未排隊(duì)數(shù)據(jù)，DAB訪問需執(zhí)行兩個(gè)相同的操作先在最近的四字邊界加載，再加載正確的值。因此對(duì)于一次滑窗操作中需執(zhí)行五次寄存器加載操作χ(η)、x(n+23)、x(n+9)、和兩次DAB加載x(n+12)x(n+15)。接下來考慮SIMD(單指令多數(shù)據(jù)流)，由于TS201中包含兩個(gè)并行的計(jì)算單元，因此我們可以充分利用TS201中的內(nèi)部計(jì)算單元，使TS201中的兩個(gè)計(jì)算單元并行工作，使該檢測(cè)器可以同時(shí)完成兩路數(shù)據(jù)的檢測(cè)。完成一次雙路數(shù)據(jù)的檢測(cè)所需要的所有操作如下表1所示。表1完成雙路數(shù)據(jù)檢測(cè)所需所有操作<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>助記符操作Τ4取通道2的數(shù)據(jù)x(n+15)~雙通道的上次求和結(jié)果+x(n+23)~D1雙通道的Al-x(η)12雙通道的Dl+x(η+8)~D2雙通道的A2-χ(η+15)雙通道的D2*系數(shù)Comp雙通道的M與χ(η+12)相比較~V調(diào)整雙通道的數(shù)據(jù)Detectl通過XSTAT的結(jié)果檢測(cè)通道1是否存在目標(biāo)Detect2通過XSTAT的結(jié)果檢測(cè)通道2是否存在目標(biāo)由于DSP操作的相關(guān)性，各操作的執(zhí)行序列及數(shù)據(jù)相關(guān)性導(dǎo)致的延時(shí)如表二左所7J\ο從后列表二左可以看到，雖然分別使用JALU(J算術(shù)邏輯單元)和KALU(K算術(shù)邏輯單元)兩個(gè)來加載兩路待檢測(cè)數(shù)據(jù)，由于大多數(shù)情況下，兩路待檢測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)放在同一個(gè)MemoryBlock中，考慮到這種情況，不應(yīng)在同一周期執(zhí)行FX和FY的加載操作，以防止總線沖突引入的延遲。受此限制，SIMD方式下每滑窗一個(gè)數(shù)據(jù)單元，至少需要20個(gè)時(shí)鐘周期。另外，對(duì)于在Comp比較操作，完成后分別根據(jù)XSTAT和YSTAT的結(jié)果執(zhí)行Detectl和Detect2操作。由于只有當(dāng)檢測(cè)到目標(biāo)存在后才會(huì)執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，這里我們利用了TS201提供的分支目標(biāo)緩沖(BTB)與分支預(yù)測(cè)機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化。如果系統(tǒng)預(yù)測(cè)正確，將減小TS201的系統(tǒng)開銷。由于在一組數(shù)據(jù)的檢測(cè)中，目標(biāo)數(shù)量很少，因此檢出目標(biāo)的概率比較低，因此Detectl和Detect2應(yīng)預(yù)測(cè)為不發(fā)生(NP)。本檢測(cè)器應(yīng)用了軟件流水的并行指令結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，安排如后列表2右所示，其中流水線深度為兩級(jí)單元滑窗處理，完成一次滑窗CFAR操作需要10個(gè)時(shí)鐘周期，效率提高了約100%。平均完成每點(diǎn)數(shù)據(jù)檢測(cè)僅需要10.5ns，這使得該檢測(cè)器可以應(yīng)用于現(xiàn)今幾乎所有雷達(dá)的信號(hào)檢測(cè)中，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。表2CFAR檢測(cè)器的并行指令優(yōu)化周期IJALUKALUALUMAC排序器~FXO<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>圖5給出了本檢測(cè)器的CFAR檢測(cè)性能，在圖5中，實(shí)線表示檢測(cè)信號(hào)，虛線表示我們實(shí)時(shí)計(jì)算得到的檢測(cè)門限，可以看到，僅僅存在目標(biāo)的樣本單元超過了檢測(cè)門限，其它干擾均在檢測(cè)門限以下，因此該CFAR檢測(cè)器可以成功的檢測(cè)出被干擾的信號(hào)；圖6給出了完成IO8次蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)后得到的結(jié)果，實(shí)線是理論的虛警率值，虛線是我們的CFAR檢測(cè)器的統(tǒng)計(jì)虛警率值，可以觀察得到本系統(tǒng)實(shí)際的虛警概率與理論值相當(dāng)吻合，具有良好的恒虛警性。根據(jù)本發(fā)明，用匯編語言語言在TS201上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款高速CFAR檢測(cè)器并提出了一種并行優(yōu)化數(shù)字信號(hào)處理的方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)>檢測(cè)速度高，性能卓越，有良好的恒虛警性。>利用軟件與硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，用戶可以靈活修改。>本系統(tǒng)中優(yōu)化CFAR的算法可以推廣到其他數(shù)字信號(hào)處理算法中?？梢?，利用TS201設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的CFAR檢測(cè)器有很高的應(yīng)用價(jià)值，可以應(yīng)用于軍用雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)中，同時(shí)也可以在民用數(shù)據(jù)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮很大作用，有良好的發(fā)展空間。權(quán)利要求一種基于DSP的高速恒定虛警率檢測(cè)器，其特征在于，它是由滑窗模塊、檢測(cè)門限計(jì)算模塊與信號(hào)檢測(cè)模塊組成，它們之間的位置連接關(guān)系、信號(hào)走向是被檢測(cè)信號(hào)首先進(jìn)入滑窗模塊，經(jīng)由滑窗模塊篩選出檢測(cè)單元、保護(hù)單元與參考單元，然后經(jīng)由檢測(cè)門限計(jì)算模塊計(jì)算出所需的檢測(cè)門限，最后由信號(hào)檢測(cè)模塊判定檢測(cè)單元中是否存在目標(biāo)；所述滑窗模塊是由數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)部的取址單元和移位寄存器構(gòu)成；它的功能是確定連續(xù)的待檢測(cè)信號(hào)中的檢測(cè)單元、保護(hù)單元與參考單元，取出它們的值用于后續(xù)的計(jì)算檢測(cè)門限與信號(hào)檢測(cè)，同時(shí)滑窗模塊也具有滑動(dòng)功能，因此可以保證信號(hào)的連續(xù)檢測(cè)；所述檢測(cè)門限計(jì)算模塊是由數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)部的加法器與乘法器構(gòu)成；它的功能是利用滑窗模塊提取出的參考單元的數(shù)據(jù)，利用下式實(shí)時(shí)的計(jì)算信號(hào)的檢測(cè)門限；<mrow><mi>T</mi><mo>=</mo><mi>α</mi><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><msup><msub><mover><mi>P</mi><mo>‾</mo></mover><mi>FA</mi></msub><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mi>N</mi></mrow></msup><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub></mrow>其中，T是所需的檢測(cè)門限，xi是參考單元，N為參考單元的數(shù)量，為系統(tǒng)所要求保證的恒定虛警律；所述信號(hào)檢測(cè)模塊是由一個(gè)比較器與數(shù)據(jù)記錄單元構(gòu)成；它的功能是檢測(cè)樣本中是否存在目標(biāo)；其中比較器用于判定檢測(cè)樣本中是否存在目標(biāo)，若檢測(cè)單元超過了檢測(cè)門限，則系統(tǒng)判定樣本中目標(biāo)存在，反之，判定目標(biāo)不存在；數(shù)據(jù)記錄單元?jiǎng)t用于當(dāng)判定檢測(cè)樣本中存在目標(biāo)的情況下，記錄目標(biāo)所在的位置。FSA00000116898400012.tif2.一種基于DSP的高速恒定虛警率檢測(cè)器的檢測(cè)方法，其特征在于，該方法具體步驟如下步驟一確定恒定的虛警概率與參考單元的數(shù)量，根據(jù)公式計(jì)算能保證恒定的虛警概率的檢測(cè)門限，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷目標(biāo)存在與否；該檢測(cè)器采用滑窗式即CA(cellaverage)-CFAR檢測(cè)方式，可以通過檢測(cè)單元周圍的參考單元實(shí)時(shí)的計(jì)算檢測(cè)門限；待檢測(cè)單元位于參考窗的中心，保護(hù)單元與參考單元分別分布于檢測(cè)單元兩側(cè)，在檢測(cè)過程中，系統(tǒng)剔除檢測(cè)單元的保護(hù)單元，通過參考單元實(shí)時(shí)的估計(jì)檢測(cè)門限；檢測(cè)門限的計(jì)算方法如下式所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，Pa為要求的恒虛警概率，N為選定的參考單元數(shù)，a為乘積系數(shù)；確定了恒定的虛警概率與參考單元的數(shù)量，就可以根據(jù)上式計(jì)算出能保證恒定的虛警概率的檢測(cè)門限；若檢測(cè)單元超過了檢測(cè)門限，則視為目標(biāo)存在于檢測(cè)單元中，反之，則目標(biāo)不存在；步驟二計(jì)算下一個(gè)測(cè)試單元的檢測(cè)門限；其實(shí)現(xiàn)方法是觀察本次檢測(cè)門限與下次檢測(cè)門限的計(jì)算過程中的數(shù)據(jù)變化，利用滑動(dòng)參考窗的方法，在將所有的參考單元重新求和的基礎(chǔ)上，加上滑入的參考單元并且減去滑出的參考單元，該做法是不論參考單元的數(shù)目是多少，計(jì)算檢測(cè)門限的時(shí)間都是固定的，而且大大低于將所有參考單元重新求和的時(shí)間；步驟三利用TS201完成SIMD即單指令多數(shù)據(jù)流處理模式；本檢測(cè)器TS201中存在利用一條指令控制兩套計(jì)算單元的控制機(jī)制，因此使用該種指令完成SIMD處理模式；即利用一套指令使兩套計(jì)算單元執(zhí)行一樣的功能；使用兩套計(jì)算單元分別完成同樣的數(shù)據(jù)檢測(cè)功能，其區(qū)別在于檢測(cè)數(shù)據(jù)的地址不同，即完成了兩路數(shù)據(jù)的檢測(cè)，使本檢測(cè)器具有同時(shí)檢測(cè)雙路數(shù)據(jù)的功能；步驟四利用TS201的分支預(yù)測(cè)機(jī)制，預(yù)測(cè)和判斷目標(biāo)存在與否；本檢測(cè)器的TS201中提供了強(qiáng)大的分支預(yù)測(cè)機(jī)制，一旦預(yù)測(cè)命中，將很大的提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率，但系統(tǒng)不命中的情況下也將帶來10-20個(gè)時(shí)鐘周期的消耗；在使用分支預(yù)測(cè)機(jī)制時(shí)必須制定某種即將發(fā)生的事件，由于在檢測(cè)序列中目標(biāo)數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于噪聲的數(shù)量，將即將發(fā)生的事件預(yù)測(cè)為目標(biāo)不存在，這樣所預(yù)測(cè)的事件發(fā)生的次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)測(cè)失敗的情況，這就很大的提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率；步驟五在尋址連續(xù)的4個(gè)樣本數(shù)據(jù)時(shí)采用DAB即數(shù)據(jù)排隊(duì)緩沖操作；DAB操作可以在兩個(gè)時(shí)鐘周期之內(nèi)使系統(tǒng)來尋址未對(duì)齊的連續(xù)的四個(gè)樣本數(shù)據(jù)，DAB操作的具體實(shí)現(xiàn)方式為當(dāng)按照四字對(duì)齊訪問存儲(chǔ)器時(shí)，可以看到DAB不對(duì)數(shù)據(jù)排隊(duì)，X-DAB內(nèi)容不變；而當(dāng)對(duì)未排隊(duì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問時(shí)，四字加載wordlWord4，首先需要進(jìn)行一次讀操作來初始化DAB，清除前面的數(shù)據(jù)，并載入連續(xù)的第一個(gè)正確數(shù)據(jù)；DAB自動(dòng)決定來自地址指針的最近的四字邊界，并從存儲(chǔ)器中讀入正確的四字載入；這就是說，對(duì)未排隊(duì)數(shù)據(jù)，DAB訪問需執(zhí)行兩個(gè)相同的操作先在最近的四字邊界加載，再加載正確的值；步驟六為提高檢測(cè)器的處理效率，在檢測(cè)過程中要盡可能的提高指令的并行度；其具體做法是完成一個(gè)樣本檢測(cè)需要21種操作；在TS201中，每個(gè)時(shí)鐘周期系統(tǒng)可以并行的執(zhí)行4條指令，在不影響各個(gè)指令的前后關(guān)聯(lián)下，檢測(cè)器盡量提高指令的并行度，在20個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成雙路各一個(gè)樣本的檢測(cè)；為了進(jìn)一步提高檢測(cè)器的檢測(cè)效率，它還建立了一條軟件流水線，其流水線深度為20個(gè)時(shí)鐘周期，由此將完成雙路各一個(gè)樣本檢測(cè)所需的時(shí)間縮減為10個(gè)時(shí)鐘周期，提高了檢測(cè)器的并行度。全文摘要一種基于DSP的高速恒定虛警率檢測(cè)器及其檢測(cè)方法，該檢測(cè)器由滑窗模塊、檢測(cè)門限計(jì)算模塊與信號(hào)檢測(cè)模塊組成，它們的連接關(guān)系是被檢測(cè)信號(hào)首先進(jìn)入滑窗模塊，篩選出檢測(cè)單元、保護(hù)單元與參考單元，經(jīng)由檢測(cè)門限計(jì)算模塊計(jì)算出所需的檢測(cè)門限，最后由信號(hào)檢測(cè)模塊判定檢測(cè)單元中是否存在目標(biāo)。其檢測(cè)方法有六大步驟一、確定恒定的虛警概率與參考單元的數(shù)量，用公式計(jì)算恒定的虛警概率的檢測(cè)門限，依據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷目標(biāo)存在與否；二、計(jì)算下一個(gè)測(cè)試單元的檢測(cè)門限；三、利用TS201完成SIMD處理模式；四、利用TS201的分支預(yù)測(cè)機(jī)制，判斷目標(biāo)存在與否；五、在尋址連續(xù)的4個(gè)樣本數(shù)據(jù)時(shí)采用DAB操作；六為提高檢測(cè)器的處理效率，盡可能的提高指令的并行度。文檔編號(hào)G01S7/292GK101833084SQ201010169258公開日2010年9月15日申請(qǐng)日期2010年5月5日優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日發(fā)明者姚旺,張玉璽,張磊,王俊,蔣海申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)