積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核dsp片上并行實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及多核DSP并行方法。本發(fā)明提供一種積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，首先，DSP核0對一幀雷達回波數(shù)據(jù)的前Z個PRF的脈沖回波作積累互相關(guān)包絡(luò)對齊處理以獲得穩(wěn)定的全局基準信號refg，為核0?7后續(xù)對齊算法中共用，其中Z為8的倍數(shù)；其次，DSP核0?7根據(jù)全局基準信號refg并行分別處理后續(xù)8個PRF的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊，每個核分別得到對齊后的回波信號和局部基準信號refI，I＝[0、1、2、3、4、5、6、7]，代表當前核序號，然后，DSP核0檢測一幀所有脈沖信號是否都已經(jīng)對齊，是則輸出對齊后的回波信號，否則DSP核0利用八核輸出的八個基準信號ref【0?7】更新全局基準信號，重復(fù)上述步驟。適用于積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行。
【專利說明】
積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及多核DSP并行方法，特別涉及多核DSP并行實現(xiàn)一種大計算量、逐個脈 沖遞歸運算的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在逆合成孔徑雷達成像(ISAR)中，包絡(luò)對齊的優(yōu)劣會對最后的成像質(zhì)量產(chǎn)生重大 影響。對于相鄰兩次回波，目標的轉(zhuǎn)角一般小于0.01〇,因此它們的實包絡(luò)十分相似，其相關(guān) 系數(shù)一般達0.95以上。基于上述事實，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對包絡(luò)對齊算法進行了大量的 研究，從公開發(fā)表的文獻可以看出，主要有以下三種途徑：
[0003] 1、互相關(guān)函數(shù)最大準則；
[0004] 2、最小熵準則；
[0005] 3、最小歐式距離準則。
[0006] 本發(fā)明主要涉及研究得最多、應(yīng)用得最廣泛的第一種準則，并且采用了一種能有 效避免包絡(luò)漂移和突跳誤差的積累基準信號互相關(guān)包絡(luò)對齊計算方法。該計算方法最大的 特點是其基準信號不是單一的某個回波信號，而是加權(quán)積累實時更新的。這樣能很大程度 地消融異常信號在基準信號中的權(quán)重，可有效消除目標回波中起伏部分對運動補償?shù)挠?響；同時基準信號中與待對齊回波越鄰近的信號占越高的權(quán)值，能獲得更好的對齊效果。缺 點就是此算法只能按脈沖回波順次運算，不能并行計算提高效率。
[0007] 近年來，各種算法對DSP平臺的要求日益提高，TI公司在2010年11月推出了業(yè)界性 能最高的多核DSP處理芯片TMS320C6678，一舉超越了業(yè)界所有其他DSP內(nèi)核，成為首款獲得 最高定點性能和浮點性能平分的DSP。其擁有8個采用Keystone架構(gòu)的C66x內(nèi)核，每個內(nèi)核 最高運行在1.25GHz的最高頻率上，提供160GFL0PS的高性能。得益于C6678強大的性能，將 其應(yīng)用于ISAR中的包絡(luò)對齊，能有效解決其大數(shù)據(jù)量、復(fù)雜算法的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并 行實現(xiàn)方法以實現(xiàn)在不影響算法性能的前提下，將順序執(zhí)行的積累基準信號互相關(guān)包絡(luò)對 齊算法并行地在8核DSP上實現(xiàn)，大大提尚其運算時間。
[0009] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片 上并行實現(xiàn)方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟1、DSP核0對一幀雷達回波數(shù)據(jù)的前Z個PRF的脈沖回波作積累互相關(guān)包絡(luò)對 齊處理以獲得穩(wěn)定的全局基準信號ref g，為核0-7后續(xù)對齊算法中共用，其中Z為8的倍數(shù)；
[0011] 步驟2、DSP核0-7根據(jù)全局基準信號refg并行分別處理后續(xù)8個PRF的積累互相關(guān) 包絡(luò)對齊，每個核分別得到對齊后的回波信號和局部基準信號^心，1 = [0、1、2、3、4、5、6、 7 ]，代表當前核序號，進入步驟3;
[0012] 步驟3、DSP核0檢測一幀所有脈沖信號是否都已經(jīng)對齊，是則輸出對齊后的回波信 號，否則進入步驟4;
[0013] 步驟4，DSP核0利用八核輸出的八個基準信號ref【o-7】更新全局基準信號，重復(fù)步驟 2〇
[0014] 具體的，所述步驟1中，DSP核0對一幀雷達回波數(shù)據(jù)的前Z個PRF的脈沖回波作積累 互相關(guān)包絡(luò)對齊處理以獲得穩(wěn)定的全局基準信號ref g，包括以下步驟：
[0015] 針對待處理的一幀N*M維的雷達回波數(shù)據(jù)，其中，N為回波脈沖個數(shù)，Μ為每個脈沖 所含的距離單元數(shù)；以第一個脈沖為初始的基準信號ref，取第二個脈沖回波作為當前回波 記為St;
[0016] A1，核0計算基準信號ref與當前回波St的互相關(guān)函數(shù)R，并獲取互相關(guān)函數(shù)峰值 Rmax及其對應(yīng)的坐標記做Xmax，進入步驟B1;
[0017] B1，核0分別取出峰值點(Xmax，Rmax)左右相鄰的互相關(guān)函數(shù)值及其對應(yīng)的坐標分別 記為(Xi，Ri)及(X2，R2)，這三點可擬合出一條凹口向下的二次項曲線，解算出該曲線的最大 值點對應(yīng)的坐#
，進入步驟C1;
[0018] C1，核0利用此時的坐標X'構(gòu)造補償項:^并與當前回波st點乘(對應(yīng)距離 單元相乘）
以獲得對齊后的當前脈沖回波st'并存儲，進入步驟D1;
[0019] D1,根據(jù)對齊后的當前脈沖回波St'計算新的基準信號:ref = γ · ref+st'，其中， 更新權(quán)系數(shù)〇< γ <1;至此當前脈沖回波的包絡(luò)對齊完成，進入步驟El;
[0020] El，核0取出下一個脈沖回波，根據(jù)新的基準信號，重復(fù)步驟A，直到前Z個回波數(shù)據(jù) 全部完成對齊，獲得穩(wěn)定的全局基準信號refg。
[0021] 進一步的，在積累互相關(guān)包絡(luò)對齊算法的并行處理中，還包括利用快速傅里葉變 換(FFT)對基準信號r ef與當前回波s t進行插值處理：
[0022]假設(shè)，包絡(luò)對齊的精度要求為1/8個距離單元，則需要對基準信號ref與當前回波 st進行8倍插值，在DSP中可采用兩次不同點數(shù)的FFT來實現(xiàn)8倍插值，8卩：IFFT[FFT( st，M)， 8M]，其中，Μ為每個脈沖所含的距離單元數(shù)。
[0023]進一步的，核0利用快速傅里葉變換(FFT)提高互相關(guān)函數(shù)計算效率；
[0024] 計算基準信號ref與當前回波st的互相關(guān)函數(shù)R時，利用3次FFT即可實現(xiàn)，即：R = IFFT[FFT(st).*FFT(ref)]〇
[0025]具體的，所述步驟2-4中，包括以下步驟：
[0026] A2,核0-7分別計算全局基準信號refg與當前回波st的互相關(guān)函數(shù)R，并獲取互相關(guān) 函數(shù)峰值Rmax及其對應(yīng)的坐標記做Xmax，進入步驟B2;
[0027] B2,核0-7分別取出峰值點(Xmax，Rmax)左右相鄰的互相關(guān)函數(shù)值及其對應(yīng)的坐標分 別記為(Xi，Ri)及(X2，R2)，這三點可擬合出一條凹口向下的二次項曲線，解算出該曲線的最 大值點對應(yīng)的坐標
丨入步驟C2;
[0028] C2,核0-7分別利用此時的坐標X'構(gòu)造補償項:e-\并與當前回波st點乘(對 應(yīng)距離單元相乘）
以獲得對齊后的當前脈沖回波St'并存儲，以此八 核分別得到八個對齊后的脈沖回波，并分別根據(jù)對齊后的當前脈沖回波St'計算對應(yīng)核的 局部基準信號:ref I = St至此當前脈沖回波的包絡(luò)對齊完成，進入步驟D2;
[0029] D2,核0根據(jù)八核輸出的局部基準信號更新全局基準信號：
[0030] refg= γ 8refg+ γ 7ref7+ γ 6ref6+ γ 5ref5+ γ 4ref4+ γ 3ref3+ γ 2ref 2+ γ Vef 1 + ref0；0^i γ ^Ξ1 ；
[0031] 其中，refO為核0計算出的局部基準信號，refl為核1計算出的局部基準信號，ref2 為核2計算出的局部基準信號，ref 3為核3計算出的局部基準信號，ref 4為核4計算出的局部 基準信號，ref5為核5計算出的局部基準信號，ref6為核6計算出的局部基準信號，ref7為核 7計算出的局部基準信號；
[0032] 取出下一個脈沖回波，根據(jù)新的全局基準信號，重復(fù)步驟A2,直到一幀回波數(shù)據(jù)全 部完成對齊，輸出對齊后的回波信號。
[0033]進一步的，在積累互相關(guān)包絡(luò)對齊算法的并行處理中，還包括利用傅里葉變化對 全局基準信號refg與當前回波st進行插值處理：
[0034]假設(shè)，包絡(luò)對齊的精度要求為1/8個距離單元，則需要對全局基準信號refg與當前 回波st進行8倍插值，在DSP中可采用兩次不同點數(shù)的FFT來實現(xiàn)8倍插值，8卩：IFFT[FFT( st， Μ)，8M]，其中，Μ為每個脈沖所含的距離單元數(shù)。
[0035]進一步的，核0利用FFT提尚互相關(guān)函數(shù)計算效率；
[0036]計算全局基準信號refg與當前回波st的互相關(guān)函數(shù)R時，利用3次FFT即可實現(xiàn)，即： R = IFFT[FFT(st). *FFT(refg)]。
[0037]具體的，DSP的核0作為主核，收發(fā)雷達回波數(shù)據(jù)、控制核0-7運行及實現(xiàn)積累互相 關(guān)包絡(luò)對齊計算。
[0038]進一步的，核0-7之間的通信及協(xié)同工作是通過改變設(shè)在DSP的共享存儲區(qū)的一個 狀態(tài)標志變量f lag[8]來實現(xiàn)的，該變量是int型的8維數(shù)組，分別對應(yīng)每個核的狀態(tài)標志， 且每個核都能訪問和修改該變量，初始值都為〇。
[0039] 進一步的，DSP核0獲得穩(wěn)定的全局基準信號后，核0修改所有核的狀態(tài)標志，使其 遞增1;當每個分核檢測到本核的狀態(tài)標志遞增1時，則利用全局基準信號并行分別處理后 續(xù)8個PRF的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊，并同時分別得到8個對齊后的回波和8個局部基準信號， 然后使本核的狀態(tài)標志遞增1;當核〇檢測到8個核的狀態(tài)標志都已增加1，則利用8個局部基 準信號更新全局基準信號，更新完后核〇再次將所有核的狀態(tài)標志遞增1，重復(fù)步驟2。
[0040] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明充分利用8核DSP的高性能特點，將積累互相關(guān)包絡(luò) 對齊算法并行地在8核DSP上實現(xiàn)，達到提尚算法計算效率目的；同時，本發(fā)明將一幀待對齊 的雷達回波數(shù)據(jù)的前Z個脈沖回波先順序運算獲得相對穩(wěn)定的基準信號，這樣能保證整幀 回波的對齊效果;另一方面，其基準信號不是單一的某個回波信號，而是加權(quán)積累實時更新 的，這樣能很大程度地消融異常信號在基準信號中的權(quán)重，可有效消除目標回波中起伏部 分對運動補償?shù)挠绊懀煌瑫r基準信號中與待對齊回波越鄰近的信號占越高的權(quán)值，能獲得 更好的對齊效果。
【附圖說明】
[0041 ]圖1所示為本發(fā)名積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法實施例中8核 DSP(TMS320C6678)片上并行實現(xiàn)方法實現(xiàn)框圖；
[0042]圖2所示為本發(fā)名積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法實施例中DSP 上分配流程圖；
[0043]圖3所示為本發(fā)名積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法實施例中互相 關(guān)函數(shù)最大值二項式內(nèi)插法選取最大值點示意圖；
[0044]圖4為本發(fā)名積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法實施例中第一個脈 沖回波處理流程圖；
[0045]圖5所示為本發(fā)名積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法實施例中前16 個脈沖處理流程圖。
[0046] 以下結(jié)合實施例的【具體實施方式】，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細說明。 但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思 想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。
【具體實施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖及實施例詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0048]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中能有效避免包絡(luò)漂移和突跳誤差的積累基準信號互相關(guān) 包絡(luò)對齊的計算方法只能按脈沖回波順次運算，不能并行計算提高效率的問題，提供一種 積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，首先，DSP核0對一幀雷達回波數(shù)據(jù)的前Z 個PRF的脈沖回波作積累互相關(guān)包絡(luò)對齊處理以獲得穩(wěn)定的全局基準信號ref g，為核0-7后 續(xù)對齊算法中共用，其中Z為8的倍數(shù);其次，DSP核0-7根據(jù)全局基準信號refg并行分別處理 后續(xù)8個PRF的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊，每個核分別得到對齊后的回波信號和局部基準信號 ^6，1 = [0、1、2、3、4、5、6、7]，代表當前核序號，然后05?核0檢測一幀所有脈沖信號是否都 已經(jīng)對齊，是則輸出對齊后的回波信號，否則SP核0利用八核輸出的八個基準信號ref【〇-7】更 新全局基準信號，重復(fù)上述步驟。本發(fā)明充分利用8核DSP的高性能特點，將積累互相關(guān)包絡(luò) 對齊算法并行地在8核DSP上實現(xiàn)，達到提尚算法計算效率目的；同時，本發(fā)明將一幀待對齊 的雷達回波數(shù)據(jù)的前Z個脈沖回波先順序運算獲得相對穩(wěn)定的基準信號，這樣能保證整幀 回波的對齊效果;另一方面，其基準信號不是單一的某個回波信號，而是加權(quán)積累實時更新 的，這樣能很大程度地消融異常信號在基準信號中的權(quán)重，可有效消除目標回波中起伏部 分對運動補償?shù)挠绊?；同時基準信號中與待對齊回波越鄰近的信號占越高的權(quán)值，能獲得 更好的對齊效果。另外，在積累互相關(guān)包絡(luò)對齊中的插值處理和計算互相關(guān)函數(shù)本發(fā)明利 用快速傅里葉變換(FFT)提高了計算效率。
[0049] 實施例
[0050] 本例以TI公司在2010年11月推出了業(yè)界性能最高的多核DSP處理芯片 TMS320C6678為例，具體闡述本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
，為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先作以下 技術(shù)術(shù)語定義：
[0051]定義1:逆合成孔徑雷達(ISAR)成像；
[0052] ISAR是依靠雷達與目標間的相對運動(一般是雷達不動)提高橫向分辨率，利用大 帶寬提高距離分辨率，以此對一般雷達目標，如飛機、艦船、導(dǎo)彈等進行二維成像。
[0053]定義2:-幀數(shù)據(jù)；
[0054] 一幀數(shù)據(jù)是指成一幅ISAR像所需的若干脈沖。
[0055] 定義3:包絡(luò)對齊；
[0056]待成像目標相對于雷達存在平動分量和轉(zhuǎn)動分量，平動分量為目標相對于雷達射 線的姿態(tài)保持不變，作平移運動。平動分量會使目標回波包絡(luò)平移，這對最后成像沒有貢 獻，需要將其效果補償?shù)?。平動補償又包括包絡(luò)對齊和初相校正，而包絡(luò)對齊就是將一幀數(shù) 據(jù)的所有脈沖的目標回波實包絡(luò)逐個對齊。
[0057]定義4:共享存儲區(qū)；
[0058]本發(fā)明中的共享存儲區(qū)是C6678多核共享存儲區(qū)域，是指地址為OxOCOOOOOO到 0x0C3FFFFF共4M的存儲區(qū)域，可供8核訪問。
[0059] 本例在不影響算法性能的前提下，將順序執(zhí)行的積累基準信號互相關(guān)包絡(luò)對齊算 法并行地在C6678上實現(xiàn)，大大提高其運算時間，如圖1所示，C6678核0先對一幀雷達回波數(shù) 據(jù)的前前Z個，其中Z為8的倍數(shù);本例為16個(第0-15個)PRF的脈沖回波作積累互相關(guān)包絡(luò) 對齊處理以獲得相對穩(wěn)定的基準信號，然后核0修改所有核的狀態(tài)標志，使其遞增1;第二 步，DSP的核0-7-旦檢測到本核標志位已改變成預(yù)期值，則并行分別處理后續(xù)8個（如當 flag[0-8] = 1時，核0-7分別處理第16-23個脈沖回波)PRF的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊，計算完 成后會在程序已設(shè)定地址輸出對齊后的回波信號和基準信號，同時將相應(yīng)標志位再遞增1; 第三步，核0檢測所有核的標志位狀態(tài)，一旦都已增加1，則8核都已完成本次運算，此時利用 這8個核輸出的基準信號計算新的基準信號;循環(huán)執(zhí)行第二和第三步直至這一幀的所有脈 沖信號都對齊。最后，核〇將所有核的狀態(tài)標志都置為〇,即flag[0_7]=0,使整個DSP可執(zhí)行 下一幀數(shù)據(jù)的包絡(luò)對齊。其中，核〇如圖2所示，將多核DSP的核0作為主核，執(zhí)行收發(fā)數(shù)據(jù)、控 制其它核以及計算的操作，而多核之間的通信及協(xié)同工作是通過改變設(shè)在DSP的共享存儲 區(qū)的一個狀態(tài)標志變量flag[8]來實現(xiàn)的，該變量是int型的8維數(shù)組，分別對應(yīng)每個核的狀 態(tài)標志，且每個核都能訪問和修改該變量，初始值都為0。充分利用8核DSP的高性能特點，將 積累互相關(guān)包絡(luò)對齊算法并行地在8核DSP上實現(xiàn)，達到提高算法計算效率目的；同時，本發(fā) 明將一幀待對齊的雷達回波數(shù)據(jù)的前16個脈沖回波先順序運算獲得相對穩(wěn)定的基準信號， 這樣能保證整幀回波的對齊效果;另一方面，其基準信號不是單一的某個回波信號，而是加 權(quán)積累實時更新的，這樣能很大程度地消融異常信號在基準信號中的權(quán)重，可有效消除目 標回波中起伏部分對運動補償?shù)挠绊?；同時基準信號中與待對齊回波越鄰近的信號占越高 的權(quán)值，能獲得更好的對齊效果。
[0060] 下面具體以一幀256個脈沖回波作為待對齊回波數(shù)據(jù)，具體說明本發(fā)明；
[0061] 首先，初始化參數(shù)及開辟共享存儲區(qū)變量。初始化參數(shù)有：一幀待處理數(shù)據(jù)有256 個脈沖回波，每個脈沖回波包含1024個采樣點。在C6678共享存儲區(qū)設(shè)定狀態(tài)標志位數(shù)組， 并賦予初始值'〇'，即flag[0_7]=0。同時開辟9個長度相同的基準信號空間，分別是包絡(luò)對 齊中用到得基準信號和核0-7每次運算后得到的基準信號。另外，待包絡(luò)對齊的數(shù)據(jù)和包絡(luò) 對齊后的數(shù)據(jù)都放在C6678的外部存儲空間。
[0062]其次，對于一幀待處理數(shù)據(jù)的前16個脈沖回波的包絡(luò)對齊，只核0執(zhí)行;核0接收一 幀待對齊回波數(shù)據(jù)，并將接收到的第〇個脈沖回波作為第一基準信號，從第1個脈沖回波開 始順序執(zhí)行積累互相關(guān)包絡(luò)對齊算法，直到前16個脈沖都對齊完，然后將所有核標志位置 ' 1 '。其中，具體的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊處理具體包括：
[0063]針對待處理的一幀N*M維的雷達回波數(shù)據(jù)，其中，N為回波脈沖個數(shù)，Μ為每個脈沖 所含的距離單元數(shù)；以第一個脈沖為初始的基準信號ref，取第二個脈沖回波作為當前回波 記為st，具體如圖3所示；
[0064] A1，核0計算基準信號ref與當前回波st的互相關(guān)函數(shù)R，并獲取互相關(guān)函數(shù)峰值 Rmax及其對應(yīng)的坐標記做Xmax，進入步驟B1;
[0065] B1，核0分別取出峰值點(Xmax，RMax)左右相鄰的互相關(guān)函數(shù)值及其對應(yīng)的坐標分別 記為(Xi，Ri)及(X2，R2)，這三點可擬合出一條凹口向下的二次項曲線，解算出該曲線的最大 值點對應(yīng)的坐楊
進入步驟C1;
[0066] C1，核0利用此時的坐標X'構(gòu)造補償項并與當前回波st點乘(對應(yīng)距離 單元相乘)e | e φ以獲得對齊后的當前脈沖回波st '并存儲，進入步驟D1;
[0067] D1，根據(jù)對齊后的當前脈沖回波st'計算新的基準信號:ref = γ · ref+st'，其中， 更新權(quán)系數(shù)〇< γ <1;至此當前脈沖回波的包絡(luò)對齊完成，進入步驟El;
[0068] El，核0取出下一個脈沖回波，根據(jù)新的基準信號，重復(fù)步驟A，直到前Z個回波數(shù)據(jù) 全部完成對齊，獲得穩(wěn)定的全局基準信號refg。
[0069] 如圖4及圖5所示，在上述積累互相關(guān)包絡(luò)對齊算法的并行處理中，還包括利用快 速傅里葉變換(FFT)對基準信號ref與當前回波s t進行插值處理：
[0070] 假設(shè)，包絡(luò)對齊的精度要求為1/8個距離單元，則需要對基準信號ref與當前回波 st進行8倍插值，在DSP中可采用兩次不同點數(shù)的FFT來實現(xiàn)8倍插值，8卩：IFFT[FFT( st，M)， 8M]，其中，Μ為每個脈沖所含的距離單元數(shù)。同時，核0利用快速傅里葉變換(FFT)提高互相 關(guān)函數(shù)計算效率；
[0071] 計算基準信號ref與當前回波St的互相關(guān)函數(shù)R時，利用3次FFT即可實現(xiàn)，即：R = IFFT[FFT(st).*FFT(ref)]〇
[0072] 然后，建立循環(huán)體。循環(huán)體內(nèi)，設(shè)立循環(huán)次數(shù)為η(循環(huán)條件為:f〇r(n = 0;n〈30;n+ + ))，核〇-核7同時執(zhí)行：當每個核（當前核序號為CoreNum)檢測到當前核的狀態(tài)標志位為 flag[CoreNum] =2n+l時，就取出相應(yīng)的第（16+8n+CoreNum)個脈沖回波做積累互相關(guān)包絡(luò) 對齊，然后給出相應(yīng)的對齊后回波和當前核基準信號，同時更新其狀態(tài)標志位：flag [CoreNum] =f lag[CoreNum] + l;其中，具體的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊處理與前16個脈沖的計 算方式一致，具體包括以下步驟：
[0073] A2,核0-7分別計算全局基準信號refg與當前回波st的互相關(guān)函數(shù)R，并獲取互相關(guān) 函數(shù)峰值Rmax及其對應(yīng)的坐標記做Xmax，進入步驟B2;
[0074] B2,核0-7分別取出峰值點(Xmax，Rmax)左右相鄰的互相關(guān)函數(shù)值及其對應(yīng)的坐標分 別記為(Xi，Ri)及(X2，R2)，這三點可擬合出一條凹口向下的二次項曲線，解算出該曲線的最 大值點對應(yīng)的坐相 進入步驟C2;
[0075] C2,核0-7方別不」用見h、」tfJ鈀你Λ恂?仲償項：e-如如M1]，并與當前回波st點乘（對 應(yīng)距離單元相乘）? 以獲得對齊后的當前脈沖回波St'并存儲，以此八 ~hf ^ ^ 核分別得到八個對齊后的脈沖回波，并分別根據(jù)對齊后的當前脈沖回波St'計算對應(yīng)核的 局部基準信號:ref I = St'；至此當前脈沖回波的包絡(luò)對齊完成，進入步驟D2;
[0076] D2,核0根據(jù)八核輸出的局部基準信號更新全局基準信號：
[0077] refg= γ 8refg+ γ 7ref7+ γ 6ref6+ γ 5ref5+ γ 4ref4+ γ 3ref3+ γ 2ref 2+ γ Vef 1 + ref0；0^i γ ^Ξ1 ；
[0078] 其中，refO為核0計算出的局部基準信號，refl為核1計算出的局部基準信號，ref2 為核2計算出的局部基準信號，ref 3為核3計算出的局部基準信號，ref 4為核4計算出的局部 基準信號，ref5為核5計算出的局部基準信號，ref6為核6計算出的局部基準信號，ref7為核 7計算出的局部基準信號；
[0079] 取出下一個脈沖回波，根據(jù)新的全局基準信號，重復(fù)步驟A2,直到一幀回波數(shù)據(jù)全 部完成對齊，輸出對齊后的回波信號。
[0080] 而在積累互相關(guān)包絡(luò)對齊算法的并行處理中，還包括利用傅里葉變化對全局基準 信號refg與當前回波St進行插值處理：
[0081] 假設(shè)，包絡(luò)對齊的精度要求為1/8個距離單元，則需要對全局基準信號refg與當前 回波st進行8倍插值，在DSP中可采用兩次不同點數(shù)的FFT來實現(xiàn)8倍插值，8卩：IFFT[FFT( st， Μ)，8M]，其中，Μ為每個脈沖所含的距離單元數(shù)。首先，包絡(luò)對齊精度要求達到1/8個距離單 元，所以需要對兩個待對齊的信號進行8倍插值，這在DSP上實現(xiàn)時是將長度為Ν的待插值信 號Ν點FFT變換到頻域，再在其兩端分別補3.5Ν個零，然后8Ν點IFFT變回原來時域。其次，利 用時域卷積相當于頻域點乘的理論，待對齊脈沖信號與基準信號的時域互相關(guān)是通過將兩 信號FFT變換到頻域，再將兩者點乘結(jié)果IFFT變換回時域?qū)崿F(xiàn)。
[0082]同時，核0-7也利用快速傅里葉變換(FFT)提高互相關(guān)函數(shù)計算效率；
[0083]計算全局基準信號refg與當前回波st的互相關(guān)函數(shù)R時，利用3次FFT即可實現(xiàn)，即： R = IFFT[FFT(st). *FFT(refg)]。
[0084] 在上述循環(huán)體內(nèi)，只核0執(zhí)行。核0判斷若8個核的標志位值都為2n+2時，則根據(jù)上 述計算公式更新當前基準信號。然后將所有核的標志位增加'1'。
[0085] 最后，當核0檢測到一幀數(shù)據(jù)全部已經(jīng)對齊后，輸出對其后的回波信號，跳出循環(huán) 體，只核〇執(zhí)行:核〇發(fā)送數(shù)據(jù)并將狀態(tài)標志位還原成初始值' 〇 '以備下一幀數(shù)據(jù)的計算。 [0086] 經(jīng)試驗證實，積累互相關(guān)包絡(luò)對齊算法在TS201上根本無法實現(xiàn)，若在C6678(主頻 為1GHz時)上順序計算256個脈沖回波(每個脈沖有1024個采樣點）的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊 算法則需要1268. lms，而按照本發(fā)明的方法則只需要61.4ms，大大提高了計算效率。
【主權(quán)項】
1. 積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，其特征在于，包括w下步驟： 步驟1、DSP核0對一帖雷達回波數(shù)據(jù)的前Z個PRF的脈沖回波作積累互相關(guān)包絡(luò)對齊處 理W獲得穩(wěn)定的全局基準信號refg，為核0-7后續(xù)對齊算法中共用，其中Z為8的倍數(shù)； 步驟2、DSP核0-7根據(jù)全局基準信號refg并行分別處理后續(xù)8個PRF的積累互相關(guān)包絡(luò)對 齊，每個核分別得到對齊后的回波信號和局部基準信號refI，I = [0、l、2、3、4、5、6、7]，代表 當前核序號，進入步驟3; 步驟3、DSP核0檢測一帖所有脈沖信號是否都已經(jīng)對齊，是則輸出對齊后的回波信號， 否則進入步驟4; 步驟4，DSP核0利用八核輸出的八個基準信號ref【〇-7】更新全局基準信號，重復(fù)步驟2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，其特征在 于:所述步驟1中，DSP核0對一帖雷達回波數(shù)據(jù)的前Z個PRF的脈沖回波作積累互相關(guān)包絡(luò)對 齊處理W獲得穩(wěn)定的全局基準信號refg,包括W下步驟： 針對待處理的一帖N*M維的雷達回波數(shù)據(jù)，其中，N為回波脈沖個數(shù)，Μ為每個脈沖所含 的距離單元數(shù)；W第一個脈沖為初始的基準信號ref,取第二個脈沖回波作為當前回波記為 St； A1，核0計算基準信號ref與當前回波St的互相關(guān)函數(shù)R，并獲取互相關(guān)函數(shù)峰值Rmax及其 對應(yīng)的坐標記做Xmax，進入步驟B1; B1，核0分別取出峰值點(Xmax，Rmax)左右相鄰的互相關(guān)函數(shù)值及其對應(yīng)的坐標分別記為 (Xi，Ri)及(X2，R2)，運Ξ點可擬合出一條凹口向下的二次項曲線，解算出該曲線的最大值點 對應(yīng)的坐標進入步驟C1; C1，核0利用此時的坐標X'構(gòu)造補償項：。口墻。并與當前回波St點乘(對應(yīng)距離單元 相乘：^獲得對齊后的當前脈沖回波St'并存儲，進入步驟D1; D1，根據(jù)對齊后的當前脈沖回波St'計算新的基準信號：ref= 丫 -ref+st'，其中，更新 權(quán)系數(shù)0《丫《1;至此當前脈沖回波的包絡(luò)對齊完成，進入步驟E1; E1，核0取出下一個脈沖回波，根據(jù)新的基準信號，重復(fù)步驟A，直到前Z個回波數(shù)據(jù)全部 完成對齊，獲得穩(wěn)定的全局基準信號refg。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，其特征在 于，在積累互相關(guān)包絡(luò)對齊算法的并行處理中，還包括利用快速傅里葉變換(FFT)對基準信 號ref與當前回波St進行插值處理： 假設(shè)，包絡(luò)對齊的精度要求為1/8個距離單元，則需要對基準信號ref與當前回波St進行 8倍插值，在DSP中可采用兩次不同點數(shù)的FFT來實現(xiàn)8倍插值，即：IFFT[FFT(St，M)，8M]，其 中，Μ為每個脈沖所含的距離單元數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，其特征在 于，核0利用快速傅里葉變換(FFT)提高互相關(guān)函數(shù)計算效率； 計算基準信號ref與當前回波St的互相關(guān)函數(shù)則寸，利用3次FFT即可實現(xiàn)，即：R=IFFT [FFT(st).*FFT(ref)]〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，其特征在 于:所述步驟2-4中，包括W下步驟： A2,核0-7分別計算全局基準信號refg與當前回波St的互相關(guān)函數(shù)R，并獲取互相關(guān)函數(shù) 峰值Rmax及其對應(yīng)的坐標記做Xmax，進入步驟B2; B2，核0-7分別取出峰值點(Xmax，Rmax)左右相鄰的互相關(guān)函數(shù)值及其對應(yīng)的坐標分別記 為(Xi，Ri)及(X2，R2)，運Ξ點可擬合出一條凹口向下的二次項曲線，解算出該曲線的最大值 點對應(yīng)的坐標進入步驟C2; C2,核0-7分別利用此時的坐標X'構(gòu)造補償項:。-口請。并與當前回波St點乘(對應(yīng)距 離單元相乘）W獲得對齊后的當前脈沖回波St'并存儲，W此八核分 別得到八個對齊后的脈沖回波，并分別根據(jù)對齊后的當前脈沖回波St'計算對應(yīng)核的局部 基準信號:ref 1 = St'；至此當前脈沖回波的包絡(luò)對齊完成，進入步驟D2; D2，核0根據(jù)八核輸出的局部基準信號更新全局基準信號： refg= 丫 8refg+ 丫 7ref7+ 丫 6ref6+ 丫 5fe巧+ 丫 4ref4+ 丫 3ref3+ 丫 2ref化丫 Vef 1+ref0; 0 《丫《1; 其中，refO為核0計算出的局部基準信號，ref!為核1計算出的局部基準信號，ref2為核 2計算出的局部基準信號，ref3為核3計算出的局部基準信號，ref4為核4計算出的局部基準 信號，re巧為核5計算出的局部基準信號，ref6為核6計算出的局部基準信號，ref7為核7計 算出的局部基準信號； 取出下一個脈沖回波，根據(jù)新的全局基準信號，重復(fù)步驟A2,直到一帖回波數(shù)據(jù)全部完 成對齊，輸出對齊后的回波信號。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，其特征在 于，在積累互相關(guān)包絡(luò)對齊算法的并行處理中，還包括利用傅里葉變化對全局基準信號 refg與當前回波St進行插值處理： 假設(shè)，包絡(luò)對齊的精度要求為1/8個距離單元，則需要對全局基準信號refg與當前回波 St進行8倍插值，在DSP中可采用兩次不同點數(shù)的FFT來實現(xiàn)8倍插值，即：IFFT[FFT( St，M)， 8M]，其中，Μ為每個脈沖所含的距離單元數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，其特征在 于，核0利用FFT提高互相關(guān)函數(shù)計算效率； 計算全局基準信號refg與當前回波St的互相關(guān)函數(shù)則寸，利用3次FFT即可實現(xiàn)，即：R = IFFT[FFT(st).沖FT(refg)]。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，其特征在 于，DSP的核0作為主核，收發(fā)雷達回波數(shù)據(jù)、控制核0-7運行及實現(xiàn)積累互相關(guān)包絡(luò)對齊計 算。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，其特征在 于，核0-7之間的通信及協(xié)同工作是通過改變設(shè)在DSP的共享存儲區(qū)的一個狀態(tài)標志變量 flag[引來實現(xiàn)的，該變量是int型的8維數(shù)組，分別對應(yīng)每個核的狀態(tài)標志，且每個核都能 訪問和修改該變量，初始值都為ο。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的積累互相關(guān)包絡(luò)對齊的8核DSP片上并行實現(xiàn)方法，其特征在 于，DSP核0獲得穩(wěn)定的全局基準信號后，核0修改所有核的狀態(tài)標志，使其遞增1;當每個分 核檢測到本核的狀態(tài)標志遞增1時，則利用全局基準信號并行分別處理后續(xù)8個PRF的積累 互相關(guān)包絡(luò)對齊，并同時分別得到8個對齊后的回波和8個局部基準信號，然后使本核的狀 態(tài)標志遞增1;當核0檢測到8個核的狀態(tài)標志都已增加1，則利用8個局部基準信號更新全局 基準信號，更新完后核0再次將所有核的狀態(tài)標志遞增1，重復(fù)步驟2。
【文檔編號】G01S13/90GK105974416SQ201610597721
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月26日
【發(fā)明人】帥曉飛, 朱玉軍, 張桂梅, 郭俊良, 金力, 徐建, 張之峰, 劉永強
【申請人】四川電子軍工集團裝備技術(shù)有限公司