ADSPTS101s技术在声纳信号处理中的应用

　　利用声波对水下物体进行探测、定位和识别的方法以及所用的设备称为声纳。“声纳”一词是/声导航和测距0(Sound Navigation and Ranging)的缩写的音译。声纳被广泛应用于海军水下活动的各个方面,既是探测潜没在水中的潜艇的主要手段,也是潜艇水下侦察、导航的主要手段。一艘现代化潜艇装有大小声纳十余部。声纳还可用于探雷、导航、航道测量、制导、引信等方面。在民用方面,声纳的应用也很广泛,如鱼群探测、海底地质测量、水下定位、导航等。

　　本文的声纳信号处理技术研究采用新型传感器——矢量传感器及其先进的信号处理算法,在一个较小尺度条件下,提高声纳的远程探测能力。硬件采用高性能定/浮点数字信号处理器ADSP TS101s,利用其研制的数字信号处理机能为该声纳信号处理技术的研究提供有力的硬件支持。

　　1 数字信号处理系统的硬件设计

　　ADSP TS101s是美国ADI公司最新推出的一款极高性能的静态超标量处理器,专为大型的信号处理任务和通信进行结构优化。该处理器将128位宽的存储器和双运算模块(支持32 b和40 b浮点及8,16和32 b定点处理)组合在一起,建立数字信号处理的新标准。ADSPTS101s的静态超标量结构使DSP每周期能够执行多达4条指令、24个16 b定点运算和6个16 b浮点运算。ADSP TS101s拥有3条独立的128 b宽的内部数据总线,每条连接3个2 Mb内部存储器块中的一个,提供4字的数据、指令及I/O访问和1.44 GB/s的内部存储器带宽。运行在300 MHz时,ADSP TS101s内核指令周期为3.3ns。在本文设计的信号处理机中采用3片ADSPTS101s、三路并行的A/D采集、2块双口RAM,CPLD,PCI桥、电源及辅助芯片等组成,系统框图如图1所示。

　　1.1 A/D转换设计

　　三路并行A/D的前级运放为OP97FS。当电源为±12V时,OP97FS的输出达?10 V。符合信号处理机要求的模拟信号输入范围。运放为差分式输入方式,其放大倍数为+1。A/D转换器采用AD公司16位高精度A/D芯片AD976ARS。为提高采样精度转换结果仅保留高14位。A/D采样时钟由DSP内部定时器产生,定时器的参数由PC控制。这样,用户可在PC机上设置A/D采样时钟,从而可以使用户灵活地改变系统采样频率。

　　1.2 DSP设计

　　如图2所示3块间通讯采用链路口互连的方式,总数据速率可达500 Mb/s。链路口互连是ADSP系列芯片的特有功能,也是ADSP处理器能以低成本组成多片高性能阵列机的主要因素。ADSP TS101s所需的复位信号由CPLD产生,此外CPLD将A/D转换的数据锁存,并将三路14位并行数据转换成16位的串行数据,依次传输给DSP1。PC机和DSP通信通过PCI9054完成的,PCI9054连接PC机的PCI总线和局部总线,由于ADSP TS101s没有提供直接与PCI9054接口的引脚,故采用在DSP与PCI桥间插入2片16kx16位的双口RAM作数据缓冲,这样PCI桥与DSP之间的访问成为间接,大为削弱了PCI的时序要求,从而使时序配置较容易,应用起来更方便。同时,分开设置的输入输出通道,也方便了用户的应用。