基于OMAP平台复相关测频算法的设计与实现

　　0 引言　　

　　伴随着电子技术的不断发展，我国水声设备的自主研发取得了长足的进步，在实时动态、高速处理、长期可存储、远程监控和网络传输方面取得了很好的成绩。近年来，高性能和小型化成为水声设备的重要发展趋势，而嵌入式Linux平台在这方面有很多优势。开放式多媒体应用平台(OMAP)是TI公司推出的适用于下一代嵌入式终端设计的高集成度双核处理器[1]。它将一颗善于进行数据处理的DSP内核与一颗控制性能很强的ARM内核集成在一个芯片中，既改进了普通DSP缺乏外部控制能力的缺点，也弥补了普通ARM处理器无法进行大运算量数据处理的不足。

　　复相关测频算法作为最常用测速方法，有一定的代表性。因此本文主要对复相关测频算法在OMAPL137平台的实现方法进行研究。ARM端运行的是实时嵌入式操作系统Montavista Linux，主要负责数据采集、与DSP数据传递、与上位机串口通信、数据存储等功能。DSP端是DSP/BIOS操作系统，主要负责与ARM端数据传递、数据的信号处理等。这两个核的通信采用DSPLINK方式。该方法具有集成度高、硬件可靠性和稳定性强、速度快、数据处理能力强、功耗低、开放性好等特点。

　　1 复相关测频算法原理

　　对于复相关测频算法的分析，可以从平均频率入手，通过相关函数与功率谱的关系进行推导。当声波以角频率0w入射海底时，接收回波可表示为[2]

　　式中z(t)是e(t)的复包络信号，其功率谱密度为s(f)，可知的z(t )的平均角频率为

　　根据Winner-Kihnchien定理可知，复相关函数R(τ)和功率谱密度满足傅里叶变换的关系，即

　　对R(τ)求导，得

　　由上面推导可得

　　R(τ)的极坐标形式为

　　通过推导，最终可得平均频率为

　　通过式(10)可以看出，只要求取复相关函数的实部和虚部就可以计算出复信号z(t)的频率。式(10)中的τ很小，可以用采样间隔来代替，则复相关函数R(τ)可以利用采样得到的相邻两样本的共轭乘积之和来表示，则

　　令，其中In和Qn分别是复信号z(τ)的同相分量和正交分量。推导可得出[3]

　　所以信号的频率可以通过求In和Qn的自相关函数和互相关函数来得到。当输入为实数样本时，必须构成实部和虚部(同相和正交分量)两路信号。可用图1所示的正交调制方法得到。

　　通过上面的分析可以看出复相关法测频具有运算量小的优点。

　　2 软件系统设计

　　本文采 用的 数据处理模块 是TI公司的OMAPL137处理器，该芯片集成了两个处理器：ARM926EJ-S和DSP C674x，可实现高达300MHz的单位内核频率。OMAP嵌入式系统应用程序包括两部分：(1)GPP 客户应用程序，运行在ARM处理器上，是基于Linux操作系统的，主要完成获取ADS8556的A/D采集模块的数据、向DSP发送数据、接收DSP数据、存储数据、串口通信等任务。(2)DSP应用程序，运行在DSP处理器上，是基于DSP/BIOS操作系统的，主要完成通过DSPLink接收GPP的数据、进行滤波和复相关测频算法、向GPP端发送处理结果。图2给出了本文采用的嵌入式开发流程图。