CN105527609A - 基于dsp的pd雷达***矩阵转置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于DSP内部EDMA的PD雷达***矩阵转置的方法，首先将距离向数据进行分段，将分段后的数据离散存储到DDR3中；其次通过EDMA读取一段连续地址的二维数据作为转置操作输入数据；再然后通过DSP内部函数对小块矩阵实现转置操作；最后对转置后积累向数据进行处理；本发明是针对PD雷达***中回波数据的转置运算，通过将连续的距离向数据进行分段，利用EDMA对DDR3内连续地址读写效率较高的特性，通过离散存储连续读取以提高数据搬移效率，通过分块处理节省内部存储空间，以提高转置效率。本发明具有原理简单，易于实现，适用于PD雷达***的信号处理和其它***中的转置运算。

Description

基于DSP的PD雷达***矩阵转置方法

技术领域

本发明涉及数字信号处理器(DigitalSignalProcessorDSP)领域，特指一种适用于数字信号处理器中利用增强型直接存储器访问(EnhancedDirectMemoryAccessEDMA)的矩阵转置方法。本发明可用于对脉冲多普勒(PulseDopplerPD)雷达回波数据进行快速转置，以解决PD处理***中转置效率问题。

背景技术

PD雷达***回波处理实时性要求较高，在机载雷达***中，处理距离向单元数和脉冲积累个数通常较大，导致需要处理的回波数据矩阵较大，如何在短时间内提高矩阵转置效率成为PD雷达***中信号处理的一个重要问题。

中国人民解放军国防科学技术大学申请的专利“用于GPDSP的基于乒乓机制支持数据乱序返回的DMA矩阵转置传输方法”(公开号：CN104679690A，申请号：201510032874.X，申请日：2015.01.22)中公开了一种在EDMA内部设置Y*Nbit的转置寄存器，从原始数据中读取需要转置的列数据，然后写入EDMA内部寄存器中的对应行，在读取列数据的同时对转置后的数据写入外部存储器，该方法CPU只需配置EDMA的相应参数，然后交由EDMA自动完成，虽然减少了CPU处理时间，但对于存储在SDRAM中的原始数据读取地址不连续，需要不断地给SDRAM的页进行上电和刷新操作，从而导致转置效率不高。

西安电子科技大学申请的专利“基于DSP芯片的SAR成像***中矩阵转置方法”(公开号：CN103412284B，申请号：201310385864.5，申请日：2013.08.29)中公开了一种合成孔径雷达成像***大型矩阵原位转置的方法。该方法首先对原始回波进行横向数据划分，然后进行纵向划分，将原始大型矩阵划分成若干个粗分方阵，再将粗分的方阵划分成若干个单元小方阵，对对角单元小方阵转置后存储在对角线位置，对角线两边对应单元小方阵先分别转置，然后交换存储位置，以实现大型矩阵的原位转置功能。该方法需要将原始矩阵进行不断地分割，然后分情况对矩阵进行转置，这种方式对于大型矩阵转置而言，具有一定优势，但对于PD雷达***的中小型矩阵而言，编程方式较为复杂，不适合PD雷达***矩阵转置。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种针对PD雷达信号处理***中回波数据矩阵的快速转置方法，以实现雷达回波实时处理。

技术方案

实现本发明的技术思路是：将转置操作中的分段操作放置在数据存储阶段进行，然后分段对数据进行转置。具体方法是：首先将单条雷达距离向回波数据进行合理分段，将积累数据依次按照编号进行存储，在转置处理时，利用EDMA读取一段连续地址的数据到DSP内部存储器中，然后在内部存储器中实现转置和相应处理，最后将处理后的数据存储到DDR3上。

一种基于DSP的PD雷达***矩阵转置方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：DSP依次接收N个雷达回波数据，将每一个雷达回波数据按照距离向依次进行分段得到距离段数据S₁……S_M，所述距离段数据的长度L₁＝STEP_EDMA/N，STEP_EDMA为EDMA步进地址最大长度；

步骤2：将第一个雷达回波数据的距离段数据S₁……S_M依次离散存储在外部存储器DDR3中，相邻两个距离段数据之间的地址间隔长度为STEP_EDMA；

步骤3：依次将第n个雷达回波数据的距离段数据S_m排列在第n-1个回波数据的距离段数据S_m之后，直到N个雷达回波数据的距离段数据全部存储，得到M个依次排列的N*L₁的数据段，其中2≤n≤N，1≤m≤M；

步骤4：在DSP的内部二级存储空间L₂中开辟2个大小为N*L₁的存储器缓冲区，其中第一个存储器缓冲区用于存放从外部存储器DDR3中读取地址连续的二维矩阵数据，第二个存储器缓冲区用于存放转置后的二维小矩阵；

步骤5：依次读取步骤3中的第m个N*L₁的数据段到L₂的第一个存储器缓冲区中，将N*L₁的数据段定义为一个N*L₁二维矩阵；

步骤6：将N*L₁二维矩阵转置为L₁*N的二维矩阵，将转置后的二维矩阵存放在第二存储器缓冲区中；

步骤7：将转置后的二维矩阵连续存入外部存储器DDR3中读取N*L₁二维矩阵的地址。

有益效果

本发明提出的一种基于DSP的PD雷达***矩阵转置方法，有益效果如下：

第一、本发明将转置过程中的分段操作提前到脉冲数据接收存储阶段，降低了实际转置时间，提高矩阵转置效率。

第二、对原始数据的搬移采用连续数据读取，克服了离散数据搬移耗费大量时间的缺点，提高了本发明处理速度，进一步提高雷达数据处理实时性。

第三、本发明将原始数据分段读取到内部存储空间并进行处理，克服了需要为中间变量开辟较大存储空间的要求，节省了存储空间。

附图说明

图1是本发明的流程示意图

图2是本发明的雷达回波单条距离向数据

图3是本发明的单条距离向数据分段离散存储示意图

图4是本发明的所有积累数据足够时数据分段离散存储示意图

图5是本发明的连续读取所有积累点数据一段距离段数据示意图

图6是本发明的连续读取一段距离段数据的二维数据示意图

图7是本发明的对读取的二维数据转置后存储示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

参考附图1，本发明的具体步骤如下：

步骤1，距离向分段

DSP每次接受一条长度为L的距离向雷达回波数据，将接受到距离向数据进行分段，分段长度L₁＝STEP_EDMA/N，其中STEP_EDMA为EDMA步进地址最大长度，N为回波脉冲积累数。

步骤2，对距离上分段的数据离散存储

将分段后的距离段数据进行离散存储，每一段数据的地址间隔长度为积累点数N乘以距离段长度L₁。

步骤3，积累数据依次顺序分段存储

对接收的每条积累数据进行分段，进行分段离散存储，下一条距离向数据依次排列在上一段距离向数据之后，按照积累顺序依次存储。

步骤4，开辟存储空间

在内部二级存储空间L2中开辟2块大小为N*L₁的二维矩阵空间用于数据缓冲，其中一块用于存放从外部存储器DDR3读取的矩阵原始数据，另一块用于存放转置后的二维小矩阵。

步骤5，读取连续地址数据

从外部存储器DDR3上读长度为N*L₁地址连续数据到步骤4开辟的第一个缓冲区中，将从外部存储器DDR3中连续读取长度为N*L₁的数据看成地址连续的N*L₁二维矩阵，外部存储器上每段连续数据的起始地址为第一个积累数据的每一段距离数据所在地址，数据长度为N*L₁，即STEP_EDMA，这一步相当于读取大矩阵数据中某一距离段所有积累点数据。

步骤6，将读取的N*L₁矩阵进行转置

利用DSP实现小块矩阵数据的转置操作：对读取的N*L₁二维矩阵进行转置，转置后数据存放在步骤4开辟的第二个缓冲区中，转置后矩阵大小不变，但数据由N*L₁的二维矩阵变为L₁*N的二维矩阵，在雷达数据处理过程中，若需要对每个距离点的积累的N个数据进行处理，则可以分为L₁次对N个积累点数据进行处理。

步骤7，转置处理后数据回写

将转置后地址连续的L₁*N二维矩阵连续存入DDR3中读取N*L₁二维矩阵的地址。

步骤8，转置所有距离段

判断是否所有距离段转置完毕，若未转置完毕，则依次执行步骤5到步骤6，读取下一个距离数据段并转置；若所有距离段处理完毕，则对整个矩阵转置操作处理完毕。得到的矩阵数据是转置处理后的数据。

至此，基于DSP的PD雷达***矩阵转置方法已完成。

本发明是基于PD雷达处理***中信号处理部分，简要介绍PD雷达的处理基本步骤：第一步对接收到的雷达回波数据进行距离向脉冲压缩并存储N条回波数据实现积累；第二步对原始矩阵进行转置为每个距离单元的积累点数据连续的矩阵；第三步对每个距离单元的所有积累数据进行快速傅里叶变换，将数据变换到距离-多普勒域，以实现回波数据的相干积累；第四步对距离-多普勒平面中的数据进行目标检测。整个处理过程中需要用到至少一次矩阵转置，在积累点数不多的情况下，还需要将距离-多普勒数据再次进行转置，以便沿距离进行目标检测。因此对于矩阵数据的转置效率将影响信号处理的实时性。

下面通过测试类对比本发明与传统转置方法在执行时间进行比较，进一步说明本发明的效果。

本测试基于自制的TMS320C6678信号处理板，该DSP内部的EDMA的自动步进地址长度为[-32768,32767]字节，为了使EDMA每次的步进地址长度和DDR3的页地址对齐，限定EDMA最大步进长度为2的整数次幂，因此选择EDMA最大步进长度STEP_EDMA＝16384字节。雷达距离向回波数据点数为8192个浮点型复数，每个数据点由I/Q两路数据组成，每个数据由4字节浮点数表示，因此每个数据点占用8个字节，脉冲积累数为128点，因此原始矩阵为128*8192浮点型复数矩阵，。

回波数据按照脉冲数依次接收，对于每一条积累数据，距离分段为16384/8/128＝16点，因此将一条距离线分为8192/16＝512段，然后利用EDMA将512个长度为16*8＝128字节的距离段数据离散存储在DDR3中，每段数据之间地址间隔为16384字节，上述存储工作由EDMA自动完成，无需CPU参与；将128点积累数据按照附图4的格式存储到DDR3中后，利用EDMA连续读取16384字节数据，即读取128*16复数小矩阵到内部存储器中，然后利用DSP内部的转置函数对该小矩阵进行转置操作，输出矩阵为16*128点积累点连续的矩阵，对于需要进行快速傅里叶变换处理的128点积累数据地址连续，且在内部存储器中有16条积累数据，以此实现多个距离单元的转置操作，提高转置效率。

经过测试传统的交换行列数据位置的方式实现上述矩阵的转置操作需要64227400个时钟周期，采用本发明的方法消耗7868156个时钟周期，效率提高了8.2倍。

Claims (1)

1.一种基于DSP的PD雷达***矩阵转置方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：DSP依次接收N个雷达回波数据，将每一个雷达回波数据按照距离向依次进行分段得到距离段数据S₁……S_M，所述距离段数据的长度L₁＝STEP_EDMA/N，STEP_EDMA为EDMA步进地址最大长度；

步骤2：将第一个雷达回波数据的距离段数据S₁……S_M依次离散存储在外部存储器DDR3中，相邻两个距离段数据之间的地址间隔长度为STEP_EDMA；

步骤3：依次将第n个雷达回波数据的距离段数据S_m排列在第n-1个回波数据的距离段数据S_m之后，直到N个雷达回波数据的距离段数据全部存储，得到M个依次排列的N*L₁的数据段，其中2≤n≤N，1≤m≤M；

步骤4：在DSP的内部二级存储空间L₂中开辟2个大小为N*L₁的存储器缓冲区，其中第一个存储器缓冲区用于存放从外部存储器DDR3中读取地址连续的二维矩阵数据，第二个存储器缓冲区用于存放转置后的二维小矩阵；

步骤5：依次读取步骤3中的第m个N*L₁的数据段到第一个存储器缓冲区中，将N*L₁的数据段定义为一个N*L₁二维矩阵；

步骤6：将N*L₁二维矩阵转置为L₁*N的二维矩阵，转置后的二维矩阵存放在第二存储器缓冲区中；

步骤7：将转置后的二维矩阵连续存入外部存储器DDR3中读取N*L₁二维矩阵的地址。