基于DSP的地面运动目标识别系统研究
摘要
本文主要针对三种典型战场地面运动目标(人员、轮式车、履带式车)，设计了基于DSP的地面运动目标识别系统，主要内容分为三部分：目标地震动信号特征提取及目标识别算法的DSP实现，目标识别系统的硬件电路设计和系统软件设计。
本文首先对大量的真实目标数据进行了研究，分析了利用DSP技术实现地面运动目标识别的必要性和可行性。在此基础上完成了基于DSP的目标识别系统的软硬件设计，利用DSP的DMA功能实现了目标信号的实时采集与处理，并对系统的小型化、低功耗、抗干扰技术进行了研究。为使系统能够独立运行，本文利用DSP的16位并行引导方式实现了系统的自举引导。
结合定点DSP算法的实现原理，完成了基于过零分析和小波包分析的特征提取算法的定点DSP编程，并解决了BP神经网络分类识别算法向定点DSP移植时存在的非线性运算问题，提高了算法代码的执行效率，保证了系统的实时性要求。
最后，对系统进行了性能测试。结果表明，系统达到了预期的技术要求，其中，系统目标识别的DSP算法目前已成功应用于智能地雷的地震动目标检测中。
The seismic target identification system based on DSP is mainly discussed in the thesis. It consists of three parts, which are feature extracting of seismic signal and target identification realizing in DSP hardware, designing system circuit, programming software of system.
The thesis, based on much data of seismic target analyses the necessary and feasibility of target identification using DSP technology. Then we design the software and hardware system of target identification, which can be realized real time collection and process of seismic signal using DMA. Accordingly, we study hardware miniaturization, lower-power, and anti-jamming technology. Besides, we accomplish the bootload of system using 16 bits collateral inducting mode.
Based on the arithmetic theory of fix DSP, we accomplish the feature extracting arithmetic using zero-crossing and wavelet package analyses, and solve the nonlinear problem when replanting BP arithmetic to DSP, in order to insure the real time demand of system.
Finally, we test the performance of system, and the result shows software and hardware designing satisfy the anticipative demand.
本文首先对大量的真实目标数据进行了研究，分析了利用DSP技术实现地面运动目标识别的必要性和可行性。在此基础上完成了基于DSP的目标识别系统的软硬件设计，利用DSP的DMA功能实现了目标信号的实时采集与处理，并对系统的小型化、低功耗、抗干扰技术进行了研究。为使系统能够独立运行，本文利用DSP的16位并行引导方式实现了系统的自举引导。
结合定点DSP算法的实现原理，完成了基于过零分析和小波包分析的特征提取算法的定点DSP编程，并解决了BP神经网络分类识别算法向定点DSP移植时存在的非线性运算问题，提高了算法代码的执行效率，保证了系统的实时性要求。
最后，对系统进行了性能测试。结果表明，系统达到了预期的技术要求，其中，系统目标识别的DSP算法目前已成功应用于智能地雷的地震动目标检测中。
The seismic target identification system based on DSP is mainly discussed in the thesis. It consists of three parts, which are feature extracting of seismic signal and target identification realizing in DSP hardware, designing system circuit, programming software of system.
The thesis, based on much data of seismic target analyses the necessary and feasibility of target identification using DSP technology. Then we design the software and hardware system of target identification, which can be realized real time collection and process of seismic signal using DMA. Accordingly, we study hardware miniaturization, lower-power, and anti-jamming technology. Besides, we accomplish the bootload of system using 16 bits collateral inducting mode.
Based on the arithmetic theory of fix DSP, we accomplish the feature extracting arithmetic using zero-crossing and wavelet package analyses, and solve the nonlinear problem when replanting BP arithmetic to DSP, in order to insure the real time demand of system.
Finally, we test the performance of system, and the result shows software and hardware designing satisfy the anticipative demand.
引文
1 韩金滕．军事高技术对武器装备及未来战争的影响．外国军事技术No．7，2001：66-68
2 娄文忠．封锁机场多模弹药与引信技术研究．北京：北京理工大学博士论文．2001
3 杜木．无人值守的传感器走向现代化．现代兵器．1999，2
4 Waterways Experiment Station,U.S. Army Corps of Engineers, Analysis of Seismic Intrusion Detector Portion of Tactical Remote Sensor System, Vicksburg, MS, July, 1993
5 李体然，唐赵英．外军高新技术现状与发展趋势．北京：中国国防科技信息中心．1991，12．270～280
6 Ireena A. Erteza, Greg. J. Elbring, Tim S. McDonald, John P. Claassen, Doug R. Baumgardt, Jim K. Wolford. Case Study: Unattended Ground Sensor Phenomenology and Signal Processing. SPIE Vol.3281
7 马宝华，施聚生．远距离战场监视传感器系统人员、车辆、直升机预警．GF：513，1993，3
8 赵红怡．DSP技术与应用实例．北京：电子工业出版社，2003，6
9 朱铭皓，赵勇，甘泉．DSP应用系统设计．北京：电子工业出版社，2002，10
10 张雄伟，陈亮，徐光辉．DSP芯片的原理与开发应用．北京：电子工业出版社，2000，9
11 苏涛，蔺丽华，卢光跃，张林让．DSP实用技术．西安：西安电子科技大学出版社，2002，6
12 汪安民．TMS320C54XX DSP实用技术．北京：清华大学出版社，2002，7
13 聂伟荣．多传感器探测与控制网络技术—地面运动目标震动信号探测与识别．南京理工大学博士论文．2001，6
14 聂伟荣，朱继南．地面运动目标分类的模式特征与评价．探测与控制学报．2002，3
15 朱明霞．小型便携式地震动目标探测识别系统的实现．南京理工大学硕士论文．2001，12
16 N. Takai, T. lwai, T. Ushizaka, and T. Asakura. Zero-crossing Study On Dynamic Properties of Speckles. J. Opt, Vol. 11, NO.2
17 徐佩霞，孙功宪．小波分析及应用实例．合肥：中国科技大学出版社，1996
18 耿中行等．小波包的移频算法与振动信号处理．振动工程学报．1996(vol．9．2)145～152
19 Daubechies I. Orthonormal bases of compactly supported wavelets. Comm in pure and Applied Math, 1990, 41(7): 909～1005
20 郭亚军．压力管道泄漏与漏点定位算法研究与实现．南京理工大学硕士论文．2002，12
21 郑君里，杨行峻．人工神经网络．北京：高等教育出版社，1992
22 黄得双．神经网络模式识别系统理论．北京：电子工业出版社，1996
23 楼顺天，施阳．基于MATLAB的系统分析与设计——神经网络．西安：西安电子科技大学出版社，2000，11
24 张风言．电子电路基础．高等教育出版社，1994
25 严楣辉，杨光壁．集成运算放大器分析与应用．成都：电子科技大学出版社，1992
26 Rober G.Irvine.Operational Amplifier Characteristics and Applications, 1981
27 Texas Instruments Incorporated. Using the TMS320C5402 DMA channels to Read Form the T1v2548.Reference Set[J]. Application Report SLAA095. 2000
28 Andrew Bateman, Iain Paterson-Stephens. The DSP Handbook Algorithms, Applications and Design Techniques. China Machine Press, 2003
29 唐海峰．人工智能在引信中的应用研究—目标探测识别及其系统设计．南京理工大学博士论文．2003，3
30 戴逸松．电子系统噪声及低噪声设计方法．长春：吉林人民出版社，1984
31 罗涛，戴逸松．低噪声前置放大器的优化设计及电路实现．电工技术学报．1990(8)：45-50
32 刘益成．TMS320C54X DSP应用程序开发与设计．北京：北京航空航天大学出版社，2002，5
33 张志涌，许彦琴．MATLAB教程—基于6.X版本．北京：北京航空航天大学出版社，2001，4
34 伯晓晨，李涛，刘路．MATLAB工具箱应用指南—信息工程篇．北京：电子工业出版社，2000，4
35 陈亚勇．MATLAB信号处理详解．北京：人民邮电出版社，2001，9
36 杨光，张太镒，孙建成．DSP多通道缓冲串行口SPI方式的应用．电子产品世界．2002(10)
37 任志刚，孙洪波，张泽．TMS320C54x系列McBSP串口特性及其应用．内蒙古大学学报．2001(5)
38 李季，戚俊，陈结详，张毅．TMS320VC5402与高速A／D的无缝连接．量子电子学报．2002(12)
39 Texas Instruments Incorporated. TMS320C54X DSP Reference Set[J]. Enhanced and Peripherals, 1999, 1
40 Texas Instruments Incorporated. TMS320C54X DSP Reference Set[J]. CPU and Peripherals, 1999, 1
41 张景涛，张弓．TMS320VC54系列EPROM加载实现．外围电子元器件．2002(3)
42 聂晓华，姜建国．基于闪烁存储器的TMS320VC5409 DSP并行引导装载方法．电子技术应用．2002(7)
43 吴炳欣．TI DSP应用技术大讨论．世界电子元器件．2002(6)
44 Texas Instruments Incorporated. TMSVC5409 Datasheet. Texas Instruments, 1997
45 胡昌华，张军波等．基于MATLAB的系统分析与设计—小波分析．西安：西安电子科技大学出版社，1999，12
46 Texas Instruments Incorporated.TMS320C54X Optimizing C Compiler User's Guide. Texas Instruments. 1998
47 Texas Instruments. TMS320C5000 DSP/BIOS.Application Programming Interface Reference Guide. Texas Instruments. 1999
48 程正兴．小波分析算法与应用．西安交通大学出版社，1998，5
49 虞和济，陈长征等．基于神经网络的智能诊断．冶金工业出版社，2000，5
50 聂伟荣，郭亚军等．基于小波包的地面运动目标信号特征提取．第十二届引信学术年会．2001，8：430～434
51 张志明，聂伟荣，朱继南．基于BP神经网络的目标识别算法在定点DSP芯片上的实现．第十三届引信学术年会．2003，10：409～411
52 Juline LeMond etc. Vehicle weight estimates using a buried three-axis seismometer. SPIE.3677:106～116
53 N. Takai, T. lwai, T. Ushizaka, and T. Asakura. Zero-crossing Study On Dynamic Properties of Speckles. J. Opt, Vol. 11, NO.2
54 Wells. Detections of moving objects. USP. 5,047, 995, 1911
55 朱文革．广义小波变换及其在人工神经网络中的应用．应用数学学报．1997(vol20,2)175～1
56 赖祖武．电磁干扰防护与电磁兼容性．北京：原子能出版社，1993
57 王幸之．王雷等．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2000
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24 张风言．电子电路基础．高等教育出版社，1994
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49 虞和济，陈长征等．基于神经网络的智能诊断．冶金工业出版社，2000，5
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51 张志明，聂伟荣，朱继南．基于BP神经网络的目标识别算法在定点DSP芯片上的实现．第十三届引信学术年会．2003，10：409～411
52 Juline LeMond etc. Vehicle weight estimates using a buried three-axis seismometer. SPIE.3677:106～116
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55 朱文革．广义小波变换及其在人工神经网络中的应用．应用数学学报．1997(vol20,2)175～1
56 赖祖武．电磁干扰防护与电磁兼容性．北京：原子能出版社，1993
57 王幸之．王雷等．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2000