基于TMS320C6418的成像制導仿真系統(tǒng)設計
尹哲春 張福欣 馬紅艷
摘要： 介紹了基于DSP處理器的成像制導圖像生成仿真系統(tǒng),，并在某導引頭仿真系統(tǒng)中得到應用,，真實模擬出導引頭搜索、捕獲目標的全過程。該仿真系統(tǒng)可以對導引頭的目標識別能力和制導能力給出判斷，并由此改進目標識別系統(tǒng)，從而提高精確制導的能力。隨著精確制導武器系統(tǒng)的發(fā)展，基于DSP的成像制導仿真必將取得越來越大的進展,，發(fā)揮越來越重要的作用。
Abstract：
Key words :
1 成像制導仿真系統(tǒng)設計
1.1 系統(tǒng)的組成
為了能夠?qū)崿F(xiàn)仿真圖像的實時顯示,，在設計DSP視頻生成系統(tǒng)時,，DSP的選擇該系統(tǒng)設計的關鍵，為此這里選用TMS320C6418型DSP,。以TMS320C6418為核心的圖像生成仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)原理框圖,，如圖1所示。
1.2 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)初始化時通過DSP將素材圖像送入存儲器SDRAM等待DSP處理,，再由FPGA產(chǎn)生的行同步,、場同步信號的控制下將處理后的圖像數(shù)據(jù)通過DsP的EDMA通道送入FPGA的RAM中，在FPGA產(chǎn)生復合同步信號和復合消隱信號的控制下圖像數(shù)據(jù)經(jīng)D/A轉換后,，合成為標準的模擬視頻信號,。
1.3 基于DSP的系統(tǒng)硬件特性
DSP處理系統(tǒng)實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的處理，是整個系統(tǒng)的核心,。它由DSP器件TMS320C6418,、圖像存儲器SDRAM、程序存儲器FLASH構成,。
TMS320C6418通過外部存儲器接口(EMIF)與SDRAM,、FLASH和FPGA連接，構成典型的嵌入式DSP應用系統(tǒng),。TMS320C6418是TI公司新推出的TMS320C64xx系列的一種,，主要特點為：片內(nèi)512K字節(jié)RAM;操作速度高達600MHz;支持多種外部存儲器接口，包括SRAM,，SDRAM,，RAOM，F(xiàn)IF-0;增強的EDMA控制器,，有64個EDMA通道,。
在實時圖像數(shù)字處理器中，采用SDRAM存儲圖像數(shù)據(jù)有2個優(yōu)點：一是速度高,，存取時間可達8 ns;二是單片容量大,，有利于減少圖像處理系統(tǒng)的體積。
對于DSP處理系統(tǒng),，必須擴充片外程序存儲器,，這里選用的是FLASH存儲器。TMS320C6418的RAM(L2)容量達到512 KB,，而DSP系統(tǒng)的應用程序通常不是特別大,，因此，在系統(tǒng)上電以后將使用的程序裝載到L2中,，這樣可以提高程序的訪問速度,。
1.4 基于DSP的系統(tǒng)成像制導仿真圖像生成軟件
1)DSP初始化程序 完成上電復位以后的初始化工作，主要包括對外部存儲器件SDRAM,、FLASH的配置和初始化及將素材圖像數(shù)據(jù)搬入SDRA-M,。
2)DSP系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)的傳輸程序 在圖像生成中存在大量的數(shù)據(jù)傳輸，包括：目標和背景數(shù)據(jù)傳輸,，以實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的融合處理;SDRAM與DSP內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)傳輸,，以實現(xiàn)目標提取的處理;SDRAM與FPGA的RAM的數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)視頻圖像的實時顯示,。
3)圖像處理程序 根據(jù)圖像的特點選擇合適的圖像處理算法,，提取目標，給控制端提供脫靶量,，以實現(xiàn)圖像的閉環(huán)跟蹤,。
4)制導控制程序 根據(jù)外部輸入的輸入條件，即跟蹤,、掃描等命令,，使其能夠模擬導引頭工作時真實場景的動態(tài)變化。
2 成像制導仿真圖像生成關鍵技術
2.1 背景和目標的模型建立
目標是指軍事武器作戰(zhàn)的對象物,，而背景是除目標之外的一切空間物質(zhì),。目標與背景是相對的，同一物體有時可以成為目標,，有時也可以是背景,。對于成像制導而言，根據(jù)目標與背景所在地理位置高度或性質(zhì)的不同,，可把目標與背景分成3類：空中目標與天空背景,、海面目標與海洋背景,、地面目標與地物背景。
背景圖像的生成可以使用形狀規(guī)則的矩形光柵圖像,，例如帶有天空和地面的*.bmp位圖圖像,。在某些特定的場景中還需要花、草,、樹,、汽車、房屋等不規(guī)則形狀的目標光柵圖像,，例如要在已有的場景中生成一顆大樹,，如何才能透過樹葉和枝桿的縫隙看到后面的景物。這在DSP中沒有專門的函數(shù)來進行處理,。但可采用以下方法實現(xiàn)：
1)首先用3DMAX軟件生成所需要的花,、草、汽車等,，生成文件為*.BMP位圖文件格式,，用PHOTOSHOP軟件將感興趣的圖像將其對比度、亮度加以調(diào)整,。將其位圖圖像做成矩形,，便于DSP算法處理。
2)背景與目標的融合,，確定目標的位置后,，需要把背景和目標融合起來。但是由于背景與目標之間存在亮度差,，如果簡單地重疊,，就會出現(xiàn)明顯的縫隙。為了達到無縫融合,，把背景與目標重合區(qū)域的邊緣按一定的加權值合成為新的邊緣,。
式中，Inew為合成的新的邊緣圖像,，I1和I2為目標與背景重疊區(qū)域的邊緣圖像,，w為加權系數(shù)。
設重疊邊緣區(qū)域的寬度為d,，那么拼接的圖像,，I1隨著向I2的過渡，w由0→1,，增量為1/d呈線性變化,。該算法實現(xiàn)了目標與背景邊緣的均勻過渡，達到很好圖像無縫融合的效果。
3)對生成的圖像進行濾波處理,。
2.2 素材圖像數(shù)據(jù)的生成
各種各樣的背景圖像和目標圖像存放在存儲器中,，這就要將所取得素材轉換成數(shù)字圖像然后通過燒寫程序?qū)⑦@些素材通過DSP燒寫到存儲器中。
1)將素材用軟件轉換成TI CCSTudio調(diào)試軟件能夠識別的數(shù)據(jù)格式,。具體格式如圖2所示,。
2)通過CCStudio的File一>Data一>Load菜單將素材數(shù)據(jù)裝入相應的地址空間。
3)通過編寫的燒寫程序?qū)⑺夭臄?shù)據(jù)固化到存儲器相應的地址空間,。
3 導引回路圖像的實時仿真
要真實地仿真作戰(zhàn)環(huán)境，就必須考慮目標的各種運動規(guī)律,。描述目標的運動可以有3種方法：1)目標運動,，導引頭框架不動;2)目標不動，導引頭框架運動;3)目標和導引頭框架同時運動,。
在人工捕獲目標的導彈仿真回路中,，一般情況下目標是固定的，靠人工操作控制導彈搜索,、跟蹤目標,，因此本文采用方法第2種方法(即目標不動，導引頭框架運動)來進行圖像仿真,。仿真過程如圖3所示,。
仿真圖像生成后將圖像送入圖像處理模塊，圖像處理模塊運用圖像處理和識別技術完成目標的檢測,、識別和跟蹤,，并根據(jù)目標方位，給出相應的誤差信號;控制模塊根據(jù)相應的控制命令進行導引頭的方位和俯仰掃描,，一旦發(fā)現(xiàn)目標立即轉入跟蹤狀態(tài)進行跟蹤,，同時計算導引頭的位置和姿態(tài)參數(shù);導引頭的調(diào)整結果作為反饋被送回仿真視場圖像生成模塊，該模塊根據(jù)反饋信號計算生成下一幅圖像,。仿真的實際效果圖如圖4所示,。
4 結束語
介紹了基于DSP處理器的成像制導圖像生成仿真系統(tǒng)，并在某導引頭仿真系統(tǒng)中得到應用,，真實模擬出導引頭搜索,、捕獲目標的全過程。該仿真系統(tǒng)可以對導引頭的目標識別能力和制導能力給出判斷,，并由此改進目標識別系統(tǒng),，從而提高精確制導的能力。隨著精確制導武器系統(tǒng)的發(fā)展,，基于DSP的成像制導仿真必將取得越來越大的進展,，發(fā)揮越來越重要的作用。
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