基于硬件語(yǔ)言的序列檢測(cè)器設(shè)計(jì)

1、基于硬件語(yǔ)言的序列檢測(cè)器設(shè)計(jì)-以TBD 算法為例摘要傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)如先檢測(cè)后跟蹤（Detect-Before-Track，DBT）算法通過(guò)單幀做門限判決已不能滿足對(duì)弱目標(biāo)的可靠檢測(cè)，為了提高對(duì)弱目標(biāo)的探測(cè)性能，有兩種主要的實(shí)現(xiàn)手段：一種是從改變雷達(dá)體制出發(fā)，通過(guò)自適應(yīng)波形設(shè)計(jì)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)；另一種是采用信號(hào)處理的方式，通過(guò)檢測(cè)前跟蹤（Track-Before-Detect, TBD）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。自適應(yīng)波形設(shè)計(jì)的思想是通過(guò)向環(huán)境發(fā)射波形，估計(jì)環(huán)境模型并提取環(huán)境參數(shù)，根據(jù)已獲得的環(huán)境參數(shù)有針對(duì)性地生成與環(huán)境相適應(yīng)的雷達(dá)波形，從而改善系統(tǒng)的檢測(cè)跟蹤性能。但波形的設(shè)計(jì)會(huì)涉及到時(shí)間、空間、頻率、相位、功率

2、等因素，是一個(gè)多維最優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，從而導(dǎo)致波形設(shè)計(jì)困難。為了提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測(cè)速度,在設(shè)計(jì)最大似然序列檢測(cè)器時(shí)我們對(duì)傳統(tǒng)的Viterbi譯碼過(guò)程進(jìn)行了改進(jìn)。首先,通過(guò)改變Viterbi序列檢測(cè)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),將傳統(tǒng)的Viterbi算法中每次判決一個(gè)碼元符號(hào)改進(jìn)為每次判決兩個(gè)碼元符號(hào),按照同樣的方法也可以進(jìn)行更大數(shù)據(jù)量的判決;其次,由于運(yùn)算量的加大使得硬件資源占用急劇增加,我們又提出了一種新的方法,對(duì)Viethti序列檢測(cè)器的狀態(tài)進(jìn)行分組,將原有的狀態(tài)圖進(jìn)行了折疊,使得Viterbi算法所需要搜索的節(jié)點(diǎn)減少一半,大大降低了運(yùn)算量,也節(jié)省了硬件資源的開(kāi)銷。在提高PRML讀取通道的數(shù)據(jù)速率方面

3、取得了一定的進(jìn)展。關(guān)鍵字：序列檢測(cè)器；PRML；設(shè)計(jì)目 錄基于硬件語(yǔ)言的序列檢測(cè)器設(shè)計(jì)-以TBD 算法為例1摘要1目 錄21 緒論31.1 研究背景及意義31.2 研究動(dòng)態(tài)31.3 基于序列檢測(cè)的弱目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤算法41.3.1 序列檢測(cè)準(zhǔn)則41.3.2 耦合與不耦合52 信道均衡器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)52.1 光盤信道模型選取52.2 部分響應(yīng)均衡模型選取72.3 部分響應(yīng)均衡器實(shí)現(xiàn)83 符號(hào)定時(shí)恢復(fù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)103.1 符號(hào)同步的數(shù)字插值原理103.1.1定時(shí)恢復(fù)環(huán)路113.2 定時(shí)恢復(fù)環(huán)路實(shí)現(xiàn)114 序列檢測(cè)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)134.1 信道模型簡(jiǎn)介134.2 檢測(cè)器設(shè)計(jì)134.3 序列檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)

4、14總結(jié)15參考文獻(xiàn)161 緒論1.1 研究背景及意義 與傳統(tǒng)的 DBT 算法不同，檢測(cè)前跟蹤（TBD）技術(shù)不對(duì)傳感器接收到的觀測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)置門限，從而最大限度地保留有用的目標(biāo)信息，再通過(guò)聯(lián)合處理多幀連續(xù)的數(shù)據(jù)，將目標(biāo)信號(hào)的能量做多幀積累，從而凸現(xiàn)目標(biāo)并抑制雜波或干擾，最后檢測(cè)結(jié)果和目標(biāo)航跡同時(shí)宣布。由于 TBD 技術(shù)采用了多幀積累的思想，利用了目標(biāo)和雜波的幀間差異性，從而具有提高弱目標(biāo)探測(cè)性能的潛力。此外，該技術(shù)無(wú)需改變雷達(dá)的體制，僅通過(guò)信號(hào)處理的手段來(lái)提高對(duì)弱目標(biāo)的探測(cè)性能，且沒(méi)有增加硬件成本，因此具有很大的優(yōu)勢(shì)。1.2 研究動(dòng)態(tài) 在國(guó)外， NASA 研究中心的 Barniv, Y.在2005

5、 年首先提出了用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法檢測(cè)紅外圖像中的弱目標(biāo)，分析了該算法的檢測(cè)性能，但沒(méi)有研究該算法的估計(jì)精度。接著，在 1990 年，DPA 首先被應(yīng)用到雷達(dá)弱目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域。2006 年，墨爾本大學(xué)的 Tonissen 應(yīng)用 DPA 對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)與跟蹤，假設(shè)值函數(shù)在幀與幀之間是相互獨(dú)立的且近似服從高斯分布，分析了該算法的檢測(cè)性能和估計(jì)性能，并考慮了當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)弱機(jī)動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2015 年，墨爾本大學(xué)的 Johnston 和 Krishnanurthy 分析了基于 DPA 的 TBD 算法，去除了觀測(cè)數(shù)據(jù)的分布需為高斯且獨(dú)立的假設(shè)，通過(guò)應(yīng)用極值理論和廣義極值理論，得到了檢測(cè)概率

6、和虛警概率的明確表達(dá)式，得到的結(jié)果更為精確。再后來(lái)，意大利的 Buzzi，Grossi 等人針對(duì)低信噪比下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，將動(dòng)態(tài)規(guī)劃與序列概率比檢驗(yàn)（SPRT）方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)信號(hào)的序列多幀檢測(cè)與跟蹤，統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，從而計(jì)算量大大降低。雖然在不少方面（如多目標(biāo)場(chǎng)景下積累后的值函數(shù)的團(tuán)聚效應(yīng)、存儲(chǔ)量計(jì)算量的進(jìn)一步降低等）還存在問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的研究工作已較為深入。在國(guó)外，對(duì)于固定幀數(shù)檢測(cè)算法，Im 和 Kim 在廣義紐曼皮爾遜（NP）準(zhǔn)則下研究了多幀目標(biāo)檢測(cè)框架下的性能優(yōu)化問(wèn)題，得出檢測(cè)性能和目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性密切相關(guān)，且檢測(cè)性能和估計(jì)性能不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。早在 1

7、955 年，Middleton等人研究了噪聲中信號(hào)的最優(yōu)序列檢測(cè)問(wèn)題，得出固定幀數(shù)檢測(cè)器是非高效的，而序列檢測(cè)器能縮短觀測(cè)時(shí)間，提高雷達(dá)系統(tǒng)的靈敏度。1962 年，Marcus 等人針對(duì)單目標(biāo)情況將序列概率比檢驗(yàn)策略應(yīng)用到雷達(dá)檢測(cè)中來(lái)，之后，Tartakovsky 等將 SPRT 推廣，研究了聯(lián)合序列檢測(cè)與位置估計(jì)算法，但這些研究都假設(shè)目標(biāo)是靜止不動(dòng)的，限制性太強(qiáng)，原因是實(shí)際中感興趣的目標(biāo)大多都是運(yùn)動(dòng)的，特別是高性能的飛行器速度很可能超過(guò) 2 馬赫。1994 年，Baum 等人利用序列假設(shè)檢驗(yàn)法實(shí)現(xiàn)了對(duì)多幀紅外圖像序列中的微弱機(jī)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤，用截?cái)嗟?SPRT 對(duì)候選目標(biāo)航跡剪枝，以降

8、低計(jì)算復(fù)雜度，但由于候選航跡或假設(shè)檢驗(yàn)數(shù)呈密集的樹(shù)結(jié)構(gòu)形式，盡管通過(guò) SPRT 剪枝，計(jì)算量仍然較大，不利于工程實(shí)現(xiàn)。1.3 基于序列檢測(cè)的弱目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤算法固定幀數(shù)檢測(cè)器采用單門限檢測(cè)，虛警的保證也較容易，檢測(cè)器容易設(shè)計(jì)。然而，由仿真實(shí)驗(yàn)可知，固定幀數(shù)檢測(cè)器的一個(gè)缺點(diǎn)是對(duì)積累幀數(shù)的選擇就很難有針對(duì)性，即很難根據(jù)實(shí)際信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)有針對(duì)的選擇積累幀數(shù)，以獲得較好的檢測(cè)估計(jì)性能。 1.3.1 序列檢測(cè)準(zhǔn)則序列檢測(cè)是觀測(cè)時(shí)間事先不確定，而是留待檢測(cè)過(guò)程中確定的一種檢測(cè)，采用雙門限結(jié)構(gòu)，根據(jù)按自然順序得到的觀測(cè)值，隨時(shí)進(jìn)行處理和做出判決，一旦信息足夠就做出判決，能更有效地利用已獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)信息，避

9、免信息的冗余。因此，從平均意義上講，它可以節(jié)省觀測(cè)時(shí)間，同時(shí)又保持和固定幀數(shù)檢測(cè)相同的風(fēng)險(xiǎn)。特別地，對(duì)大信噪比信號(hào)，它能快速做出判決，大大節(jié)省觀測(cè)時(shí)間，同時(shí)又不損失檢測(cè)性能；對(duì)較小信噪比信號(hào)，它又能延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，用更多的觀測(cè)幀數(shù)來(lái)獲得更優(yōu)的檢測(cè)性能，因而更具靈活性。 如果考慮距離-方位二維觀測(cè)數(shù)據(jù)平面，前k幀的觀測(cè)數(shù)據(jù)集合為12k=Z1,Z2,Zk，序列檢測(cè)的目的就是按照一定的策略取樣觀測(cè)序列Zllk=Z1,Z2,Zk，判斷觀測(cè)值僅由噪聲產(chǎn)生或由目標(biāo)和噪聲共同產(chǎn)生，如果判決目標(biāo)存在，給出目標(biāo)的航跡估計(jì)和最終位置估計(jì)。1.3.2 耦合與不耦合 序列檢測(cè)準(zhǔn)則可分為耦合的和不耦合的兩種，如果設(shè)計(jì)序列

10、檢測(cè)準(zhǔn)則的出發(fā)點(diǎn)是為了優(yōu)化系統(tǒng)的檢測(cè)性能，將得到不耦合或稱為面向檢測(cè)（Detection -Oriented, DO）的序列檢測(cè)準(zhǔn)則；如果是為了單獨(dú)優(yōu)化估計(jì)性能或者對(duì)檢測(cè)性能和估計(jì)性能做聯(lián)合優(yōu)化，都將得到耦合的序列檢測(cè)準(zhǔn)則。不論是耦合還是不耦合準(zhǔn)則，一旦檢測(cè)到目標(biāo)，才進(jìn)一步對(duì)目標(biāo)的位置和航跡估計(jì)進(jìn)行恢復(fù)。 不耦合的序列檢測(cè)準(zhǔn)則形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于分析序列檢測(cè)器的特性，由于該準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的目的是為了讓檢測(cè)概率達(dá)到最大，適合于雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)檢測(cè)，原因是檢測(cè)性能是雷達(dá)檢測(cè)中最關(guān)心的性能之一，但 DO 準(zhǔn)則的缺點(diǎn)是不能提供更多的關(guān)于位置估計(jì)或航跡估計(jì)的信息，系統(tǒng)的估計(jì)性能難以控制。而耦合的序列處理準(zhǔn)則會(huì)帶來(lái)更

11、多的關(guān)于估計(jì)性能的信息。由于在雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)中，檢測(cè)概率是系統(tǒng)性能中最關(guān)心的一個(gè)指標(biāo)，為了兼顧檢測(cè)性能和估計(jì)準(zhǔn)確度，可設(shè)計(jì)檢測(cè)與估計(jì)相耦合的序列檢測(cè)算法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的聯(lián)合檢測(cè)與估計(jì)，是更真實(shí)的檢測(cè)跟蹤一體化檢測(cè)估計(jì)算法。 然而，相對(duì)于固定幀數(shù)檢測(cè)測(cè)量而言，序列檢測(cè)策略的設(shè)計(jì)要困難得多，通常的設(shè)計(jì)方法是通過(guò)延伸和推廣序列概率比檢驗(yàn)（SPRT），得到更實(shí)用的、但可能是次優(yōu)的序列檢測(cè)策略。2 信道均衡器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 光盤信道模型選取在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,我們的光盤信道模型的選取是按照S0NY和philips公布的三角信道模型。圖2.1 光頭三角信道模型示意圖信道的頻率響應(yīng)如式2.1所示,其中式2.

12、2是光盤信道的截止頻率: 2.1 2.2式中“v”是光頭掃描的線速度。NA是光頭物鏡的數(shù)值孔徑。“”是激光波長(zhǎng)。DVD光盤信道的頻率響應(yīng)和脈沖響應(yīng)分別由圖2.2和2.3給出圖2.2 DVD光盤信道頻率響應(yīng)圖2.3 DVD光盤脈沖響應(yīng)2.2 部分響應(yīng)均衡模型選取在采用峰值檢測(cè)的光盤信號(hào)處理系統(tǒng)中,均衡器的目的是為了減小碼間干擾抑制高頻噪聲的增加。然而在PRML系統(tǒng)中,部分響應(yīng)均衡的主要目的是為了使包括信道在內(nèi)的全部脈沖響應(yīng)與期望的部分響應(yīng)目標(biāo)匹配。在設(shè)計(jì)時(shí),我們要綜合考慮下面的兩個(gè)問(wèn)題來(lái)選取部分響應(yīng)目標(biāo)多項(xiàng)式:a).硬件成本VS性能b)最大似然檢測(cè)器設(shè)計(jì)復(fù)雜度VS部分響應(yīng)均衡器設(shè)計(jì)復(fù)雜度對(duì)于低分

13、辨率的DVD信號(hào),我們選取下面的目標(biāo)多項(xiàng)式作為部分響應(yīng)目標(biāo)多項(xiàng)式:上面的部分響應(yīng)目標(biāo)多項(xiàng)式足以滿足系統(tǒng)性能的要求,并且實(shí)現(xiàn)的硬件成本也不高。在不考慮噪聲的情況下,我們希望能夠使得光盤信道的脈沖響應(yīng)與部分響應(yīng)均衡器的脈沖響應(yīng)級(jí)聯(lián)后的全部脈沖響應(yīng),與所選擇的目標(biāo)多項(xiàng)式的脈沖響應(yīng)相等。我們定義H（k）、C（k）、g（k）分別為信道脈沖響應(yīng)、均衡器脈沖響應(yīng)和目標(biāo)多項(xiàng)式脈沖響應(yīng)。均衡器為FRI結(jié)構(gòu),則可以得到矩陣方程:通常,系統(tǒng)方程受多種因素的影響,因此可以用最小二乘準(zhǔn)則根據(jù)下面方程來(lái)解出系數(shù)向量。C=(HTH)-1HTg。方程可以通過(guò)MATLAB來(lái)求解。2.3 部分響應(yīng)均衡器實(shí)現(xiàn)圖 部分響應(yīng)均衡器原理

14、框圖部分響應(yīng)均衡器是一個(gè)簡(jiǎn)單的線性相位的FIR結(jié)構(gòu)的濾波器。濾波器系數(shù)Cin,和Cout,是由系統(tǒng)主控CPU通過(guò)接口寄存器進(jìn)行可編程配置的。而CCENT則是根據(jù)Cin,和Cout,按照下式計(jì)算得出的:在圖中我們可以看到均衡器的系數(shù)是對(duì)稱的,因此我們可以在乘以系數(shù)之前將系數(shù)相同的兩級(jí)寄存器內(nèi)容先相加,然后再與系數(shù)相乘。這樣做的目的是減少乘法器的數(shù)目,節(jié)省硬件資源。下圖是部分響應(yīng)均衡器的實(shí)現(xiàn)框圖。圖 部分響應(yīng)均衡器實(shí)現(xiàn)框圖圖.37是可變延時(shí)寄存器單元實(shí)現(xiàn)框圖。均衡器中寄存器單元的延時(shí)P是主控CPU根據(jù)系統(tǒng)中ADC的過(guò)采樣率決定的,并通過(guò)接口寄存器對(duì)寄存器單元進(jìn)行配置。P的取值范圍是1,2,3,4,

15、6,8。寄存器單元可以按照?qǐng)D來(lái)實(shí)現(xiàn)。延時(shí)的選擇是通過(guò)MUX選擇不同的移位寄存器輸出完成的。圖 寄存器單元實(shí)現(xiàn)框圖3 符號(hào)定時(shí)恢復(fù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)當(dāng)光頭拾取的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)時(shí),采樣數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)率和相位與燒錄在光盤上的原始信息的數(shù)據(jù)率及相位應(yīng)該對(duì)齊,但是由于時(shí)鐘并不同步,所以采樣數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)也無(wú)法同步。然而數(shù)據(jù)的同步對(duì)于后端數(shù)據(jù)判決是十分重要的。定時(shí)恢復(fù)可以改變數(shù)據(jù)的采樣頻率和相位,如果定時(shí)恢復(fù)電路正常工作,它能為后面的數(shù)據(jù)處理模塊提供最佳的信噪比SNR采樣數(shù)據(jù),并且對(duì)于減小碼間干擾也有很大的幫助。3.1 符號(hào)同步的數(shù)字插值原理在基帶數(shù)字系統(tǒng)中,如果采樣數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間并不同步,我們可以通過(guò)

16、插值的方法來(lái)進(jìn)行定時(shí)調(diào)整。本節(jié)刻門首先給出插值的基本原理和插值的控制方法。然后給出系統(tǒng)中插值器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。3.1.1定時(shí)恢復(fù)環(huán)路圖 定時(shí)恢復(fù)環(huán)路模型我們以上圖為例給出定時(shí)恢復(fù)的模型。X（t）信號(hào)是接收到的連續(xù)時(shí)間信號(hào)。X（t）中的符號(hào)間隔為T,為了論述方便,我們假設(shè)X（t）是實(shí)的基帶信號(hào),并且為帶限信號(hào)。則X（t）可以在不發(fā)生混疊的情況下,以1/Ts速率采樣。如果X（t）不是帶限信號(hào),則采樣后信號(hào)的頻譜將會(huì)發(fā)生混疊,從而引起信號(hào)失真系統(tǒng)性能下降。插值定時(shí)恢復(fù)的技術(shù)對(duì)于寬帶信號(hào)并不適用,而對(duì)于窄帶信號(hào)的效果相對(duì)較好。采樣點(diǎn)X（mTs）我們簡(jiǎn)寫為x(m)具有相等間隔Ts,采樣點(diǎn)x(m)將會(huì)送

17、到插值器,用來(lái)計(jì)算插值。插值輸出為y(kTi)簡(jiǎn)寫為y(k),其時(shí)間間隔為Ti,則Ti=T/K,K為整數(shù)。為了解釋方便,我們可以把插值的時(shí)間間隔Ti視為常數(shù)。實(shí)際的定時(shí)恢復(fù)電路通過(guò)調(diào)整插值的時(shí)間間隔來(lái)同步采樣數(shù)據(jù)與接收信號(hào)中的數(shù)據(jù)符號(hào)。因此,插值時(shí)間間隔并不是一個(gè)固定的常數(shù)。反饋環(huán)路中的模塊都是為同步過(guò)程設(shè)計(jì)的。定時(shí)誤差是由定時(shí)誤差檢測(cè)器測(cè)量出來(lái),并經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器濾波得到的?？刂破鲗⒏鶕?jù)定時(shí)誤差的值對(duì)插值器進(jìn)行控制。插值器根據(jù)由控制器得到的信號(hào)對(duì)采樣序列進(jìn)行插值運(yùn)算,得到最終的插值序列。3.2 定時(shí)恢復(fù)環(huán)路實(shí)現(xiàn)定時(shí)恢復(fù)模塊主要負(fù)責(zé)估計(jì)出后端最大了以然序列檢測(cè)器所需要的數(shù)據(jù)采樣時(shí)間,并根據(jù)均衡器

18、輸出的采樣值和估計(jì)出來(lái)的相位誤差進(jìn)行線性插值。在光盤數(shù)據(jù)讀通道中,輸入的數(shù)據(jù)波特率變化是隨著光盤的格式和讀取倍速變化的。CD-ROM由4X倍速到52X倍速以及DVD由1X倍速到16X倍速讀取數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)波特率變換范圍非常寬。為了適應(yīng)這種情況,系統(tǒng)中大部分的信號(hào)處理工作都需要采用數(shù)字技術(shù)處理完成。讀盤的過(guò)程中,光頭獲取的光信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后,變成電信號(hào)。再經(jīng)過(guò)放大濾波后送至模一數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行采樣量化成6比特的數(shù)字信號(hào)。而ADC的采樣時(shí)鐘是一個(gè)固定的頻率,因此ADC的采樣數(shù)據(jù)和光盤上讀出來(lái)的數(shù)據(jù)并不同步。當(dāng)ADC的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)部分響應(yīng)均衡器后,必須恢復(fù)成與后端的最大似然序列檢測(cè)器所需要的與光盤數(shù)

19、據(jù)同步并且相位相同的采樣數(shù)據(jù)。時(shí)鐘恢復(fù)模塊需要完成的工作有以下兩項(xiàng):a)估計(jì)出最大似然序列檢測(cè)器所需要的采樣時(shí)間。b).根據(jù)采樣數(shù)據(jù)和相位誤差計(jì)算出正確的插值。采樣時(shí)間的估計(jì)是由數(shù)字鎖相環(huán)完成的。鎖相環(huán)路主要包括一下三個(gè)模塊:a)定時(shí)誤差檢測(cè)器b).一階PI環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)c)控制器-數(shù)控振蕩器數(shù)據(jù)插值運(yùn)算則是由線性插值器實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)過(guò)部分響應(yīng)均衡后的采樣數(shù)據(jù)送到插值器,如果鎖相環(huán)輸出指示當(dāng)前兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)之間存在一個(gè)最大似然序列檢測(cè)器所期望的數(shù)據(jù)時(shí),插值器將根據(jù)控制器給出的分?jǐn)?shù)間隔八調(diào)整插值濾波器系數(shù)對(duì)當(dāng)前的兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值。如果鎖相環(huán)輸出指示當(dāng)前兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)之間沒(méi)有最大似然序列檢測(cè)器所期

20、望的數(shù)據(jù)時(shí),插值器將不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值,同時(shí)屏蔽最大似然序列檢測(cè)器的數(shù)據(jù)更新時(shí)鐘。在定時(shí)估計(jì)時(shí),定時(shí)誤差檢測(cè)器計(jì)算出相位和頻率誤差。環(huán)路濾波器能夠迅速穩(wěn)定的跟隨相位和頻率變化。從而最終使得采樣的時(shí)間差為零,進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)環(huán)路濾波器建立信道符號(hào)周期時(shí),數(shù)控振蕩器會(huì)給出下一個(gè)最大似然序列檢測(cè)時(shí)間。數(shù)控振蕩器整數(shù)部分是當(dāng)前時(shí)刻到下一個(gè)檢測(cè)時(shí)刻的采樣個(gè)數(shù),而分?jǐn)?shù)部分則給出了線性插值所需要的相位信息分?jǐn)?shù)間隔Uk。4 序列檢測(cè)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1 信道模型簡(jiǎn)介實(shí)際的光盤信道特性是由光盤上比特寬度、軌道寬度、光頭特性以及調(diào)制傳遞函數(shù)等因素來(lái)決定的。但事實(shí)上要建立一個(gè)完整的光通道的模型是很困難的,因此我們可

21、以盡可能的選擇一個(gè)傳遞函數(shù)來(lái)逼近實(shí)際的光盤信道特性。在表5.1中列出了幾種部分響應(yīng)的信道模型。表 光盤信道模型模型產(chǎn)地函數(shù)PR（1,1）H（D）=1+DPR（1,1,1,1）H（D）=1+D+D2+D3PR（1,2,2,1）H（D）=1+2D+ 2D2+D3PR（1,3,3,1）H（D）=1+3D+ 3D2+D3在本論文中,我們選取RP(1,1,1,1)做為部分響應(yīng)目標(biāo)多項(xiàng)式,并對(duì)它做一定的比例放大,在傳遞函數(shù)前乘以比例因數(shù)4得到式:HD()=4(1+D+D2+D3)=4(1+D)(1+ D2)4.2 檢測(cè)器設(shè)計(jì)Vitertbi算法主要針對(duì)已經(jīng)過(guò)均衡器被均衡成特定的PR(1,1,1,1)部分相

22、應(yīng)波形的輸入序列。我們可以將實(shí)際的離散記錄信道看作一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)。信道在每一時(shí)刻輸入一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。由輸入數(shù)據(jù)和信道當(dāng)前狀態(tài)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)實(shí)際的信道輸出,并且轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)。我們所設(shè)計(jì)的序列檢測(cè)器將會(huì)根據(jù)這樣的信道模型估計(jì)出狀態(tài)序列,從而恢復(fù)出原始的輸入數(shù)據(jù)序列。由目標(biāo)多項(xiàng)式HD()=4(1+D+D2+D3)=4(1+D)(1+ D2)可以看出實(shí)際的離散時(shí)間信道需要三個(gè)記憶存儲(chǔ)單元,如果輸入的數(shù)據(jù)序列完全無(wú)關(guān),則信道將會(huì)有八種狀態(tài)。然而由于編碼過(guò)程中將會(huì)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行游程長(zhǎng)受限RLL(2,10)編碼,編碼后的數(shù)據(jù)具有最小游程長(zhǎng)度d=2的限制,則信道中可能出現(xiàn)的狀態(tài)有六個(gè),而另外的兩個(gè)種狀態(tài)則是

23、系統(tǒng)中不允許出現(xiàn)的，下圖就是序列檢測(cè)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖:(支路上符號(hào):d/b d=檢測(cè)器理想輸入b=檢測(cè)器輸出)上圖給出了每種可能的狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)格圖,網(wǎng)格圖給出了時(shí)間上可能的狀態(tài)序列。每種可能的狀態(tài)序列可以看作通過(guò)網(wǎng)格的一條路徑。如果我們確定一個(gè)能夠度量每一條狀態(tài)轉(zhuǎn)移路徑長(zhǎng)度的變量,我們就能夠鑒別出一條通過(guò)網(wǎng)格的最短的路徑。4.3 序列檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)下圖所示的是二采樣輸入折疊的維特比算法網(wǎng)格圖。圖中粗線表示的是狀態(tài)改變能夠引起符號(hào)改變的分支路徑。圖 采樣輸入折疊狀態(tài)網(wǎng)格圖從圖上很明顯可以看到超級(jí)狀態(tài)A有三條輸入的路徑,也可以稱作候選路徑。與超級(jí)狀態(tài)A相應(yīng)的“加一比一選”體CS)單元應(yīng)該有如下的功能:1.

24、計(jì)算三條候選路徑的路徑量度。2.選擇路徑量度最小的路徑(留存路御。3.保存留存路徑的量度值。4.產(chǎn)生控制符號(hào)邏輯,NRZ邏輯和路徑存儲(chǔ)器的控制信號(hào)。相對(duì)超級(jí)狀態(tài)A來(lái)說(shuō),超級(jí)狀態(tài)B的“加一比一選”休CS)單元要簡(jiǎn)單,進(jìn)入超級(jí)狀態(tài)B的候選路徑有兩條。而進(jìn)入超級(jí)狀態(tài)C的候選路徑只有一條,因此超級(jí)狀態(tài)C的“加一比一選”,(ACS)單元所要進(jìn)行的操作就只有計(jì)算路徑量度和存儲(chǔ)新的路徑量度,而不需要進(jìn)行路徑量度的比較和選擇的操作?？偨Y(jié)本文對(duì)PRML技術(shù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入的研究,給出了應(yīng)用于DVD伺服控制芯片的PRML讀通道設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案。這一方案的實(shí)現(xiàn)與采用傳統(tǒng)的峰值檢測(cè)技術(shù)讀取相比大大的提高DVD光盤數(shù)據(jù)的準(zhǔn)

25、確率。并且在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中對(duì)于Vite由1算法實(shí)現(xiàn)的最大似然序列檢測(cè)器的實(shí)現(xiàn),同時(shí)也將傳統(tǒng)的每次判決一個(gè)符號(hào)發(fā)展成為同時(shí)計(jì)算兩個(gè)符號(hào)。狀態(tài)分組的實(shí)現(xiàn)可以減少資源的浪費(fèi),降低硬件的成本。而兩輸入符號(hào)的同時(shí)判決對(duì)于提高數(shù)據(jù)讀取速率有很大的幫助,能夠?qū)⑴袥Q延時(shí)縮短一倍,為將來(lái)設(shè)計(jì)更高的讀取速率的碟機(jī)提供了發(fā)展空間。參考文獻(xiàn)1 何積豐. Cyber-Physical Systems J. 中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊. 2010, 6(1):25-29 2 史新宏, 蔡伯根. 智能交通系統(tǒng)的發(fā)展J. 北方交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 26(1): 29-34 3 史新宏, 蔡伯根, 穆建成. 智能交通系統(tǒng)的發(fā)展

26、北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)2012 年第 01 期 4 USDOT-NHTSA (2015) Traffic safety factscompilation of motor vehicle crash data from the fatality analysis reporting system and the general estimates system 5 USDOT-NHTSA-DOT HS 811 354 (2010) General estimates system (GES) coding and editing 6 USDOT-NHTSA (2015) Traffic safety factscompilation of motor vehicle crash data fromthe fatality analysis reporting system and the general estimates system 7 National highway traffic safety administration (NHTSA) (2012) Traffic safety facts annual report 20152010, available online 8 Kajiw