鄭瑩瑩

【摘 要】針對雷達(dá)回波信號經(jīng)過脈沖壓縮、濾波、恒虛警檢測、波束內(nèi)距離凝聚后形成的大容量的原始點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，以及當(dāng)前雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和高可靠性的要求，本文給出了一種在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Reworks平臺下建立某無源雷達(dá)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)精細(xì)化處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)表明該方案是可行的。

【關(guān)鍵詞】Reworks；精細(xì)化點(diǎn)跡處理；波束相關(guān)

0 引言

隨著現(xiàn)代雷達(dá)信號處理需要處理的輸出量日益增加，以及大容量數(shù)據(jù)對系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和高可靠性的要求，一個(gè)性能良好的點(diǎn)跡處理系統(tǒng)是保證航跡信息準(zhǔn)確與可靠的前提條件。本文以Reworks為開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)了一種雷達(dá)點(diǎn)跡處理系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行，該系統(tǒng)達(dá)到了良好的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)精細(xì)化處理效果，證明了在現(xiàn)代雷達(dá)中的實(shí)用性。

1 Reworks開發(fā)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)

ReWorks嵌入式操作系統(tǒng)是中國電子科技集團(tuán)公司第三十二研究所自主研制的、第一個(gè)提供VxWorks容接口的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，采用面向?qū)ο蠛臀?nèi)核技術(shù)開發(fā)，特別提供了VxWorks兼容層[1]。該系統(tǒng)是一個(gè)高可靠、強(qiáng)實(shí)時(shí)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，采用微內(nèi)核及組件技術(shù)，能根據(jù)應(yīng)用需要對操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行配置、裁剪、擴(kuò)展與定制，具備較強(qiáng)的伸縮能力。

ReDe 作為ReWorks 操作系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境，提供了圖形化的實(shí)時(shí)應(yīng)用開發(fā)平臺，它包含一套完整的面向嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試工具，方便了用戶對于程序的調(diào)試和評估。如圖1所示。

2 算法處理流程及實(shí)現(xiàn)

雷達(dá)的點(diǎn)跡精細(xì)化處理隨雷達(dá)系統(tǒng)的工作方式及工作參數(shù)的不同，需要處理的數(shù)據(jù)內(nèi)容及處理的具體方法也不盡同，常規(guī)雷達(dá)點(diǎn)跡處理主要按照PD模式、MTD和MTI模式進(jìn)行處理。雷達(dá)回波在DSP板卡中經(jīng)脈沖壓縮、濾波、恒虛警檢測以及波束內(nèi)點(diǎn)跡處理后，形成具有空間位置信息、幅度值、相對時(shí)間、相鄰距離單元幅度值、頻道數(shù)等參數(shù)的原始點(diǎn)跡數(shù)據(jù)。通常實(shí)際工程應(yīng)用中，點(diǎn)跡數(shù)據(jù)處理一般采取三種處理方式[2]：通用計(jì)算機(jī)處理、DSP 芯片處理、DSP 芯片和通用計(jì)算機(jī)分別處理。本雷達(dá)系統(tǒng)作為無源雷達(dá)系統(tǒng)，信號處理具有多個(gè)分機(jī)，每個(gè)分機(jī)由8塊DSP板卡、1塊交叉開關(guān)板、一塊DBF板卡以及一塊龍芯3A計(jì)算機(jī)板卡組成，系統(tǒng)原始點(diǎn)跡數(shù)據(jù)由FPGA錄入FIFO 存儲器，向計(jì)算機(jī)板卡傳輸并進(jìn)行處理。

點(diǎn)跡精細(xì)化處理流程如圖2示，主要功能包括點(diǎn)跡預(yù)處理、波束相關(guān)處理2個(gè)部分。點(diǎn)跡預(yù)處理通過對信號處理分機(jī)的各DSP板卡的查詢，接收信號處理送來的波束內(nèi)凝聚的原始點(diǎn)跡參數(shù)信息，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的合法性，進(jìn)行點(diǎn)跡預(yù)處理；波束相關(guān)處理則進(jìn)行相同頻點(diǎn)波束間點(diǎn)跡凝聚算法處理，按照一定的準(zhǔn)則濾除雜波信息，提取目標(biāo)所在的相關(guān)波束信息計(jì)算波束角度信息，并根據(jù)傳輸協(xié)議，以CPI 為單位發(fā)送點(diǎn)跡報(bào)文到航跡處理。

2.1 點(diǎn)跡預(yù)處理

一般FPGA傳輸數(shù)據(jù)有中斷傳送方式和查詢傳送方式。在常規(guī)雷達(dá)嵌入式系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA傳輸數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)通常采用中斷傳送方式，當(dāng)外設(shè)還沒有準(zhǔn)備好時(shí)，允許計(jì)算機(jī)與外設(shè)、甚至是多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作，提高了計(jì)算機(jī)的工作效率，但是因?yàn)橹袛鄠魉头绞绞怯捎?jì)算機(jī)通過指令來傳送的。每次中斷，都需要進(jìn)行保護(hù)斷點(diǎn)、保護(hù)現(xiàn)場、傳送數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)以及最后恢復(fù)現(xiàn)場、返回主程序等操作，需要執(zhí)行多條指令，使得傳送一個(gè)字節(jié)需要幾十微秒的時(shí)間，這對于多個(gè)高速的外部設(shè)備與內(nèi)存間的信息交換來說，不僅降低了傳輸效率，還會造成數(shù)據(jù)的丟失，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃圆荒艿玫奖ＷC[3]。因此，本雷達(dá)嵌入式系統(tǒng)采用查詢傳送方式對每個(gè)分機(jī)的8塊DSP板卡進(jìn)行查詢，查看外設(shè)板卡的數(shù)據(jù)地址是否發(fā)生改變即數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是否已經(jīng)被原始點(diǎn)跡數(shù)據(jù)填充，如果寄存器地址發(fā)生改變，表明原始點(diǎn)跡數(shù)據(jù)已經(jīng)生成，計(jì)算機(jī)則進(jìn)行讀取，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計(jì)算機(jī)開辟的多個(gè)緩區(qū)。本系統(tǒng)開辟了4個(gè)緩存環(huán)形存儲接收數(shù)據(jù)，對原始的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判別，按照不同CPI順序和波束順序存放在相應(yīng)的緩區(qū)。

2.2 波束相關(guān)處理

原始點(diǎn)跡數(shù)據(jù)中不僅包含真實(shí)的目標(biāo)點(diǎn)跡，還包含了相當(dāng)數(shù)量的固定目標(biāo)點(diǎn)跡和假目標(biāo)點(diǎn)跡，需要進(jìn)行CPI 內(nèi)的多個(gè)波束相關(guān)性處理。本雷達(dá)系統(tǒng)1個(gè)CPI內(nèi)共有112個(gè)波束，相同頻點(diǎn)的波束最多為56個(gè)，CPI 內(nèi)的波束相關(guān)處理等同于通常意義下的同頻點(diǎn)同距離同頻道的點(diǎn)跡凝聚。本系統(tǒng)采用峰值法對假定為同一目標(biāo)在相近距離和相鄰頻道產(chǎn)生的不同的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)求取其回波幅度值、多普勒頻道號等參數(shù)的峰值。并根據(jù)目標(biāo)的幅度信息以及相鄰波束相同距離單元的的幅度信息進(jìn)行兩波束或三波束的目標(biāo)角度測量，按照點(diǎn)跡相關(guān)準(zhǔn)則，濾除只在一個(gè)波束域內(nèi)出現(xiàn)的假目標(biāo)。將最終形成的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)輸出緩區(qū)，按照協(xié)議傳輸給航跡處理。

3 結(jié)束語

本文主要針對目前雷達(dá)原始點(diǎn)跡數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和大容量的需求，給出了一種以Reworks平臺實(shí)現(xiàn)點(diǎn)跡處理的方案。經(jīng)過實(shí)際工程驗(yàn)證，該方案達(dá)到了良好的檢測效果，證明了其在工程應(yīng)用中的可行性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]管洋，戚正偉.ReWorks嵌入式操作系統(tǒng)在船舶PMS上的應(yīng)用[J].船舶工程，2010，1.

[2]呂雁，史林，楊萬海.SIRP 法相干相關(guān)K 分布雷達(dá)雜波的建模與仿真[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2002，24（2）：13-16.

[3]伍貽軒.基于FPGA的數(shù)據(jù)處理與傳輸系統(tǒng)研究[D].南京理工大學(xué)，2007.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]