雷達數據處理軟件模塊化研究

羅利強 張艷艷 高 恒

(西安電子工程研究所 西安 710100)

1 概述

隨著信息技術在武器裝備中的廣泛應用，軟件工程在現代武器系統中的地位和作用日趨突出，逐漸成為高新武器裝備體系的關鍵。

由于武器系統對于信息化、智能化的要求越來越高，導致雷達數據處理軟件的規模和復雜性也不斷提高，同時對雷達數據處理軟件的可靠性也有了更高的要求，原來針對于某一項目而進行的軟件開發方法已不能適應現代雷達數據處理系統大型化、復雜化、高可靠、通用化發展趨勢。

根據雷達數據處理體系架構，利用軟件模塊化思想，將規模復雜的數據處理軟件分解為互相獨立的軟件功能模塊(軟部件)，軟件模塊可重復使用，提高雷達數據處理軟件的質量與可靠性;而且這些軟件功能模塊(軟部件)的相關參數可靈活配置，滿足用戶個性化需求。

軟件模塊化作為軟件工程化實現的重要手段，將軟件模塊化思想應用于搜索雷達數據處理系統，實現對于雷達數據處理軟件(簡稱“DPU”，以下同)的統一設計，建立產品的標準化、模塊化設計規范，對提高軟件產品研制效率，保證軟件質量和可靠性，具有重要意義。

2 數據處理軟件功能需求

2.1 工作原理

雷達數據處理系統用以完成目標的航跡建立、航跡相關、航跡管理、航跡更新、雜波處理、敵我識別、威脅估計、目標導引等處理任務，實現對目標的穩定跟蹤;同時接收友鄰空情，具備一定的多傳感器數據融合和多站干擾定位能力［1］。典型雷達數據處理工作原理如下:

a.系統工作時，數據處理系統實時接收空情信息(包括本地空情和友鄰空情信息)，并完成空情信息分類存儲;

b.對于本站空情(包括原始一次點跡和有源干擾信息)，通過坐標變換，將目標信息轉到數據處理系統要求的坐標系下，完成點跡預處理;對符合凝聚條件的原始一次點跡進行合并處理，提高點跡精度，生成凝聚點跡，并作為航跡處理輸入;判定每個點跡是屬于新發現目標的點跡，還是屬于已經發現并建立航跡的目標點跡，對于新發現的目標，及時建立目標航跡，并通過批號管理完成航跡批號的有效分配;對于用于航跡更新的點跡，建立航跡和點跡的配對矩陣，完成航跡點跡相關和航跡濾波更新;依據目標運動要素和詢問結果，完成目標的威脅評估和目標屬性識別;處理更新后的航跡數據一方面實時上報，一方面用于航跡數據庫更新，為下次跟蹤維持服務;估算出目標的運動速度和位置，實現雷達導引光電或者導彈截獲目標;在航跡處理過程中，通過對航跡質量不斷更新，完成航跡的確認和撤銷過程。

c.對于鄰站空情(包括一次航跡和有源干擾)，通過時空對準、多站多目標跟蹤，完成多源空情信息的同一性辨識、航跡融合處理以及多站有源干擾定位等任務，形成統一空情態勢。典型雷達數據處理系統工作流程如圖1 所示。

圖1 數據處理系統工作流程圖

2.2 功能劃分

在充分研究典型雷達數據處理系統需求的基礎上［2］，結合項目工程實際，綜合考慮雷達數據處理系統的擴展性和不同型號產品之間通用性，對雷達數據處理軟件功能進行了劃分，具體功能劃分如表1 所示。

表1 雷達數據處理軟件功能劃分［4］

2.3 關鍵模塊功能設計

a.點跡凝聚

點跡凝聚是將在一定距離，方位和俯仰范圍內的相關原始一次點跡進行存儲并凝聚，該凝聚門限可控。凝聚采用的方法是線性加權求重心，即:

式(1)中，n 為目標點跡個數，Ai和Vi分別為第i 個點跡的位置和回波幅度值。

b.雜波剔除

雜波剔除功能包括雜波圖子模塊和雜波屏蔽區子模塊，雜波圖、屏蔽區功能開關可控。其中雜波圖自動建立、自動更新;雜波屏蔽區由操作手人工設定。

雜波剔除功能有效時，落入雜波剔除區域且同已有航跡相關不上的點跡應作為雜波予以剔除;在雜波圖或屏蔽區內不允許自動建立航跡(允許手動建立航跡)，但可采用較嚴格的相關準則保證已有航跡有效跟蹤維持。

c.航跡建立

系統提供兩種航跡建立方式，即自動航跡建立方式和手動建立航跡方式。系統工作時以自動為主，手動建航作為自動建航的一個補充，用于虛警較高和檢測概率較低的場合。

當目標連續被信號處理機檢測概率不低于起始門限(門限閥值可設)，且均勻分布時，數據處理系統應能自動建立該目標的運動航跡;當不滿足上述條件時(目標不滿足起始閥值或落入雜波屏蔽區內)，通過操作手傳遞的跟蹤球位置，完成手動航跡建立。

d.航跡維持

通過航跡點跡相關以及濾波更新完成對航跡的有效維持。其包括航跡相關模塊和濾波更新模塊，各模塊提供多種應用選擇，設計師可根據工程實際靈活進行配置。

其中，航跡點跡相關模塊完成航跡同一次點跡的有效配對，系統提供了兩種關聯方式，即最近鄰域關聯和概率數據關聯方式;濾波更新處理模塊完成目標位置和速度估計，實現雷達對運動目標的航跡更新，提供了多種濾波模塊選擇，包括自適應α-β濾波器、自適應α-β-γ 濾波器、Kalman 濾波器等。

e.航跡管理

航跡管理包括航跡批號管理和航跡質量管理。航跡批號管理完成新建航跡批號的有效分配;航跡質量管理用來判斷哪些未確認航跡可以轉換為確認航跡，哪些是虛假航跡應予以撤消。因此，在航跡處理過程中，對航跡質量不斷更新，并根據航跡質量動態決定航跡的確認和撤消。

f.數據交互

數據交互功能完成DPU 與其它軟件配置項、外部系統或設備的輸入輸出信息交互，根據數據處理系統的應用實際，本次設計提供多種通信接口模塊，設計師可根據項目實際靈活選擇，其包括以太網、串口、CAN 總線以及內存映射等多種通信接口。

3 數據處理軟件模塊化設計

3.1 軟件模塊化設計原則

軟件模塊化設計的關鍵是軟件體系架構的結構化和模塊化，因此，軟件模塊化設計應該遵循“功能獨立”和“結構獨立”的設計原則［3］，具體如下:

a.優化軟件結構，避免模塊之間存在耦合;

b.軟件模塊內部應保證高內聚度;

c.符合軟件工程化扇入和扇出要求;

d.模塊的作用域應保持在該模塊控制域內;

e.降低模塊接口的復雜程度，盡量設計成單入口、單出口方式;

f.采用結構化編程語言，滿足可移植性要求。

3.2 基于條件編譯的預處理

基于條件編譯的預處理方法是實現模塊靜態加載和動態配置的最效辦法之一。同配置文件相比，基于條件編譯預處理方法通過條件宏改進了程序設計環境，提高了編譯效率，使軟件結構清晰;同時兼顧了參數的靈活配置，滿足不同數據處理軟件產品需求。

目前的主流編譯系統均能有效支持條件編譯，通過定義不帶參數的條件宏，可靜態實現模塊的加載或刪除;定義帶參數的條件宏，實現對系統中某些工作參數和環境變量的進行靈活設置;無參條件宏和參數條件宏通過條件編譯命令進行有機組合，實現各軟件功能模塊的加載、刪除和參數配置。典型預處理命令如下:

3.3 具體實現

本次設計將預處理和配置文件融為一體，通過個性化配置，完成軟件模塊的加載、刪除和參數配置，自動生成包含條件宏的配置文件dpuConfig.h(頭文件形式)，并通過和應用工程進行重新編譯完成數據處理可執行程序生成。具體實現如下:

a.根據系統實際需求，利用軟件模塊化配置軟件，完成模塊的靜態加載和參數配置;配置完成后，自動完成配置文件dpuConfig.h 的生成。

例如配置數據交互模塊，本軟件在設計時提供了多種接口模式，各通信接口的啟用由無參條件宏控制。若啟用串口RS422 通信，具體配置要求是:通信速率921.6kbps，8 個數據位，一個停止位，無奇偶校驗位。則通過軟件模塊化配置軟件生成的dpuConfig.h 包含如下代碼:

上述代碼包含了功能模塊的靜態加載項和參數配置項，若靜態加載項H_INTERFACE_COMM_RS422 沒有定義，則后續參數配置項不參與軟件編譯。對于其它軟件功能模塊的加載和參數配置與此相同，就不再贅述。

b.在DPU 的應用工程中加載dpuConfig.h，重新進行編譯，完成數據處理軟件可執行程序的新生成。

c.若想在已有配置文件基礎上進行局部修改，通過打開已有配置文件，重新編輯保存后，完成配置更新。

4 結論

通過雷達數據處理軟件模塊化研究，建立產品的標準化、模塊化設計架構，符合大型軟件開發“松耦合，高內聚”的特點，保證了軟件產品質量和可靠性;并針對不同產品特性需求，提高了軟件研制的工作效率，適應現代戰爭對雷達數據處理軟件復雜化、智能化發展的要求，具有較高的工程價值和經濟價值。

［1］蔡慶宇.相控陣雷達數據處理及其仿真技術［M］.北京：國防工業出版社，1997.

［2］何友，修建娟，張晶煒等.雷達數據處理及應用［M］.北京：電子工業大學出版社，2006.

［3］譚浩強.C 程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2008.

［4］羅利強，王延暴，高恒.自行體目標穩定跟蹤技術研究［J］.火控雷達技術，2012，41(2) ：1-3.