軟件化雷達信息實時處理與顯示

賀 陽，肖 釩

1.江西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330024 2.南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330000

軟件化雷達信息實時處理與顯示

賀 陽1，肖 釩2

1.江西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330024 2.南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330000

基于軟件化處理的系統(tǒng)實現(xiàn)方式，可以使得雷達信息處理與顯示系統(tǒng)具有多重優(yōu)勢，并且現(xiàn)有技術(shù)也已經(jīng)具備軟件化雷達信息實時處理與顯示所需的條件。有鑒于此，本文分為系統(tǒng)總體設(shè)計和系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計兩方面展開闡述，以便實現(xiàn)雷達信息處理和顯示的系統(tǒng)軟件設(shè)計和編程實現(xiàn)。

軟件化；雷達信息；實時處理；實時顯示

當今時代，科學(xué)技術(shù)日新月異，電子信息工程技術(shù)也不例外，得到了迅速發(fā)展，同時，隨著計算機多核處理器、多任務(wù)程序設(shè)計技術(shù)、高度存儲器等方面的飛速發(fā)展，通用微型計算機的處理和軟件運行都得到顯著提升，這就為雷達信息處理與顯示系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了新的途徑和趨勢。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 需求分析

基于對雷達狀態(tài)的監(jiān)視、控制及其信號數(shù)據(jù)的處理顯示，實現(xiàn)計算機的軟件化，需要使得所開發(fā)的系統(tǒng)實現(xiàn)顯示量程、實時掃描、顯示分辨率、信號分辨率、信號處理、多種輔助顯示方式、人機交互界面的要求。其中，雷達顯示量程可以根據(jù)工作波長和脈沖寬度而設(shè)置以15公里為起點的加倍遞增的量程變換；實時掃描是要求實現(xiàn)顯示的掃描線與雷達天線的同步掃描；信號處理主要是針對含載目標信號、各種噪聲、雜波和干擾信號的回波信號予以FPGA信號處理板處理和固定門限檢測處理等；多種輔助顯示方式主要是包括A顯、B顯、鏤空PPI顯示、任意點偏心、局部開窗放大顯示及目標的具體信息顯示。基于以上需求，可以將雷達信息處理與顯示系統(tǒng)的功能模塊分為數(shù)據(jù)讀取模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、信息處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊，其中，數(shù)據(jù)顯示模塊又可分為原始視頻顯示、一次顯示、二次顯示。

1.2 系統(tǒng)的硬件配置需求與界面布局

對于系統(tǒng)的硬件配置需求而言，需滿足較高的主頻、充足的內(nèi)存、圖像處理和顯示的實時性顯存、多種總線接口支持、多種外設(shè)支持等在內(nèi)的主機性能要求。

對于系統(tǒng)的界面布局而言，人機界面要遵循人性化設(shè)計原則、軟件窗口平衡原則、經(jīng)濟原則、漸進池漏原則等，其中人性化設(shè)計原則要注意控制權(quán)在用戶、不同控件的一致性、寬容性和數(shù)據(jù)字典等方面的考慮。因此，基于上述原則考量，可把信息處理與顯示系統(tǒng)的界面方案設(shè)置為雷達圖像顯示區(qū)域、目標信息區(qū)域和系統(tǒng)狀態(tài)信息區(qū)域，如圖1所示。

1.3 開發(fā)平臺及開發(fā)工具的選擇

基于雷達顯示控制端軟件是典型的多任務(wù)軟件，需要相應(yīng)的配置多任務(wù)操作系統(tǒng)支持，可建議使用Windows軟件開發(fā)平臺，并選取Visual C++開發(fā)工具，而該開發(fā)工具具有良好的開發(fā)環(huán)境、高度集成的工具集、豐富類庫和可視化特征；同時，還可以調(diào)用Windows API，使得應(yīng)用程序與Windows平臺完美結(jié)合。據(jù)此，可以將軟件化雷達信息處理與顯示系統(tǒng)軟件開發(fā)技術(shù)路線設(shè)計如圖2。

1.4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其實現(xiàn)途徑

一是多核多線程程序設(shè)計。在面向多核處理器開發(fā)應(yīng)用程序時，需要注意采用多線程技術(shù)并分配各線程的工作負載和與面向單核平臺時的不同設(shè)計思想。其中，具體的設(shè)計思想如下：第一步，對可供使用的處理器數(shù)目予以檢查；第二步，是對任務(wù)進行分解及線程數(shù)目的確定；第三步，是代碼的實現(xiàn)。

二是Intel Ipp算法庫的應(yīng)用。具體操作步驟為：第一步是配置工程項目屬性；第二步是設(shè)置開發(fā)環(huán)境。

三是Direct3D多媒體開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用。主要是考慮硬件抽象層、硬件模擬層與軟件參考層、Direct3D系統(tǒng)集成的操作。

2 系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)讀取模塊

該模塊需要注意DMA傳輸、應(yīng)用程序與WDM驅(qū)動程序之間的通信的處理。其中，DMA傳輸需要注意適配器、傳輸控制和公共緩沖區(qū)的實現(xiàn)，以便使得設(shè)備能夠連續(xù)第讀寫數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序與WDM驅(qū)動程序之間通信可以通過以下流程實現(xiàn)：開始→打開設(shè)備→打開成功（不成功予以退出程序）→Memory讀寫→DMA初始化→DMA開始→DMA停止→關(guān)閉設(shè)備。

2.2 信息處理模塊

基于硬件結(jié)合軟件的信號處理流程為：射頻信號→低噪聲放大→混頻→中頻信號→AD采樣→數(shù)字正交相位檢波→脈沖壓縮→動目標顯示→進入計算機→求模運算→視頻積累→CFAR→目標檢測→點跡凝聚→目標跟蹤→顯示處理，其中數(shù)字正交相位檢波→脈沖壓縮→動目標顯示屬于前段信號處理，亦即是硬件處理；求模運算→視頻積累→CFAR→目標檢測→點跡凝聚→目標跟蹤屬于后端信號處理，亦即是計算機軟件實現(xiàn)。

完全基于計算機軟件的雷達信號處理流程為：數(shù)字正交相位檢波→脈沖壓縮→動目標顯示→求模運算→視頻積累→CFAR→目標檢測→點跡凝聚→目標跟蹤→顯示處理。

2.3 信息顯示模塊

該模塊需要注意PPI顯示的實現(xiàn)、幾種特殊的PPI顯示方式、A型顯示、開窗放大顯示、目標信息顯示，其中，PPI顯示的實現(xiàn)要注意Direct3D工作框架構(gòu)造和PPI顯示前的預(yù)處理；幾種特殊的PPI顯示方式要注意雷達信息的二次顯示、偏心的PPI顯示、鏤空的PPI顯示。

雷達信息的二次顯示是指信號處理的基礎(chǔ)之上對數(shù)據(jù)進行檢測凝聚處理和目標跟蹤處理等數(shù)據(jù)處理的顯示；偏心的PPI顯示是為了獲得更大的顯示分辨率，而將PPI顯示的掃描中心點趨于動態(tài)變化當中并相應(yīng)地予以動態(tài)設(shè)置；鏤空的PPI顯示是著重顯示操作者所關(guān)心的距離范圍而不顯示近距離的目標回波情況。

3 結(jié)論

基于通用計算機的雷達信號、數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)的設(shè)計，可以有效地節(jié)約系統(tǒng)開發(fā)成本，便于進行維護與升級，具有較高的工程應(yīng)用價值。

[1]王德生，趙利民，孫立國，等.信息化、軟件化、通用雷達終端的構(gòu)建與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代雷達，2007（12）：94-96.

[2]張宏群，孫雪濤，王建.軟件化雷達視頻顯示的實時坐標變換方法[J].微計算機信息，2010（4）：75-78.

[3]管行，李方圓，許稼.軟件化雷達P顯實時坐標變換與實現(xiàn)[J].雷達科學(xué)與技術(shù)，2013（1）：85-87.

TP3

A

1674-6708（2015）143-0118-01