用于優化雷達信號處理的VSIPL函數庫

戴 健，張 琛，徐朝陽

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所,江蘇 揚州 225101)

0 引 言

隨著戰爭環境的信息化、復雜化，對雷達的技術及功能要求越來越高，相控陣雷達應運而生[1]。相控陣雷達雖然具有多功能、多目標跟蹤和多種工作方式等優點，但為了能夠充分發揮這些優點，以及提高相控陣雷達戰術性能，在面對數據量大、重復性高、處理任務復雜的雷達信號處理時，運算量、運算數據、數據傳輸速度面臨越來越大的挑戰。

本文針對相控陣雷達信號處理具體的應用，在高性能的PowerPC處理器上，采用基于矢量信號圖像處理函數庫(VSIPL)的中間件[2]算法功能軟件包開發脈沖壓縮處理、動目標檢測(MTD)處理等算法軟件，在VSIPL單核高性能處理技術上，縮短數據處理時間，提高軟件運行效率，通過模擬雷達回波數據進行雷達信號處理和性能評估，結果表明了該方法能有效提高軟件運行效率，滿足雷達信號處理實時性強、數據量大、高性能計算等需求。

1 基于VSIPL的雷達信號處理

1.1 處理器選擇

目前常用于雷達信號處理的是PowerPC處理器系列，其內置的AltiVec模塊提供了單指令多數據流(SIMD)結構的浮點矢量運算硬件加速單元，具有很高的運算性能[3]。飛思卡爾的8640D是目前使用較為成熟的型號，采用了雙e600核結構，具有高集成度和低功耗等優點，其內部結構如圖1所示。

圖1 PowerPC 8640D內部結構

1.2 VSIPL中間件結構

VSIPL是一個支持開源、C語言規范，為向量與信號處理開發的算法庫，由美國國防安全研究項目委員會(DARRA)發起，VSIPL聯盟負責開發標準庫，該標準庫具有統一工業標準的應用程序接口[4]。VSIPL的軟件結構如圖2所示。

圖2 PVSIPL軟件結構

VSIPL API程序庫主要用于軍用級別的高端嵌入式信號、信息和圖像處理，通過為所有支持平臺提供一致的API和一個公共的數學函數集合，可以方便地處理向量、矩陣、張量等對象，增強了應用程序的平臺可移植性，同時通過代碼重用，也加快了新技術的開發速度，大大縮短了軟硬件的開發周期。目前，硬件和軟件供應商已經開發出許多VSIPL產品，作為開發高效率和可移植信號以及圖像處理應用計算程序的中間件，正被日益廣泛地使用。

1.3 脈沖壓縮應用

采用VSIPL函數庫對回波數據進行脈沖壓縮處理，設計流程圖如圖3所示。采用VSIPL函數庫將多個脈沖回波數據生成復數矩陣，然后對單個脈沖的矢量進行快速傅里葉變換(FFT)、點乘、逆快速傅里葉變換(IFFT)，然后根據脈沖數循環，通過矢量的屬性偏移，得到第2個脈沖，依次進行，直到循環結束。

圖3 基于VSIPL的脈沖壓縮處理

1.4 MTD處理應用

用VSIPL函數庫對回波數據進行脈沖壓縮處理，設計流程如圖4所示。采用VSIPL函數庫將多個脈沖回波數據生成復數矩陣，用矩陣FFT函數、模值函數按列項做FFT處理、求模選大，直到完成矩陣所有列項數據。

圖4 基于VSIPL的MTD處理

2 實驗及分析

2.1 實驗數據

實驗在PowerPC8640D平臺上，分別模擬了4種不同脈沖個數和4種不同距離采樣點數的回波數據，4種不同脈沖個數和4種不同距離采樣點數進行兩兩組合，生成16種組合的回波數據。實驗中，分別采用VSIPL函數庫和浮點計算2種方法對模擬的回波數據進行脈沖壓縮處理和MTD處理，并對處理時間進行統計比較，驗證基于VSIPL函數庫的雷達信號處理方法的優越性。模擬的回波數據參數如表1所示。

表1 數據參數

2.2 處理性能分析

表2給出了采用VSIPL函數庫和浮點計算2種方法對多組模擬回波數據進行脈沖壓縮處理和MTD處理所需消耗的時間，對比了2種方法的處理效率。

表2 處理性能分析

從表2可以看出，采用VSIPL函數庫明顯比用浮點計算方式進行脈沖壓縮處理所需時間短、處理效率高，并且隨著脈沖個數的增加，處理效率不斷提高，處理效率提升約9～15倍；采用VSIPL函數庫浮點計算方式進行MTD處理所需時間短,處理效率高，處理效率提升約1.3～4.6倍。

3 結束語

本文提出了基于VSIPL函數庫的雷達信號處理方法，利用模擬的多組回波數據，進行處理時間測試，并與傳統的浮點計算方式進行比較。實驗結果證明了該方法比傳統浮點計算方式的處理時間更短，處理效率更高，實現了優化雷達信號處理算法的目的。