專利名稱：基于gpu的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)是一種基于GPU的外輻射源雷達(dá)處理實(shí)時(shí)系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，可在Visual Studio+CUDA軟件集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)與定位跟蹤。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著武器科技的日新月異，尤其是反輻射導(dǎo)彈等的出現(xiàn)，擔(dān)負(fù)著戰(zhàn)場(chǎng)“ 千里眼”角色的雷達(dá)系統(tǒng)本身的安全面臨著日益嚴(yán)峻的威脅。通常以單基地形式出現(xiàn)的傳統(tǒng)有源雷達(dá)面臨著“四大威脅”，即電子干擾、超低空突防、反輻射導(dǎo)彈以及隱身武器。無(wú)源雷達(dá)作為一種特殊形式的雙基地雷達(dá)，其發(fā)射站和接收站是分開(kāi)的，且接收者站本身不發(fā)射電磁波，而是采用非合作式的民用機(jī)會(huì)照射源，因而隱蔽性好，面對(duì)“四大威脅”時(shí)有良好的對(duì)抗性，提高了系統(tǒng)的戰(zhàn)場(chǎng)生命力，成為雷達(dá)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)?；谕廨椛湓吹臒o(wú)源雷達(dá)除了本身戰(zhàn)場(chǎng)生命力強(qiáng)、反隱身外，還具有如下優(yōu)點(diǎn)①工作頻點(diǎn)低，分布范圍廣，便于多發(fā)射站聯(lián)合定位；②信號(hào)形式多樣，可選擇性強(qiáng)，不易被干擾；③系統(tǒng)生存能力強(qiáng)，可多站多頻段協(xié)調(diào)工作，甚至組網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。然而由于外輻射源具有非協(xié)作、不可控、不可預(yù)知的特性，外輻射源雷達(dá)的探測(cè)性能受到較大的限制，導(dǎo)致外輻射源雷達(dá)探測(cè)精度明顯低于傳統(tǒng)雷達(dá)。因此工程中需采用更復(fù)雜的信號(hào)處理手段，可以采取多輻射源，多接收站綜合利用，融合多站處理結(jié)果，從而更有效的完成目標(biāo)檢測(cè)，提高定位精度，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生計(jì)算量大，處理復(fù)雜的問(wèn)題。目前無(wú)源雷達(dá)定位跟蹤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)算法主要是通過(guò)開(kāi)發(fā)專用信號(hào)處理板進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，但這種硬件平臺(tái)搭建復(fù)雜，對(duì)于運(yùn)算量大的數(shù)據(jù)處理，一般只能依靠增加硬件規(guī)模來(lái)實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)費(fèi)用相對(duì)較高。此外，信號(hào)處理板的開(kāi)發(fā)、調(diào)試周期長(zhǎng)，可操作性較差，開(kāi)發(fā)難度加大，處理速度慢，難以滿足對(duì)外輻射源信號(hào)實(shí)時(shí)處理的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出了一種基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)及處理方法，以提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理速度，并簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，提高可操作性，更好的滿足對(duì)外輻射源信號(hào)實(shí)時(shí)處理的要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)包括八陣元天線，用于同時(shí)接收8個(gè)調(diào)頻廣播基站的信號(hào)，得到8路輸出信號(hào)；數(shù)據(jù)采集單元，用于接收八陣元天線輸出的8路信號(hào)，并對(duì)這8路信號(hào)依次進(jìn)行寬帶放大、帶通采樣、A/D變換和數(shù)字下變頻處理，獲得8路數(shù)字基帶信號(hào)，輸出給數(shù)字信道化接收單元；數(shù)字信道化接收單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)采集單元輸出的8路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化接收，將每路數(shù)字基帶信號(hào)送入FPGA做數(shù)字信道化處理，在FPGA中經(jīng)過(guò)抽取、多相濾波后選擇輸出8個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)，這8個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于8個(gè)調(diào)頻廣播基站的信號(hào)發(fā)射頻率f1; f2, -,f8,即整個(gè)數(shù)字信道化接收單元共輸出8*8=64路信號(hào)給數(shù)據(jù)傳輸單元；數(shù)據(jù)傳輸單元，用于將數(shù)字信道化接收單元獲得的64路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行打包處理，并通過(guò)2塊千兆網(wǎng)卡寫入到數(shù)據(jù)處理單元中進(jìn)行信號(hào)處理； 數(shù)據(jù)處理單元，采用插有4塊GPU顯卡的工作站，用于讀取從數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)?4路數(shù)字基帶信號(hào)，并對(duì)這64路數(shù)字基帶信號(hào)先進(jìn)行數(shù)字波束形成，得到8個(gè)頻點(diǎn)的參考信號(hào)和目標(biāo)回波信號(hào)，繼而依次對(duì)獲得的8個(gè)頻點(diǎn)的參考信號(hào)和目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)雜波對(duì)消、距離-多普勒二維相關(guān)運(yùn)算、恒虛警檢測(cè)以及對(duì)目標(biāo)的比幅測(cè)角處理，每塊GPU顯卡負(fù)責(zé)2個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)處理，4塊GPU并行完成8個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)處理，處理結(jié)果通過(guò)·網(wǎng)線傳輸給終端顯控單元；終端顯控單元，它包括控制子模塊和顯示子模塊兩部分，該控制子模塊，用于向信號(hào)處理單元發(fā)送控制命令并設(shè)置初始參數(shù)，該顯示子模塊，用于對(duì)信號(hào)處理單元獲得的8個(gè)頻點(diǎn)的目標(biāo)信息進(jìn)行目標(biāo)融合和航跡處理,通過(guò)點(diǎn)跡凝聚,航跡起始、點(diǎn)跡與航跡的關(guān)聯(lián)、航跡消亡的處理，得到目標(biāo)距離-多普勒航跡信息，并根據(jù)目標(biāo)角度信息解算出目標(biāo)的位置，顯示出目標(biāo)的真實(shí)航跡。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理方法，包括以下步驟(I)分配內(nèi)存和顯存空間，進(jìn)行初始化(Ia)輸入信號(hào)處理所需的基本參數(shù)，該基本參數(shù)包括雜波對(duì)消階數(shù)、恒虛警檢測(cè)門限值、恒虛警類型值和天線尋北偏差角度；(Ib)在CPU上分配2塊內(nèi)存緩沖區(qū)A和B，并建立數(shù)據(jù)傳輸握手工作標(biāo)志FlagA和FlagBJf FlagA和FlagB都置為0，同時(shí)，在4塊GPU上分配顯存空間；(Ic)啟動(dòng)4個(gè)接收線程，等待接收信號(hào)處理的數(shù)據(jù)；(Id)通過(guò)Socket連接傳輸基本參數(shù)；(2)通過(guò)八陣元天線接收調(diào)頻廣播基站發(fā)射的直達(dá)波信號(hào)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射的調(diào)頻廣播基站回波信號(hào)、多徑雜波和噪聲信號(hào)，每個(gè)天線陣元輸出I路信號(hào)，共輸出8路信號(hào)；(3)對(duì)接收到的8路信號(hào)依次進(jìn)行寬帶放大、帶通采樣、A/D變換和數(shù)字下變頻處理，得到8路數(shù)字基帶信號(hào)；再通過(guò)抽取、多相濾波和信道選擇，對(duì)每I路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信道化接收，輸出對(duì)應(yīng)于8個(gè)頻點(diǎn)f1; f2,…，f8的8路信號(hào)，共輸出8*8=64路信號(hào)，帶通采樣時(shí)間間隔為ls，每Is輸出64路信號(hào)為I幀數(shù)據(jù)；(4)利用WinPcap開(kāi)源庫(kù)將輸入的I幀數(shù)據(jù)采用乒乓存儲(chǔ)的方式依次寫入到已分配的2塊內(nèi)存緩沖區(qū)A和B中，每次實(shí)時(shí)傳輸I幀數(shù)據(jù)，每次傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)延間隔為Is ；(5)對(duì)已寫入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)消檢測(cè)處理，獲得目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息，并將目標(biāo)信息通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)連接輸出(5a)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸握手工作標(biāo)志FlagA和FlagB，根據(jù)工作標(biāo)志選擇緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，即當(dāng)FlagA為I時(shí)，從緩沖區(qū)A中讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)FlagB為I時(shí)，從緩沖區(qū)B中讀取數(shù)據(jù)；(5b)從選擇的緩沖區(qū)中讀取I幀數(shù)據(jù)，并對(duì)這幀數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字波束形成；(5c)依次對(duì)數(shù)字波束形成后的8個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息；(5d)將數(shù)據(jù)處理后獲得的目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)連接輸出；(5e)將選擇的緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的工作標(biāo)志置為0，若選擇的緩沖區(qū)為A，則置FlagA為0，若選擇的緩沖區(qū)為B，則置FlagB為O ;(6)通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)連接接收目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息進(jìn)行終端處理，并顯示目標(biāo)的真實(shí)航跡(6a)設(shè)置終端處理握手計(jì)數(shù)器count，并給計(jì)數(shù)器count賦初值為O ;^b) 4個(gè)接收線程一直在等待接收數(shù)據(jù)，當(dāng)每個(gè)線程接收到2個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，計(jì)數(shù)器count加I,當(dāng)計(jì)數(shù)器count等于4時(shí),表示8個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收完畢，即已接收到I中貞的數(shù)據(jù)； (6c)對(duì)已接收到的這I幀數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)融合和航跡處理，獲得目標(biāo)的真實(shí)航跡，并顯示目標(biāo)的真實(shí)航跡；(6d)對(duì)計(jì)數(shù)器count清零，同時(shí)4個(gè)接收線程開(kāi)始等待接收下一巾貞數(shù)據(jù)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I)數(shù)據(jù)處理速度快。本發(fā)明由于采用GPU顯卡進(jìn)行高性能計(jì)算，能夠很好地利用GI^U顯卡的大量密集型數(shù)據(jù)并行處理能力，提高數(shù)據(jù)處理速度。2 )信號(hào)處理模塊硬件平臺(tái)搭建簡(jiǎn)單。本發(fā)明的信號(hào)處理模塊由于采用工作站+GPU顯卡搭建硬件平臺(tái)，沒(méi)有傳統(tǒng)信號(hào)處理中專用開(kāi)發(fā)處理板的設(shè)計(jì)，搭建和調(diào)試等諸多問(wèn)題，硬件平臺(tái)搭建簡(jiǎn)單。3)開(kāi)發(fā)費(fèi)用低。本發(fā)明由于采用工作站+GPU的硬件平臺(tái)完成8個(gè)頻點(diǎn)的外輻射源雷達(dá)信號(hào)的實(shí)時(shí)處理任務(wù)，所用費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的信號(hào)開(kāi)發(fā)板硬件平臺(tái)完成相同處理任務(wù)所需的費(fèi)用。4)處理實(shí)時(shí)性好。本發(fā)明由于采用2塊千兆以太網(wǎng)卡傳輸數(shù)據(jù)，采用多塊GPU顯卡進(jìn)行并行計(jì)算，能對(duì)從天線接收到的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)時(shí)處理，并且能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤檢測(cè)和航跡顯示。5)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤精確度提高。本發(fā)明由于接收8個(gè)調(diào)頻廣播站點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行處理，并進(jìn)行多站點(diǎn)目標(biāo)信息融合，目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤的精確度大大提高。


圖I是本發(fā)明的雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的使用場(chǎng)景圖；圖2是本發(fā)明的雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)方框圖；圖3是本發(fā)明的雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中的八陣元天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集單元原理示意圖；圖5是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集單元中的數(shù)字下變頻處理模塊原理示意圖；圖6是本發(fā)明的雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中的數(shù)字信道化接收單元原理示意圖；圖7是本發(fā)明的雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理方法總流程圖；圖8是本發(fā)明的雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理方法中的對(duì)消檢測(cè)處理子流程圖；圖9是本發(fā)明的雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理方法中的終端處理子流程圖10是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到的目標(biāo)航跡顯示圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容和效果。參照?qǐng)D1，本發(fā)明基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，其使用場(chǎng)景包括三部分，分別是8個(gè)調(diào)頻廣播基站、雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，8個(gè)調(diào)頻廣播基站在雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)周邊隨機(jī)分布，并發(fā)射調(diào)頻廣播基站信號(hào)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位于8個(gè)調(diào)頻廣播基站的照射范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)反射調(diào)頻廣播基站信號(hào)，雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的接收天線接收信號(hào)，并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)檢測(cè)跟蹤，其中天線接收的信號(hào)中主要包括直達(dá)波信號(hào)、目標(biāo)回波信號(hào)、多徑雜波及噪聲。參照?qǐng)D2，本發(fā)明基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，主要由八陣元天 線、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)字信道化接收單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元和終端顯控單元組成。其中八陣元天線，是由8根半波振子天線以相等的方位排列組成的圓陣陣列天線，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，天線陣中心高度距地面約7m，圓陣直徑3. 06m，方位間隔45°，天線陣總共覆蓋范圍為360°，八陣元天線8路信號(hào)，每路輸出信號(hào)包括調(diào)頻廣播基站的直達(dá)波信號(hào)，經(jīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射的調(diào)頻廣播基站回波信號(hào)，以及多徑雜波和噪聲信號(hào)。數(shù)據(jù)采集單元，包括8路低噪聲放大器、帶通濾波器、A/D變換器和數(shù)字下變頻處理模塊，圖4所示。8路低噪聲放大器對(duì)八陣元天線輸出的8路信號(hào)進(jìn)行寬帶放大，經(jīng)放大后的每路信號(hào)送入20M的帶通濾波器進(jìn)行帶通采樣，得到8路模擬中頻信號(hào)，再通過(guò)22位的A/D變換器對(duì)模擬中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并將數(shù)字化后的中頻信號(hào)通過(guò)下變頻處理模塊進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，得到8路數(shù)字基帶信號(hào)。其中，數(shù)字下變頻處理模塊工作原理如圖5所示，它是將A/D變換后的數(shù)字中頻信號(hào)與NCO數(shù)控本振產(chǎn)生的正交混頻信號(hào)分別進(jìn)行相乘，再將相乘后的信號(hào)通過(guò)低通濾波器，得到零中頻數(shù)字正交I、Q信號(hào)。數(shù)字信道化接收單元，其工作原理如圖6所示，用于對(duì)數(shù)據(jù)采集單元得到的8路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化接收，將每路數(shù)字基帶信號(hào)送入FPGA做數(shù)字信道化處理，數(shù)字信道化處理包括抽取、低通濾波、FFT變換和信道選擇，對(duì)輸入FPGA的I路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行延時(shí)抽取，設(shè)抽取率為D，則有D-I個(gè)延時(shí)單元z—1，對(duì)每I路經(jīng)過(guò)延時(shí)單元z—1后的信號(hào)進(jìn)行D倍抽取，抽取結(jié)果通過(guò)低通濾波器進(jìn)行低通濾波，共輸出D路信號(hào)，分別為yi(m)，y2(m)，…，yD (m),由D路輸出信號(hào)Y1 (m)，J2 (m)，...，yD (m)構(gòu)成一個(gè)D*m維的矩陣單元,對(duì)該矩陣單元進(jìn)行FFT變換，再對(duì)變換結(jié)果進(jìn)行信道選擇，根據(jù)8個(gè)調(diào)頻廣播基站的發(fā)射頻率f1;f2，…，f8選擇輸出8個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)，這8個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于8個(gè)調(diào)頻廣播基站的信號(hào)發(fā)射頻率f\，f2,-,f8,即整個(gè)數(shù)字信道化接收單元共輸出8*8=64路信號(hào)。數(shù)字信道化將20MHz帶寬信號(hào)進(jìn)行分割，設(shè)抽取率D=100，則經(jīng)數(shù)字信道化接收單元輸出的信號(hào)帶寬為200KHZ，在數(shù)據(jù)采集單元中使用22位的A/D變換器，帶通采樣時(shí)間間隔為ls，則數(shù)字信道化接收單元每Is輸出I幀數(shù)據(jù)，這I幀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量為200X3X2X8X8 + 1. 024=75MB。數(shù)據(jù)傳輸單元，采用2塊千兆以太網(wǎng)卡，這2塊千兆以太網(wǎng)卡分別為網(wǎng)卡I和網(wǎng)卡2，在工作站中預(yù)先分配2塊內(nèi)存緩沖區(qū)A和B，其中，緩沖區(qū)A用于存儲(chǔ)通過(guò)網(wǎng)卡I寫入的數(shù)據(jù)，緩沖區(qū)B用于存儲(chǔ)通過(guò)網(wǎng)卡2寫入的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸單元在數(shù)字化信道接收單元輸出的64路信號(hào)獲取I幀75MB的數(shù)據(jù)量并進(jìn)行打包，利用WinPcap開(kāi)源庫(kù)通過(guò)網(wǎng)線，以乒乓存儲(chǔ)的形式，依次將每次打包好的數(shù)據(jù)寫入到工作站中分配的這2塊內(nèi)存緩沖區(qū)A和B中，數(shù)據(jù)傳輸單元每次實(shí)時(shí)傳輸I幀數(shù)據(jù)，只有當(dāng)已寫入在緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)被取出后，該緩沖區(qū)才能存儲(chǔ)下一幀數(shù)據(jù)，否則丟棄當(dāng)前傳輸?shù)倪@幀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理單元，采用插有4塊GPU顯卡的工作站，它包括數(shù)字波束形成模塊、雜波對(duì)消模塊、距離-多普勒處理模塊、恒虛警檢測(cè)模塊和比幅測(cè)角模塊；數(shù)字波束形成模塊接收到終端顯控單元發(fā)送的控制命令和參數(shù)信息后，先從工作站的內(nèi)存緩沖區(qū)A中取出第I幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字波束形成，得到8個(gè)頻點(diǎn)的參考數(shù)據(jù)和目標(biāo)回波數(shù)據(jù)，每個(gè)頻點(diǎn)的參考數(shù)據(jù)和目標(biāo)回波數(shù)據(jù)通過(guò)雜波對(duì)消模塊進(jìn)行雜波對(duì)消處理，將雜波對(duì)消處理結(jié)果輸入給距離-多普勒處理模塊進(jìn)行距離-多普勒二維相關(guān)運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果輸入給恒虛警檢測(cè)模塊進(jìn)行恒虛警檢測(cè)處理，再通過(guò)比幅測(cè)角模塊對(duì)恒虛警檢測(cè)處理結(jié)果進(jìn)行比幅測(cè)角處理，獲得目標(biāo)的距離、多普勒和方位信息，整個(gè)處理時(shí)延為ls，在對(duì)第I幀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的同時(shí)，接收的到第2幀數(shù)據(jù)將被寫入到內(nèi)存緩沖區(qū)B中，當(dāng)?shù)贗幀數(shù)據(jù)處理完后再?gòu)木彌_區(qū)B中讀取第2幀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，依此類推，讀取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理每幀數(shù)據(jù)后獲得的目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)連接傳送至終端顯控單
J Li ο終端顯控單元，它包括控制子模塊和顯示子模塊兩部分，該控制子模塊，用于向數(shù)據(jù)處理單元發(fā)送控制命令并設(shè)置初始參數(shù)，該顯示子模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)處理單元獲得的8個(gè)頻點(diǎn)的目標(biāo)信息進(jìn)行目標(biāo)融合和航跡處理,通過(guò)點(diǎn)跡凝聚,航跡起始、點(diǎn)跡與航跡的關(guān)聯(lián)、航跡消亡的處理，得到目標(biāo)距離-多普勒航跡信息，并根據(jù)目標(biāo)角度信息解算出目標(biāo)的位置，顯示出目標(biāo)的真實(shí)航跡。整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程原理是八陣元天線接收來(lái)自8個(gè)調(diào)頻廣播基站的直達(dá)波信號(hào)，目標(biāo)回波信號(hào)以及多徑雜波、噪聲信號(hào)；數(shù)據(jù)采集單元對(duì)八陣元天線接收的信號(hào)進(jìn)行寬 帶放大、帶通采樣、A/D變換和數(shù)字下變頻處理，得到8路數(shù)字基帶信號(hào)；數(shù)字信道化接收單元對(duì)8路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行抽取、多相濾波和信道選擇后輸出64路信號(hào)，每Is輸出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量為75MB ;數(shù)據(jù)傳輸單元對(duì)每Is的數(shù)據(jù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，通過(guò)工作站中2塊內(nèi)置的千兆以太網(wǎng)卡及WinPcap開(kāi)源庫(kù)將數(shù)據(jù)依次寫入工作站中的2塊內(nèi)存緩沖區(qū)中；數(shù)據(jù)處理單元讀取工作站的內(nèi)存緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，處理時(shí)延為ls，處理結(jié)果通過(guò)網(wǎng)線傳輸給終端顯控單元；終端顯控單元與數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行交互，發(fā)送信號(hào)處理所需的參數(shù)信息，接收每Is的信號(hào)處理結(jié)果，對(duì)每Is接收的目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息進(jìn)行目標(biāo)融合和航跡處理，并實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)航跡。參照?qǐng)D7，本發(fā)明基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理方法，其實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟1，分配內(nèi)存和顯存空間，進(jìn)行初始化(Ia)輸入信號(hào)處理所需的基本參數(shù)，該基本參數(shù)包括雜波對(duì)消階數(shù)、恒虛警檢測(cè)門限值、恒虛警類型值和天線尋北偏差角度；(Ib)在CPU上分配2塊內(nèi)存緩沖區(qū)A和B，并建立數(shù)據(jù)傳輸握手工作標(biāo)志FlagA和FlagBJf FlagA和FlagB都置為0，同時(shí)，在4塊GPU上分配顯存空間；(Ic)啟動(dòng)4個(gè)接收線程，等待接收信號(hào)處理的數(shù)據(jù)；(Id)通過(guò)Socket連接傳輸基本參數(shù)，該Socket連接采用網(wǎng)絡(luò)TCP/IP傳輸協(xié)議，以客戶端/服務(wù)器的方式，建立TCP可靠連接，通過(guò)網(wǎng)線傳輸數(shù)據(jù)。步驟2，通過(guò)八陣元天線接收調(diào)頻廣播基站發(fā)射的直達(dá)波信號(hào)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射的調(diào)頻廣播基站回波信號(hào)、多徑雜波和噪聲信號(hào)，每個(gè)天線陣元輸出I路信號(hào)，共輸出8路信號(hào)。步驟3，對(duì)接收到的8路信號(hào)進(jìn)行放大和帶通采樣，得到模擬中頻信號(hào)，將模擬中頻信號(hào)通過(guò)A/D變換器進(jìn)行數(shù)字化，并將數(shù)字化后的中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，得到8路數(shù)字基帶信號(hào)；再通過(guò)抽取、多相濾波和信道選擇，對(duì)每I路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信道化接收，輸出對(duì)應(yīng)于8個(gè)頻點(diǎn)f1; f2，…，f8的8路信號(hào)，共輸出8*8=64路信號(hào)，帶通采樣時(shí)間間隔為ls，每Is輸出64路信號(hào)為I幀數(shù)據(jù)。步驟4，利用WinPcap開(kāi)源庫(kù)將輸入的I幀數(shù)據(jù)采用乒乓存儲(chǔ)的方式依次寫入到已分配的2塊內(nèi)存緩沖區(qū)A和B中，每次實(shí)時(shí)傳輸I幀數(shù)據(jù)，每次傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)延間隔為Is。
進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，第I幀數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)卡I寫入到工作站的緩沖區(qū)A中，傳輸完成后置工作標(biāo)志FlagA為1，傳輸時(shí)延為ls，Is后傳輸?shù)?幀數(shù)據(jù)，將其通過(guò)網(wǎng)卡2寫入到工作站的緩沖區(qū)B中，傳輸完成后置工作標(biāo)志FlagB為1，并開(kāi)始下一幀數(shù)據(jù)的傳輸，依此類推，奇數(shù)幀的數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)A中，并置工作標(biāo)志FlagA為1，偶數(shù)幀的數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)B中，并置工作標(biāo)志FlagB為1，在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，對(duì)前Is已寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)消檢測(cè)處理，處理時(shí)延也為ls，處理完成后置相應(yīng)的工作標(biāo)志為0，若對(duì)緩沖區(qū)A寫入數(shù)據(jù)，則置FlagA為O，若對(duì)緩沖區(qū)B寫入數(shù)據(jù)，則置FlagB為O。步驟5，對(duì)已寫入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)消檢測(cè)處理，獲得目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息，并將目標(biāo)信息通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)連接輸出。參照?qǐng)D8，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下(5a)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸握手工作標(biāo)志FlagA和FlagB，選擇相應(yīng)的緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，當(dāng)FlagA為I時(shí)，從緩沖區(qū)A中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng)FlagB為I時(shí)，從緩沖區(qū)B中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；(5b)從選擇的緩沖區(qū)中讀取I幀數(shù)據(jù)，并對(duì)這幀數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字波束形成5bl)對(duì)讀取的I幀數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，將數(shù)據(jù)中頻點(diǎn)號(hào)一致的數(shù)據(jù)分為I組，共得到8組數(shù)據(jù)；5b2)將得到的8組數(shù)據(jù)分別與給定的8*18組8*1維的權(quán)值進(jìn)行相乘，共獲得8個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)，每個(gè)頻點(diǎn)包含18路的波束數(shù)據(jù)，這18路波束數(shù)據(jù)中，I路為參考數(shù)據(jù)refj，其余17路為目標(biāo)回波數(shù)據(jù)echop，其中j為頻點(diǎn)號(hào)，j = 1,2,-,8, i為波束號(hào)，i =1，2，…，17;(5c)依次對(duì)數(shù)字波束形成后的8個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)按照如下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息5cl)啟動(dòng)4個(gè)處理線程，分別控制4塊GPU的運(yùn)算操作，每塊GPU負(fù)責(zé)處理2個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)；5c2)讀取數(shù)字波束形成后獲得的8個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)到GPU顯存中，每塊GPU讀取2個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)，每個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)包括I路參考數(shù)據(jù)ref^_和17路目標(biāo)回波數(shù)據(jù)echo^ ；5c3)每塊GPU對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行雜波對(duì)消處理，雜波對(duì)消采用直接矩陣求逆DMI運(yùn)算，依次將每個(gè)頻點(diǎn)中的17路目標(biāo)回波數(shù)據(jù)echop與對(duì)應(yīng)的I路參考數(shù)據(jù)ref^_進(jìn)行雜波對(duì)消，濾除目標(biāo)數(shù)據(jù)echop中的調(diào)頻廣播基站直達(dá)波、多徑雜波和噪聲分量，得到17路對(duì)消數(shù)據(jù)err^i ；5c4)對(duì)雜波對(duì)消后獲得的17路對(duì)消數(shù)據(jù)err^進(jìn)行距離-多普勒二維相關(guān)運(yùn)算，依次對(duì)每路對(duì)消數(shù)據(jù)進(jìn)行脈壓、抽取濾波、快速傅里葉變換、移位fftshift和求模運(yùn)算，獲得距離-多普勒矩陣形式的檢測(cè)單元；5c5)對(duì)距離-多普勒二維相關(guān)運(yùn)算獲得的距離-多普勒矩陣形式的檢測(cè)單元，采用單元平均恒虛警算法CA-CFAR進(jìn)行恒虛警檢測(cè)處理，獲得17路檢測(cè)數(shù)據(jù)Cfarj,,；5c6)對(duì)恒虛警檢測(cè)后獲得的17路檢測(cè)數(shù)據(jù)cfarp進(jìn)行比幅測(cè)角處理，得到目標(biāo)的距離、多普勒和方位信息；(5d)將數(shù)據(jù)處理后獲得的目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)連接輸出；
(5e)將選擇的緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的工作標(biāo)志置為0，若選擇的緩沖區(qū)為A，則置FlagA為0，若選擇的緩沖區(qū)為B，則置FlagB為O。步驟6通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)連接接收目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息進(jìn)行終端處理，并顯示目標(biāo)的真實(shí)航跡。參照?qǐng)D9，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下(6a)設(shè)置終端處理握手計(jì)數(shù)器count，并給計(jì)數(shù)器count賦初值為O ;(6b) 4個(gè)接收線程一直循環(huán)檢測(cè)Socket網(wǎng)絡(luò)連接中是否有數(shù)據(jù)到達(dá)，如沒(méi)有數(shù)據(jù)達(dá)到，則循環(huán)等待，否則開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，當(dāng)每個(gè)線程接收到2個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，計(jì)數(shù)器count加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器count等于4時(shí)，表示8個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收完畢，即已接收到I幀的數(shù)據(jù)；(6c)對(duì)已接收到的這I幀數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)融合，即對(duì)這I幀數(shù)據(jù)中8個(gè)頻點(diǎn)的目標(biāo)信息進(jìn)行求和取平均；(6d)對(duì)融合后的目標(biāo)信息進(jìn)行航跡處理，即通過(guò)點(diǎn)跡凝聚、航跡起始、點(diǎn)跡與航跡的關(guān)聯(lián)和航跡消亡，獲得目標(biāo)的真實(shí)航跡，并顯示目標(biāo)的真實(shí)航跡；(6e)計(jì)數(shù)器count清零，同時(shí)4個(gè)接收線程開(kāi)始等待接收下一巾貞數(shù)據(jù)。本發(fā)明的效果可通過(guò)以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明I)實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)中采用的軟件平臺(tái)為Visual Studio+CUDA的集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)，仿真數(shù)據(jù)采用100幀的信號(hào)數(shù)據(jù)，每幀數(shù)據(jù)中包括8個(gè)調(diào)頻廣播基站直達(dá)波、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波、多徑雜波和噪聲分量，數(shù)據(jù)中包含2個(gè)目標(biāo)，其中，目標(biāo)I沿北偏東38°直線飛行，目標(biāo)2沿南偏東20°直線飛行2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及效果實(shí)驗(yàn)對(duì)仿真數(shù)據(jù)中2個(gè)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和跟蹤，在整個(gè)探測(cè)和跟蹤的過(guò)程中要對(duì)檢測(cè)到的目標(biāo)進(jìn)行航跡處理，比幅測(cè)角，目標(biāo)方向角擬合，目標(biāo)真實(shí)位置解算和目標(biāo)航跡顯示,結(jié)果如圖10所示。圖10中圓周徑向長(zhǎng)度表示距離，單位為Km,圓周角表示方位,單位為。，豎直方向代表南北方向，水平方向代表東西方向，天線基線為正北方向，沿順時(shí)針?lè)较蚋采w360° ;圖10中檢測(cè)到的目標(biāo)I的航跡在北偏東38°的方向上，由A點(diǎn)被截獲，一直追蹤到B點(diǎn)位置，檢測(cè)到的目標(biāo)2的航跡在南偏東20°的方向上，由C點(diǎn)被截獲，一直追蹤到D點(diǎn)位置?？梢?jiàn)，本發(fā)明能夠有效的探測(cè)和跟蹤目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外輻射源雷達(dá)信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。
權(quán)利要求
1.一種基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，其特征在于它包括 八陣元天線，用于同時(shí)接收8個(gè)調(diào)頻廣播基站的信號(hào)，得到8路輸出信號(hào)； 數(shù)據(jù)采集單元，用于接收八陣元天線輸出的8路信號(hào)，并對(duì)這8路信號(hào)依次進(jìn)行寬帶放大、帶通采樣、A/D變換和數(shù)字下變頻處理，獲得8路數(shù)字基帶信號(hào)，輸出給數(shù)字信道化接收單元； 數(shù)字信道化接收單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)采集單元輸出的8路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化接收，將每路數(shù)字基帶信號(hào)送入FPGA做數(shù)字信道化處理，在FPGA中經(jīng)過(guò)抽取、多相濾波后選擇輸出8個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)，這8個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于8個(gè)調(diào)頻廣播基站的信號(hào)發(fā)射頻率f\，f2，…，f8，即整個(gè)數(shù)字信道化接收單元共輸出8*8=64路信號(hào)給數(shù)據(jù)傳輸單元； 數(shù)據(jù)傳輸單元，用于將數(shù)字信道化接收單元獲得的64路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行打包處理，并通過(guò)2塊千兆網(wǎng)卡寫入到工作站中進(jìn)行信號(hào)處理； 數(shù)據(jù)處理單元，采用插有4塊GPU顯卡的工作站，用于讀取從數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)?4路數(shù)字基帶信號(hào)，并對(duì)這64路數(shù)字基帶信號(hào)先進(jìn)行數(shù)字波束形成，得到8個(gè)頻點(diǎn)的參考信號(hào)和目標(biāo)回波信號(hào)，繼而依次對(duì)獲得的8個(gè)頻點(diǎn)的參考信號(hào)和目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)雜波對(duì)消、距離-多普勒二維相關(guān)運(yùn)算、恒虛警檢測(cè)以及對(duì)目標(biāo)的比幅測(cè)角處理，每塊GPU顯卡負(fù)責(zé)2個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)處理，4塊GPU并行完成8個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)處理，處理結(jié)果通過(guò)網(wǎng)線傳輸給終端顯控單元； 終端顯控單元，它包括控制子模塊和顯示子模塊兩部分，該控制子模塊，用于向信號(hào)處理單元發(fā)送控制命令并設(shè)置初始參數(shù)，該顯示子模塊，用于對(duì)信號(hào)處理單元獲得的8個(gè)頻點(diǎn)的目標(biāo)信息進(jìn)行目標(biāo)融合和航跡處理，通過(guò)點(diǎn)跡凝聚，航跡起始、點(diǎn)跡與航跡的關(guān)聯(lián)、航跡消亡的處理，得到目標(biāo)距離-多普勒航跡信息，并根據(jù)目標(biāo)角度信息解算出目標(biāo)的位置，顯示出目標(biāo)的真實(shí)航跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，其特征在于八陣元天線，是由8根半波振子天線以相等的方位排列組成的圓陣陣列天線，天線陣中心高度距地面約7m，圓陣直徑3. 06m，方位間隔45°，天線陣總共覆蓋范圍為360°。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，其特征在于八陣元天線的8路輸出信號(hào)，包括調(diào)頻廣播基站的直達(dá)波信號(hào)，經(jīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射的調(diào)頻廣播基站回波信號(hào)，以及多徑雜波和噪聲信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)采集單元，包括低噪聲放大器、帶通濾波器、A/D變換器和數(shù)字下變頻處理模塊，八陣元天線輸出的8路信號(hào)通過(guò)低損耗電纜送入8路低噪聲放大器進(jìn)行寬帶放大，經(jīng)放大后的每路信號(hào)送入帶通濾波器進(jìn)行帶通采樣，得到8路模擬中頻信號(hào)，再通過(guò)A/D變換器對(duì)模擬中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并將數(shù)字化后的中頻信號(hào)通過(guò)數(shù)字下變頻處理模塊進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，得到8路數(shù)字基帶。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)傳輸單元，采用2塊千兆以太網(wǎng)卡，利用WinPcap開(kāi)源庫(kù)將前端數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，通過(guò)網(wǎng)線將數(shù)據(jù)直接寫入到工作站中分配的內(nèi)存緩沖區(qū)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)處理單元，包括數(shù)字波束形成模塊、雜波對(duì)消模塊、距離-多普勒處理模塊、恒虛警檢測(cè)模塊和比幅測(cè)角模塊；數(shù)字波束形成模塊對(duì)數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)?4路信號(hào)進(jìn)行數(shù)字波束形成，得到8個(gè)頻點(diǎn)的參考信號(hào)和目標(biāo)回波信號(hào)，每個(gè)頻點(diǎn)的參考信號(hào)和目標(biāo)回波信號(hào)通過(guò)雜波對(duì)消模塊進(jìn)行雜波對(duì)消處理，將雜波對(duì)消處理結(jié)果輸入給距離-多普勒處理模塊進(jìn)行距離-多普勒二維相關(guān)運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果輸入給恒虛警檢測(cè)模塊進(jìn)行恒虛警檢測(cè)處理，再通過(guò)比幅測(cè)角模塊對(duì)恒虛警檢測(cè)處理結(jié)果進(jìn)行比幅測(cè)角處理，獲得目標(biāo)的距離、多普勒和方位信息。
7.一種基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理方法，包括以下步驟 (1)分配內(nèi)存和顯存空間，進(jìn)行初始化 (Ia)輸入信號(hào)處理所需的基本參數(shù)，該基本參數(shù)包括雜波對(duì)消階數(shù)、恒虛警檢測(cè)門限值、恒虛警類型值和天線尋北偏差角度； (Ib)在CPU上分配2塊內(nèi)存緩沖區(qū)A和B，并建立數(shù)據(jù)傳輸握手工作標(biāo)志FlagA和FlagBJf FlagA和FlagB都置為O，同時(shí)，在4塊GPU上分配顯存空間； (Ic)啟動(dòng)4個(gè)接收線程，等待接收信號(hào)處理的數(shù)據(jù)； (Id)通過(guò)Socket連接傳輸基本參數(shù)； (2)通過(guò)八陣元天線接收調(diào)頻廣播基站發(fā)射的直達(dá)波信號(hào)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射的調(diào)頻廣播基站回波信號(hào)、多徑雜波和噪聲信號(hào)，每個(gè)天線陣元輸出I路信號(hào)，共輸出8路信號(hào)； (3)對(duì)接收到的8路信號(hào)依次進(jìn)行寬帶放大、帶通采樣、A/D變換和數(shù)字下變頻處理，得到8路數(shù)字基帶信號(hào)；再通過(guò)抽取、多相濾波和信道選擇，對(duì)每I路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信道化接收，輸出對(duì)應(yīng)于8個(gè)頻點(diǎn)f\，f2,…，f8的8路信號(hào)，共輸出8*8=64路信號(hào)，帶通采樣時(shí)間間隔為Is,每Is輸出64路信號(hào)為I巾貞數(shù)據(jù)； (4)利用WinPcap開(kāi)源庫(kù)將輸入的I幀數(shù)據(jù)采用乒乓存儲(chǔ)的方式依次寫入到已分配的·2塊內(nèi)存緩沖區(qū)A和B中，每次實(shí)時(shí)傳輸I幀數(shù)據(jù)，每次傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)延間隔為Is ； (5)對(duì)已寫入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)消檢測(cè)處理，獲得目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息，并將目標(biāo)信息通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)連接輸出 (5a)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸握手工作標(biāo)志FlagA和FlagB，根據(jù)工作標(biāo)志選擇緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，即當(dāng)FlagA為I時(shí)，從緩沖區(qū)A中讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)FlagB為I時(shí)，從緩沖區(qū)B中讀取數(shù)據(jù)； (5b)從選擇的緩沖區(qū)中讀取I幀數(shù)據(jù)，并對(duì)這幀數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字波束形成； (5c)依次對(duì)數(shù)字波束形成后的8個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息； (5d)將數(shù)據(jù)處理后獲得的目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)連接輸出； (5e)將選擇的緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的工作標(biāo)志置為0，若選擇的緩沖區(qū)為A，則置FlagA為0，若選擇的緩沖區(qū)為B，則置FlagB為0 ; (6)通過(guò)Socket網(wǎng)絡(luò)連接接收目標(biāo)的距離、多普勒以及方位信息進(jìn)行終端處理，并顯示目標(biāo)的真實(shí)航跡 (6a)設(shè)置終端處理握手計(jì)數(shù)器count，并給計(jì)數(shù)器count賦初值為0 ; (6b)4個(gè)接收線程一直循環(huán)檢測(cè)Socket網(wǎng)絡(luò)連接中是否有數(shù)據(jù)到達(dá)，如沒(méi)有數(shù)據(jù)達(dá)至IJ，則循環(huán)等待，否則開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，當(dāng)每個(gè)線程接收到2個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，計(jì)數(shù)器count加·1，當(dāng)計(jì)數(shù)器count等于4時(shí)，表示8個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收完畢，即已接收到I幀的數(shù)據(jù)；(6c)對(duì)已接收到的這I幀數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)融合和航跡處理，獲得目標(biāo)的真實(shí)航跡，并顯示目標(biāo)的真實(shí)航跡； (6d)對(duì)計(jì)數(shù)器count清零，同時(shí)4個(gè)接收線程開(kāi)始等待接收下一巾貞數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求書7所述的基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理方法，其特征在于所述步驟(5b)中的數(shù)字波束形成，按如下步驟進(jìn)行 (5bl)對(duì)讀取的I幀數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，將數(shù)據(jù)中頻點(diǎn)號(hào)一致的數(shù)據(jù)分為I組，共得到8組數(shù)據(jù)； (5b2)將得到的8組數(shù)據(jù)分別與給定的8*18組8*1維的權(quán)值進(jìn)行相乘，共獲得8個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)，每個(gè)頻點(diǎn)包含18路的波束數(shù)據(jù)，這18路波束數(shù)據(jù)中，I路為參考數(shù)據(jù)refp其余17路為目標(biāo)回波數(shù)據(jù)echOj.i，其中j為頻點(diǎn)號(hào)，j = 1,2,…，8，i為波束號(hào)，i = 1,2,…，17。
9.根據(jù)權(quán)利要求書7所述的基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理方法，其特征在于所述步驟(5c)中的數(shù)據(jù)處理，按如下步驟進(jìn)行 (5cl)啟動(dòng)4個(gè)處理線程，分別控制4塊GPU的運(yùn)算操作，每塊GPU負(fù)責(zé)處理2個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)； (5c2)讀取數(shù)字波束形成后獲得的8個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)到GPU顯存中，每塊GPU讀取2個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)，每個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)包括I路參考數(shù)據(jù)ref^_和17路目標(biāo)回波數(shù)據(jù)echoy ； (5c3)每塊GPU對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行雜波對(duì)消處理，雜波對(duì)消采用直接矩陣求逆DMI運(yùn)算，依次將每個(gè)頻點(diǎn)中的17路目標(biāo)回波數(shù)據(jù)echop與對(duì)應(yīng)的I路參考數(shù)據(jù)進(jìn)行雜波對(duì)消，濾除目標(biāo)數(shù)據(jù)echop中的調(diào)頻廣播基站直達(dá)波、多徑雜波和噪聲分量，得到17路對(duì)消數(shù)據(jù)err^ ； (5c4)對(duì)雜波對(duì)消后獲得的17路對(duì)消數(shù)據(jù)err」,,進(jìn)行距離-多普勒二維相關(guān)運(yùn)算，依次對(duì)每路對(duì)消數(shù)據(jù)進(jìn)行脈壓、抽取濾波、快速傅里葉變換、移位fftshift和求模運(yùn)算，獲得距離-多普勒矩陣形式的檢測(cè)單元； (5c5)對(duì)距離-多普勒二維相關(guān)運(yùn)算獲得的距離-多普勒矩陣形式的檢測(cè)單元，采用單元平均恒虛警算法CA-CFAR進(jìn)行恒虛警檢測(cè)處理，獲得17路檢測(cè)數(shù)據(jù)Cfarj,,； (5c6)對(duì)恒虛警檢測(cè)后獲得的17路檢測(cè)數(shù)據(jù)cfarM進(jìn)行比幅測(cè)角處理，得到目標(biāo)的距離、多普勒和方位信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求書7所述的基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理方法，其特征在于所述步驟^c)中的目標(biāo)融合和航跡處理，按如下步驟進(jìn)行 (6cl)對(duì)獲得8個(gè)頻點(diǎn)的目標(biāo)信息進(jìn)行求和取平均，得到融合后的目標(biāo)信息； (6c2)對(duì)融合后的目標(biāo)信息進(jìn)行依次進(jìn)行點(diǎn)跡凝聚、航跡起始、點(diǎn)跡與航跡的關(guān)聯(lián)和航跡消亡，獲得目標(biāo)的真實(shí)航跡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于GPU的外輻射源雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)及處理方法，主要解決傳統(tǒng)技術(shù)處理速度慢，開(kāi)發(fā)費(fèi)用高的問(wèn)題。本系統(tǒng)包括八陣元天線、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)字信道化接收單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元和終端顯控單元。數(shù)據(jù)采集單元對(duì)八陣元天線接收的8個(gè)調(diào)頻廣播基站信號(hào)進(jìn)行放大、采樣、A/D變換和下變頻處理，并經(jīng)數(shù)字信道化接收單元進(jìn)行數(shù)字化接收；再將接收的信號(hào)由數(shù)據(jù)傳輸單元通過(guò)以太網(wǎng)卡傳輸至數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行數(shù)字波束形成、雜波對(duì)消、距離-多普勒二維相關(guān)、恒虛警檢測(cè)和比幅測(cè)角，后端顯控單元對(duì)該處理結(jié)果進(jìn)行目標(biāo)融合和航跡處理，得到目標(biāo)位置。本發(fā)明數(shù)據(jù)處理速度快，可用較低的成本實(shí)現(xiàn)外輻射源雷達(dá)信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102707272SQ20121019271
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者何春娟, 劉田, 夏斌, 武勇, 王俊, 董亮玉, 謝夢(mèng)瑤, 賈永勝 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)