本發(fā)明涉及軟件化雷達(dá)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：：現(xiàn)代作戰(zhàn)的過程中，雷達(dá)探測(cè)已經(jīng)成為其信息獲取的主要途徑。在作戰(zhàn)過程中，作戰(zhàn)環(huán)境、對(duì)象和對(duì)抗手段的快速進(jìn)步要求雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和更新也能夠適應(yīng)這一快速變化的節(jié)奏。傳統(tǒng)雷達(dá)由于其功能性能與系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)硬耦合的特點(diǎn)，導(dǎo)致其開發(fā)周期長(zhǎng)，維護(hù)以及升級(jí)困難，而軟件化雷達(dá)作為一種遵循開放式體系結(jié)構(gòu)、采用商用貨架化產(chǎn)品，能夠具備一致的標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范的雷達(dá)新形態(tài)。在軟件化雷達(dá)中，數(shù)字后端是承載系統(tǒng)高效設(shè)計(jì)、功能重構(gòu)、性能提升的核心。軟件化雷達(dá)是指“基于開放的軟/硬件平臺(tái)，軟件化定義系統(tǒng)功能”的雷達(dá)系統(tǒng)，系統(tǒng)需要嚴(yán)格按照雷達(dá)系統(tǒng)中需要的功能進(jìn)行分解，通常采用“射頻前端+數(shù)字后端”的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在上述背景下，本申請(qǐng)?zhí)岢隽嘶赾pu(中央處理器)+gpu(圖形處理器)異構(gòu)平臺(tái)的軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。本申請(qǐng)基于典型雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理技術(shù)所包含的算法和對(duì)信號(hào)處理算法并行性的研究。典型雷達(dá)信號(hào)處理包括四個(gè)部分：數(shù)字脈沖壓縮、數(shù)字脈沖積累、雜波處理、恒虛警檢測(cè)。典型雷達(dá)數(shù)據(jù)處理包含了點(diǎn)跡處理和航跡處理。通過對(duì)現(xiàn)有的信號(hào)并行處理平臺(tái)進(jìn)行研究，結(jié)合軟件化雷達(dá)特點(diǎn)，選擇cpu+gpu異構(gòu)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于：解決現(xiàn)有技術(shù)存在軟件化雷達(dá)框架結(jié)構(gòu)限制造成的拓展性差的問題，本發(fā)明提供了一種開放式的、可重用的、開發(fā)速度快的軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：本發(fā)明提供了一種軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),包括硬件層、系統(tǒng)層、中間層和應(yīng)用層；所述中間層位于應(yīng)用層和系統(tǒng)層之間，為上層(應(yīng)用層)提供通用服務(wù)，所述通用服務(wù)包括具有通用的協(xié)議棧和標(biāo)準(zhǔn)的程序接口，包括數(shù)據(jù)接收中間件、數(shù)據(jù)傳輸中間件、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)中間件、信號(hào)處理中間件、數(shù)據(jù)處理中間件和雷達(dá)終端顯示中間件；所述應(yīng)用層通過中間層搭建信號(hào)數(shù)據(jù)處理框架用于計(jì)算當(dāng)前雷達(dá)數(shù)據(jù)及信號(hào)，包括射頻前端數(shù)據(jù)接收、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理和終端顯示。具體地，所述硬件層包括信號(hào)處理承載平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理承載平臺(tái)和雷達(dá)終端顯示設(shè)備；所述信號(hào)處理承載平臺(tái)，用于進(jìn)行密集型計(jì)算且進(jìn)行雷達(dá)實(shí)時(shí)處理；所述數(shù)據(jù)處理承載平臺(tái)，用于進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)處理任務(wù)；所述雷達(dá)終端顯示設(shè)備，用于最終顯示各種雷達(dá)回波數(shù)據(jù)。具體地，所述數(shù)據(jù)處理中間件采用inteltbb中的concurrent_bounder_queue(concurrent_bounder_queue是inteltbb里面的一個(gè)隊(duì)列，用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中間件)。具體地，所述數(shù)據(jù)接收中間件，接收不同類型的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)傳輸中間件，傳輸數(shù)據(jù)；所述實(shí)時(shí)存儲(chǔ)存儲(chǔ)的雷達(dá)數(shù)據(jù)包含存儲(chǔ)的時(shí)間點(diǎn)、雷達(dá)控制字和雷達(dá)數(shù)據(jù)信息；所述信號(hào)處理中間件包含脈沖壓縮、脈沖積累、雜波處理間件,在實(shí)際應(yīng)用中并不限于這幾種中間件；所述數(shù)據(jù)處理中間件是對(duì)信號(hào)處理模塊獲取到的目標(biāo)參數(shù)信息進(jìn)行點(diǎn)跡預(yù)處理、航跡形成處理；所述終端顯示中間件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。具體地，所述射頻前端數(shù)據(jù)接收線程對(duì)接收模塊初始化、數(shù)據(jù)傳輸中間件初始化以及綁定cpu核心；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程將前端信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)間參數(shù)一起存儲(chǔ)；所述信號(hào)處理線程獲取前端線程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，獲取雷達(dá)回波信息和數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)目標(biāo)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址，對(duì)雷達(dá)回波信息中的雷達(dá)控制字是否改變進(jìn)行判斷，如果改變，對(duì)信號(hào)處理的部分中間件進(jìn)行重新設(shè)置參數(shù)；所述數(shù)據(jù)處理線程，獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)和雷達(dá)信息，判斷雷達(dá)控制字是否改變，控制字改變，則對(duì)數(shù)據(jù)處理的接口類進(jìn)行重新創(chuàng)建，如果控制字沒有改變，得到最終數(shù)據(jù)；所述終端顯示線程，顯示數(shù)據(jù)處理線程傳輸?shù)淖罱K數(shù)據(jù)。本申請(qǐng)還提供了一種軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理方法，包括以下步驟：步驟1：獲取射頻前端回波數(shù)據(jù)，通過射頻前端數(shù)據(jù)接收線程獲取雷達(dá)射頻前端回波數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸中間件傳送給信號(hào)處理線程；步驟2：處理信號(hào)，步驟2.1：通過信號(hào)處理線程對(duì)信號(hào)處理中間件進(jìn)行初始化，并獲取數(shù)據(jù)傳輸中間件傳輸?shù)纳漕l前端回波數(shù)據(jù)并根據(jù)射頻前端數(shù)據(jù)設(shè)置信號(hào)處理參數(shù)，并調(diào)用射頻前端數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)處理中間件再獲取數(shù)據(jù)處理中間件傳輸?shù)睦走_(dá)回波信息和數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)目標(biāo)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址；步驟2.2：判斷雷達(dá)回波信息中的雷達(dá)控制字是否改變，如果改變，則對(duì)信號(hào)處理中間件進(jìn)行參數(shù)重新設(shè)置并計(jì)算得目標(biāo)數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)處理中間件，如果未改變，則對(duì)雷達(dá)回波信息和目標(biāo)數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)目標(biāo)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址計(jì)算得目標(biāo)數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)處理中間件；步驟3：處理數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理線程獲取數(shù)據(jù)處理中間件傳輸?shù)哪繕?biāo)數(shù)據(jù)并判斷雷達(dá)控制字是否改變，如果改變，則對(duì)數(shù)據(jù)處理的接口類進(jìn)行重新創(chuàng)建再處理并將處理結(jié)果傳輸至雷達(dá)終端顯示中間件顯示，如果未改變，則行數(shù)據(jù)處理并將處理結(jié)果傳輸至雷達(dá)終端顯示中間件顯示；步驟4：顯示，通過終端顯示線程對(duì)界面進(jìn)行初始化再獲取其他線程傳輸?shù)男盘?hào)數(shù)據(jù)處理并將處理結(jié)果進(jìn)行顯示。具體地，還包括步驟：通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程獲取數(shù)據(jù)傳輸中間件傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并獲取當(dāng)前時(shí)間戳一起存儲(chǔ)。具體地，所述步驟2具體為：步驟2.1.1，啟動(dòng)信號(hào)處理線程并調(diào)用initradardspsys接口，對(duì)信號(hào)處理中間件進(jìn)行初始化，然后等待信號(hào)數(shù)據(jù)處理的start信號(hào)，當(dāng)收到該信號(hào)以后，調(diào)用前端數(shù)據(jù)傳輸中間件的dequeue接口，獲取從射頻前端數(shù)據(jù)接收線程傳輸過來的數(shù)據(jù)；然后調(diào)用setsysparamter接口設(shè)置信號(hào)處理的參數(shù)；步驟2.1.2，分別調(diào)用傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理線程中間件的getonebuff接口和獲取數(shù)字化回波中間件的dequeue接口，獲取雷達(dá)回波信息和數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)目標(biāo)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址；步驟2.2.1，對(duì)雷達(dá)回波信息中的雷達(dá)控制字是否改變進(jìn)行判斷，如果改變，則對(duì)信號(hào)處理的部分中間件進(jìn)行重新設(shè)置參數(shù)：調(diào)用resetparameter接口，將所有參數(shù)進(jìn)行復(fù)位，然后便調(diào)用setsysparamter接口對(duì)信號(hào)處理中間件參數(shù)重新設(shè)置，再按照雷達(dá)控制字未改變時(shí)的順序進(jìn)行信號(hào)處理，首先調(diào)用setsamplesignal接口獲取雷達(dá)數(shù)字化回波數(shù)據(jù)和參數(shù)，然后調(diào)用doprocess接口對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，通過調(diào)用getsignalprocout接口將數(shù)據(jù)處理后得到的數(shù)據(jù)從gpu傳輸?shù)絻?nèi)存中，然后傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理線程中間件的enqueue接口將緩沖區(qū)地址存儲(chǔ)到隊(duì)列中去，最后調(diào)用線程數(shù)據(jù)傳輸中間件的refreshbuff接口；如果未改變，則對(duì)雷達(dá)回波信息和目標(biāo)數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)目標(biāo)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址計(jì)算得目標(biāo)數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)處理中間件；步驟2.2.2，通過show接口中調(diào)用信號(hào)處理中的get中間件、終端顯示線程和與之對(duì)應(yīng)的信號(hào)槽并實(shí)時(shí)顯示信號(hào)處理中間件處理后的數(shù)據(jù)圖像，循環(huán)上述操作，直到線程退出。其中dequeue，setsysparamter，getonebuff，resetparameter，getsignalprocout，setsamplesignal，enqueue，refreshbuff，read_new，gettrackinfo，data_treat，pshow，refreshbuff均為接口函數(shù)名。具體地，所述步驟3具體為：步驟3.1，啟動(dòng)數(shù)據(jù)處理線程并對(duì)數(shù)據(jù)處理的接口類進(jìn)行創(chuàng)建和初始化，獲取start信號(hào)后，調(diào)用信號(hào)處理后傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)中間件的dequeue接口再獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)和雷達(dá)信息；步驟3.2，判斷雷達(dá)控制字是否改變，如果控制字改變，則對(duì)數(shù)據(jù)處理的接口類進(jìn)行重新創(chuàng)建，控制字沒有改變，則調(diào)用read_new接口，讀取目標(biāo)數(shù)據(jù)，再通過data_treat接口進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，后通過gettrackinfo將數(shù)據(jù)復(fù)制出來，再利用pshow接口調(diào)用終端顯示的信號(hào)槽接口進(jìn)行最終數(shù)據(jù)的顯示；步驟3.3，所述步驟3.2中處理過程中均要調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸中間件的refreshbuff接口，對(duì)緩沖區(qū)的地址進(jìn)行處理。具體地，步驟4具體為：步驟4.1,終端顯示線程對(duì)界面進(jìn)行初始化；步驟4.2,通過connect函數(shù)將終端顯示線程中的信號(hào)接收函數(shù)和槽函數(shù)連接起來，建立應(yīng)用層中的其他線程；步驟4.3,獲取到start信號(hào)，開始進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)處理，同時(shí)對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行顯示。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：1.本申請(qǐng)可以通過對(duì)系統(tǒng)中應(yīng)用層軟件模塊的修改，系統(tǒng)可以進(jìn)行重構(gòu)，從而滿足其他雷達(dá)系統(tǒng)的需求，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，建立完整的雷達(dá)信號(hào)處理流程，提升了本系統(tǒng)的拓展性，擴(kuò)大了本申請(qǐng)的使用范圍；2.本申請(qǐng)中的軟件化雷達(dá)信號(hào)處理方法具有通用化、模塊化、參數(shù)化、跨平臺(tái)移植的優(yōu)點(diǎn)；3.本申請(qǐng)中系統(tǒng)硬件均可采用商用貨架化的產(chǎn)品，所以本申請(qǐng)系統(tǒng)硬件模塊具備有標(biāo)準(zhǔn)化、易拓展和可重構(gòu)等特點(diǎn)；4.雷達(dá)系統(tǒng)中的所有處理任務(wù)都是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)具有更強(qiáng)大的并行處理能力，能夠完成常規(guī)雷達(dá)中的多種信號(hào)的處理；5.本申請(qǐng)以開放式的體系架構(gòu)，注重軟件和硬件的解耦，通過軟件定義及參數(shù)設(shè)置快速開發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)，靈活的實(shí)現(xiàn)資源配置、功能擴(kuò)展和性能提升。附圖說明圖1是本發(fā)明軟件化雷達(dá)系統(tǒng)基本組件結(jié)構(gòu)；圖2是本發(fā)明軟件化雷達(dá)總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明軟件化雷達(dá)應(yīng)用層框架示意圖；圖4是本發(fā)明軟件化雷達(dá)應(yīng)用層應(yīng)用層框架圖；圖5是本發(fā)明軟件化雷達(dá)應(yīng)用層框架處理總流程圖；圖6是本發(fā)明軟件化雷達(dá)射頻前端數(shù)據(jù)接收線程處理流程圖；圖7是本發(fā)明軟件化雷達(dá)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程處理流程圖；圖8是本發(fā)明軟件化雷達(dá)信號(hào)處理線程處理流程圖；圖9是本發(fā)明軟件化雷達(dá)數(shù)據(jù)處理線程處理流程圖；圖10是本發(fā)明軟件化雷達(dá)雷達(dá)終端顯示處理流程圖；圖11是本發(fā)明軟件化雷達(dá)數(shù)據(jù)接收中間件接口類定義圖；圖12是本發(fā)明軟件化雷達(dá)的雷達(dá)數(shù)據(jù)databuff結(jié)構(gòu)體圖；圖13是本發(fā)明軟件化雷達(dá)的雷達(dá)控制字radarctl結(jié)構(gòu)體圖；圖14是本發(fā)明軟件化雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸中間件結(jié)構(gòu)圖；圖15是本發(fā)明軟件化雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸中間件接口定義圖；圖16是本發(fā)明軟件化雷達(dá)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)接口類定義圖；圖17是本發(fā)明軟件化雷達(dá)信號(hào)處理部分中間件接口定義圖；圖18是本發(fā)明軟件化雷達(dá)signaltodata結(jié)構(gòu)體圖；圖19是本發(fā)明軟件化雷達(dá)信號(hào)處理功能重構(gòu)圖；圖20是本發(fā)明軟件化雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中間件接口定義圖；圖21是本發(fā)明軟件化雷達(dá)trackinfo結(jié)構(gòu)體圖；圖22是本發(fā)明軟件化雷達(dá)雷達(dá)終端顯示中間件接口類定義圖；圖23是本發(fā)明軟件化雷達(dá)系統(tǒng)接口關(guān)系圖；圖24是本發(fā)明軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理流程圖；圖25是本發(fā)明軟件化雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)序控制器結(jié)構(gòu)圖；圖26是本發(fā)明軟件化雷達(dá)系統(tǒng)處理系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖；圖27是本發(fā)明軟件化雷達(dá)實(shí)施例應(yīng)用層框架示意圖；圖28是本發(fā)明軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理流程圖；圖29是軟件化雷達(dá)一個(gè)脈沖重復(fù)性周期處理最大時(shí)間、平均時(shí)間、最小時(shí)間示意圖；圖30是本發(fā)明軟件化雷達(dá)一個(gè)脈沖重復(fù)性周期處理時(shí)間圖形顯示圖；圖31是本發(fā)明軟件化雷達(dá)積累32個(gè)脈沖處理最大時(shí)間、平均時(shí)間、最小時(shí)間示意圖；圖32是積累32個(gè)脈沖處理時(shí)間圖形顯示圖；圖33是cpu+gpu軟件雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)中cpu資源占有示意圖。具體實(shí)施方式一種軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法，具體包括：1.基于cpu+gpu的數(shù)字信息處理硬件平臺(tái)對(duì)于一個(gè)硬件平臺(tái)，分別需要信號(hào)處理承載平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理承載平臺(tái)以及雷達(dá)終端顯示設(shè)備。本申請(qǐng)采用基于cpu+gpu的數(shù)字信息處理硬件平臺(tái)。2.基于cpu+gpu異構(gòu)平臺(tái)系統(tǒng)支撐,主要包括redhawk系統(tǒng)，nightstar實(shí)時(shí)編程工具，inteltbb并行開發(fā)庫(kù)。3.基于cpu+gpu信號(hào)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的中間層，具體包括：3.1數(shù)據(jù)接收中間件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中間件時(shí)應(yīng)該設(shè)定統(tǒng)一的接口，根據(jù)不同的需求而采用不同的中間件。在技術(shù)上可以采用c++中的虛擬繼承的特性來讓不同的中間件映射到統(tǒng)一規(guī)范的接口，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能。數(shù)據(jù)接收中間件與應(yīng)用層的接口定義。通過設(shè)定統(tǒng)一的接口，可以將某型傳輸卡中間件或讀取回波數(shù)據(jù)的中間件映射到該接口類中。提及的databuff結(jié)構(gòu)體和radarctl結(jié)構(gòu)體定義圖見附圖。其中iradar_flag表示雷達(dá)控制字是否改變，icnt表示雷達(dá)的方位碼，ilen表示接收數(shù)據(jù)單個(gè)通道的長(zhǎng)度，ichennel表示通道的數(shù)目，pradarctl表示雷達(dá)控制字符的指針，pbuffer表示雷達(dá)的回波數(shù)據(jù)的指針。其中pradarctl表示雷達(dá)控制字符的指針。3.2數(shù)據(jù)傳輸中間件，在cpu+gpu的異構(gòu)架構(gòu)中對(duì)于大量數(shù)據(jù)傳輸采用inteltbb中的concurrent_bounder_queue來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中間件。數(shù)據(jù)傳輸中間件采用線程安全隊(duì)列線構(gòu)建兩個(gè)緩沖區(qū)節(jié)點(diǎn)地址隊(duì)列，其中一個(gè)隊(duì)列存儲(chǔ)已使用的緩沖區(qū)節(jié)點(diǎn)地址，另一個(gè)隊(duì)列存儲(chǔ)未使用的緩沖區(qū)節(jié)點(diǎn)地址其接口類定義如下，其中data是指需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。對(duì)于單個(gè)整形或者無(wú)符號(hào)整形數(shù)據(jù)，在cpu+gpu的異構(gòu)架構(gòu)中采用linux中g(shù)cc編譯器自帶的原子操作。通過__sync_lock_test_and_set函數(shù)發(fā)送整形數(shù)據(jù)，通過__sync_fetch_and_add函數(shù)在其他線程中接收這個(gè)整形數(shù)據(jù)，從而可以保證數(shù)據(jù)能夠不會(huì)被其他程序中斷且保證順序傳輸。3.3實(shí)時(shí)存儲(chǔ)中間件，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)存儲(chǔ)的雷達(dá)數(shù)據(jù)包含了存儲(chǔ)的時(shí)間點(diǎn)、雷達(dá)控制字和雷達(dá)數(shù)據(jù)信息，其接口定義見附圖。3.4信號(hào)處理中間件，信號(hào)處理模塊包含了脈沖壓縮、脈沖積累、雜波處理等中間件。其部分函數(shù)的接口定義見附圖。涉及到的signaltodata結(jié)構(gòu)體見附圖。signaltodata是信號(hào)處理線程發(fā)送至數(shù)據(jù)處理線程的結(jié)構(gòu)體。通過在doprocess函數(shù)接口中調(diào)用所需求信號(hào)處理功能的中間件，利用軟件化雷達(dá)功能可重構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)不同雷達(dá)應(yīng)用開發(fā)需求進(jìn)行快速響應(yīng)，大大縮減雷達(dá)的開發(fā)時(shí)間。3.5數(shù)據(jù)處理中間件，數(shù)據(jù)處理是對(duì)信號(hào)處理模塊獲取到的目標(biāo)參數(shù)信息進(jìn)行點(diǎn)跡預(yù)處理、航跡形成等處理。在cpu+gpu異構(gòu)架構(gòu)中，其函數(shù)接口定義見附圖。trackinfo結(jié)構(gòu)體見附圖。3.6雷達(dá)終端顯示中間件，雷達(dá)終端在cpu+gpu異構(gòu)架構(gòu)中，采用qt開發(fā)框架進(jìn)行開發(fā)。需要對(duì)不同數(shù)據(jù)的傳輸創(chuàng)建不同的信號(hào)傳輸函數(shù)，其部分接口定義見附圖。顯示終端在程序啟動(dòng)以后，連接內(nèi)部的槽函數(shù)與信號(hào)傳輸函數(shù)。其他線程的函數(shù)通過調(diào)用上圖中的接口函數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示線程，然后進(jìn)行顯示。4.基于cpu+gpu異構(gòu)架構(gòu)平臺(tái)的應(yīng)用層，在cpu+gpu的異構(gòu)架構(gòu)中采用實(shí)時(shí)linux作為系統(tǒng)平臺(tái)，因此在應(yīng)用層中使用基于可移植操作系統(tǒng)接口(posix，portableoperatingsysteminterfaceofunix)標(biāo)準(zhǔn)的pthread線程搭建信號(hào)數(shù)據(jù)處理框架，該線程能夠在所有的類unix操作系統(tǒng)中都可以進(jìn)行移植使用。其框架見附圖。應(yīng)用層框架包含了五個(gè)部分，分別為射頻前端數(shù)據(jù)接收、信號(hào)處理、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、終端顯示和數(shù)據(jù)處理。接下來對(duì)每個(gè)部分的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行說明。4.1射頻前端數(shù)據(jù)接收線程，雷達(dá)射頻前端數(shù)據(jù)通過傳輸卡以后，傳入到處理機(jī)中。系統(tǒng)給該線程分配一個(gè)cpu核心，并采用數(shù)據(jù)傳輸中間件來傳輸當(dāng)前線程到其他線程的數(shù)據(jù)。其處理流程見附圖。數(shù)據(jù)接收線程在啟動(dòng)以后便對(duì)整個(gè)模塊進(jìn)行各種初始化，包括對(duì)接收模塊的初始化、數(shù)據(jù)傳輸中間件的初始化以及綁定cpu核心等，然后等待信號(hào)數(shù)據(jù)處理的start信號(hào)，當(dāng)收到該信號(hào)以后，傳輸數(shù)據(jù)的中間件便調(diào)用getonebuff，然后將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的buff中，即調(diào)用數(shù)據(jù)接收中間件的datarec接口函數(shù)，最后將該buff的地址指針放入到buffusedqueueitem隊(duì)列中。然后繼續(xù)重復(fù)調(diào)用getonebuff，一直到線程中斷退出。4.2實(shí)時(shí)存儲(chǔ)線程，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)線程是將前端信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)間等參數(shù)一起存儲(chǔ)在文件中的線程，處理流程見附圖。實(shí)時(shí)存儲(chǔ)線程在啟動(dòng)后便創(chuàng)建以當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間為名字的文件作為今后數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地址，然后等待信號(hào)數(shù)據(jù)處理的start信號(hào)，當(dāng)收到該信號(hào)以后，首先調(diào)用time系列的函數(shù)，獲取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間戳以后，調(diào)用前端數(shù)據(jù)傳輸中間件的dequeue接口，將傳輸過來的數(shù)據(jù)指針地址從buffusedqueueitem推出，然后在將數(shù)據(jù)與時(shí)間戳一起存儲(chǔ)在文件中，存儲(chǔ)好數(shù)據(jù)文件以后，再調(diào)用refreshbuff接口函數(shù)，將使用過后的數(shù)據(jù)指針地址推入到bufffreequeueitem隊(duì)列中去。然后繼續(xù)重復(fù)調(diào)用time系列的函數(shù)獲取時(shí)間戳，一直到線程中斷退出。4.3信號(hào)處理線程，信號(hào)處理線程既有在cpu運(yùn)行的部分，也有在gpu運(yùn)行的部分，線程需要綁定一個(gè)cpu核心，防止其他進(jìn)程搶占等時(shí)間消耗。由于信號(hào)處理中間件需要根據(jù)雷達(dá)控制字等參數(shù)進(jìn)行初始化，當(dāng)雷達(dá)控制字發(fā)生改變以后，信號(hào)處理的部分中間件需要重新設(shè)定參數(shù)。見附圖。信號(hào)處理線程在啟動(dòng)后便調(diào)用initradardspsys接口，對(duì)信號(hào)處理中間件進(jìn)行初始化，然后等待信號(hào)數(shù)據(jù)處理的start信號(hào)；當(dāng)收到該信號(hào)以后，調(diào)用前端數(shù)據(jù)傳輸中間件的dequeue接口，獲取從前端線程傳輸過來的數(shù)據(jù)；然后調(diào)用setsysparamter接口設(shè)置信號(hào)處理的參數(shù)，因?yàn)榈谝粠走_(dá)回波數(shù)據(jù)對(duì)后續(xù)信號(hào)處理沒有任何影響，因此不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，直接調(diào)用前端線程數(shù)據(jù)傳輸中間件的refreshbuff接口。然后分別調(diào)用傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理線程中間件的getonebuff接口和獲取數(shù)字化回波中間件的dequeue接口，從而獲取雷達(dá)回波信息和數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)目標(biāo)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址，接下來便對(duì)雷達(dá)回波信息中的雷達(dá)控制字是否改變進(jìn)行判斷，如果改變了，那么便需要對(duì)信號(hào)處理的部分中間件進(jìn)行重新設(shè)置參數(shù)。首先調(diào)用resetparameter接口，將所有參數(shù)進(jìn)行復(fù)位，然后便調(diào)用setsysparamter接口對(duì)信號(hào)處理中間件參數(shù)重新設(shè)置，接下來便可以按照雷達(dá)控制字未改變時(shí)的順序進(jìn)行信號(hào)處理。首先調(diào)用setsamplesignal接口獲取雷達(dá)數(shù)字化回波數(shù)據(jù)和參數(shù)，然后調(diào)用doprocess接口對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，通過調(diào)用getsignalprocout接口將數(shù)據(jù)處理后得到的數(shù)據(jù)從gpu傳輸?shù)絻?nèi)存中，然后傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理線程中間件的enqueue接口將緩沖區(qū)地址存儲(chǔ)到隊(duì)列中去，最后調(diào)用前端線程數(shù)據(jù)傳輸中間件的refreshbuff接口標(biāo)志著對(duì)一次數(shù)字化回波數(shù)據(jù)信號(hào)處理完畢?？梢栽趕how接口中調(diào)用信號(hào)處理中的get中間件以及終端顯示中與之對(duì)應(yīng)的信號(hào)槽，從而可以實(shí)時(shí)顯示信號(hào)處理中間件處理后的數(shù)據(jù)圖像。最后便循環(huán)上述操作，直到線程退出。上述過程中，doprocess運(yùn)行在gpu中，dequeue和enqueue運(yùn)行在cpu中，其他函數(shù)則在gpu和cpu中交互運(yùn)行并傳遞數(shù)據(jù)。4.4數(shù)據(jù)處理線程，數(shù)據(jù)處理是對(duì)信號(hào)處理后獲取的目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)雷達(dá)控制字改變以后，數(shù)據(jù)處理模塊需要丟掉未改變控制字以前所有的目標(biāo)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理線程運(yùn)行在cpu中，為了提高數(shù)據(jù)處理能力，系統(tǒng)將線程綁定在cpu核心中，其處理流程見附圖。數(shù)據(jù)處理線程啟動(dòng)以后便對(duì)數(shù)據(jù)處理的接口類進(jìn)行創(chuàng)建和初始化，然后等待信息處理的start信號(hào)，當(dāng)獲取該信號(hào)以后，首先調(diào)用信號(hào)處理后傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)中間件的dequeue接口，線程獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)和雷達(dá)信息，判斷雷達(dá)控制字是否改變。如果控制字已經(jīng)改變，則對(duì)數(shù)據(jù)處理的接口類進(jìn)行重新創(chuàng)建。如果控制字沒有改變，則調(diào)用read_new接口，讀取目標(biāo)數(shù)據(jù)，然后通過data_treat接口進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后通過gettrackinfo將數(shù)據(jù)復(fù)制出來，然后利用pshow接口調(diào)用終端顯示的信號(hào)槽接口進(jìn)行最終數(shù)據(jù)的顯示。最后不管雷達(dá)控制字是否改變，都要調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸中間件的refreshbuff接口，對(duì)緩沖區(qū)的地址進(jìn)行處理。4.5雷達(dá)終端顯示線程，雷達(dá)終端顯示采用qt開發(fā)框架進(jìn)行開發(fā)，根據(jù)qt的開發(fā)屬性，直接采用主線程進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。其處理流程見附圖。雷達(dá)終端顯示線程首先對(duì)界面進(jìn)行初始化，然后通過connect函數(shù)將顯示主線程中的信號(hào)接收函數(shù)和槽函數(shù)連接起來，接下來便建立應(yīng)用框架中的其他線程，等待界面中傳遞過來的信號(hào)數(shù)據(jù)處理start信號(hào)。如果接收到了信號(hào)，便開始進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)處理，同時(shí)對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行顯示。綜上所述，基于cpu+gpu異構(gòu)下的軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用層架構(gòu)見附圖所示。射頻前端接收線程運(yùn)行在cpu中，利用該線程對(duì)從射頻前端傳輸過來的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，然后將數(shù)據(jù)通過兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸中間件分別傳送給信號(hào)處理線程和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程運(yùn)行在cpu中，在接收到回波數(shù)據(jù)后，便將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；信號(hào)處理線程既有運(yùn)行在cpu中的部分，又存在運(yùn)行在gpu中的部分，首先通過cpu中的函數(shù)執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并將數(shù)據(jù)傳輸給gpu的操作，然后調(diào)用信號(hào)處理的中間件，在gpu中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，處理后將數(shù)據(jù)傳輸給cpu，在cpu中通過數(shù)據(jù)傳輸中間件將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)處理線程，并且對(duì)部分模塊的結(jié)果通過顯示中間件傳遞給終端顯示進(jìn)程進(jìn)行顯示；數(shù)據(jù)處理線程運(yùn)行在cpu中，通過數(shù)據(jù)傳輸中間件接收信號(hào)處理獲得的目標(biāo)信息，然后調(diào)用數(shù)據(jù)處理中間件進(jìn)行處理，最后將處理后得到的目標(biāo)數(shù)據(jù)通過顯示中間件傳遞給終端顯示線程進(jìn)行顯示。正常情況下，當(dāng)雷達(dá)控制字未改變時(shí)，基于cpu+gpu異構(gòu)的軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理架構(gòu)應(yīng)用層處理流程圖見附圖。實(shí)施例一本實(shí)施例提供了軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法,具體包括如下：1.系統(tǒng)功能和戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，整個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收雷達(dá)接收機(jī)傳輸過來的4路中頻信號(hào)，完成a/d數(shù)據(jù)接收、信號(hào)處理功能、數(shù)據(jù)處理功能和人機(jī)交互界面。2.系統(tǒng)功能主要功能：(1)接收從接收機(jī)傳輸過來的4路中頻信號(hào)進(jìn)行旁瓣相消和旁瓣匿影。這四路信號(hào)中其中兩路為接收機(jī)的和、差通道；另外兩路為接收機(jī)的輔助通道；(2)完成數(shù)字正交解調(diào)和脈壓；(3)包含有動(dòng)目標(biāo)顯示(mti)和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(mtd)的功能，其中mtd由mti和fft完成；(4)包含有一維cfar、二維cfar和雜波圖的cfar；(5)包含非相干積累和m/n檢測(cè)的功能；(6)能計(jì)算目標(biāo)、方位和速度；(7)能通過人機(jī)交互界面來設(shè)置信號(hào)處理的功能；(8)其中雜波圖需要包含有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的雜波圖；(9)根據(jù)雷達(dá)的工作模式，能夠解速度模糊；(10)能夠?qū)走_(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收；(11)數(shù)據(jù)處理中需進(jìn)行點(diǎn)跡凝聚、航跡起始、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)關(guān)聯(lián)、航跡補(bǔ)點(diǎn)和航跡消亡運(yùn)算；(12)能夠?qū)?shù)據(jù)處理后的數(shù)據(jù)在p顯的同心圓中實(shí)時(shí)畫出目標(biāo)的航跡；(13)能夠通過表格的方式給出當(dāng)圈的存在的目標(biāo)的距離和方位數(shù)據(jù)；(14)能夠?qū)走_(dá)系統(tǒng)中cfar、mti、mtd、回波數(shù)據(jù)、脈壓結(jié)果等進(jìn)行有選擇實(shí)時(shí)顯示。3.系統(tǒng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)：(1)ad轉(zhuǎn)換器需要滿足采樣率大于14mhz，且具有四個(gè)數(shù)據(jù)通道，采樣的分辨率為16位；(2)信號(hào)處理中mti為三脈沖對(duì)消；mtd中的多普勒濾波器由fft來完成，其中fft的點(diǎn)數(shù)范圍為8k～32k；虛警概率要≤10-6；m/n準(zhǔn)則為2/3；(3)在雜波地圖中需要包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種雜波；(4)數(shù)據(jù)處理在一圈中處理的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于1000點(diǎn)；(5)人機(jī)交互界面在進(jìn)行p顯的同時(shí)，可以對(duì)信號(hào)處理中mti、mtd等模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。4.信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接口，軟件化雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與雷達(dá)的多個(gè)分系統(tǒng)有著緊密的連接，這些分系統(tǒng)包含了接收機(jī)、頻綜、監(jiān)控臺(tái)。它們之間的連接關(guān)系如附圖。5.信號(hào)數(shù)據(jù)處理流程，根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)要求，整個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)處理除了終端顯示以外，還包含了數(shù)字正交解調(diào)、脈壓、旁瓣對(duì)消、脈壓、cfar、測(cè)角、點(diǎn)跡凝聚、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理功能。整個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框架圖如附圖。雷達(dá)接收的原始模擬回波通過adc轉(zhuǎn)變以后，成為數(shù)字中頻信號(hào)，數(shù)字中頻信號(hào)需要通過浮點(diǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行正交解調(diào)，通過解調(diào)以后數(shù)據(jù)成為了雙通道的i、q信號(hào)。通過正交解調(diào)以后所獲得的信號(hào)具有i、q通道之間幅度一致性高，正交性好的特點(diǎn)。數(shù)字脈壓部分完成了線性調(diào)頻信號(hào)和二相碼的脈壓操作。首先cpu將ad卡4個(gè)通道采集到數(shù)據(jù)送給gpu，gpu通過兩條輔助支路信號(hào)對(duì)和通道信號(hào)完成旁瓣對(duì)消抑制天線的旁瓣干擾，再通過mti或者是mtd抑制雜波，從而改善信雜比。采用mti+fft實(shí)現(xiàn)的mtd不但可以改善信雜比，還能夠改善信噪比。和支路信號(hào)經(jīng)過對(duì)恒虛警檢測(cè)和非相干積累以后，對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)通過聯(lián)合和通道和差通道進(jìn)行角度求解。最終形成目標(biāo)點(diǎn)跡。然后將目標(biāo)點(diǎn)跡傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊，通過對(duì)目標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)跡凝聚、航跡起始、單目標(biāo)跟蹤和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等算法，最終排除干擾，對(duì)當(dāng)前圈的數(shù)據(jù)和能與前幾圈數(shù)據(jù)形成穩(wěn)定航跡的點(diǎn)傳輸給終端模塊進(jìn)行顯示。6.信號(hào)數(shù)據(jù)處理后端設(shè)計(jì)方案，軟件化雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用商用貨架化的產(chǎn)品，即對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)所有的硬件設(shè)備都可以通過商用產(chǎn)品購(gòu)買的方式來實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，包含了采集、處理、存儲(chǔ)、控制。這樣可以讓整個(gè)系統(tǒng)能夠基于開放式計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭建。本系統(tǒng)最終完成了對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)的量化、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理、進(jìn)行原始回波數(shù)據(jù)的記錄、對(duì)信號(hào)處理，數(shù)據(jù)處理中部分模塊的處理結(jié)果以及最終結(jié)果進(jìn)行終端顯示等功能，為雷達(dá)系統(tǒng)提供了一個(gè)高效的、開放的、可重用的實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)處理機(jī)。7.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)即為adc轉(zhuǎn)換器，其需要完成四路中頻模擬回波信號(hào)的同步采集與轉(zhuǎn)換。根據(jù)雷達(dá)接收機(jī)信號(hào)的指標(biāo)，采集信號(hào)的中頻頻率為10.5mhz，信號(hào)帶寬有2mhz、7mhz。由于信號(hào)是帶通信號(hào)，所以adc的采樣頻率fs必須滿足帶通采樣定律：2fh(m+1)≤fs≤2fl/m(0≤m≤m)(1-1)其中，fh為信號(hào)的最高頻率，fl為信號(hào)的最低頻率，m為不大于fh/b的最高正整數(shù)。根據(jù)信號(hào)特征，fl為7mhz，fh為14mhz，m可以取值小于2的正整數(shù)。由上面系統(tǒng)參數(shù)可知，m取值1，此時(shí)fs為14mhz，因此14mhz作為adc的采樣頻率，同時(shí)如果信號(hào)帶寬為2mhz，根據(jù)帶通采樣定理，采樣頻率也不需要改變。根據(jù)以上的分析，adc系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)和要求如下：(1)4個(gè)采樣通道數(shù)目；(2)14mhz采樣率；(3)最高7mhz的信號(hào)帶寬；(4)adc采集系統(tǒng)的分辨率為16bit；(5)采用pcie2.0*8的傳輸接口。根據(jù)以上的系統(tǒng)要求，以及系統(tǒng)所需要的擴(kuò)展性能，可以選取采用spectrum公司的m4i.4411-x8采集卡，最高采樣率為130mhz，4通道，16bit的分辨率，以pcie2.0x8的接口與計(jì)算機(jī)相連。8.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，信號(hào)處理機(jī)需要對(duì)雷達(dá)接收的回波數(shù)據(jù)經(jīng)過adc采集后的中頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，用以后期對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)行分析和回放。根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)的參數(shù)，雷達(dá)作用距離120km，采樣頻率14mhz，16bit，4個(gè)通道，脈沖重復(fù)頻率1000hz，那么1秒內(nèi)，系統(tǒng)需要記錄2*120e3/3e8*14e6*4*2*1000＝89.5mbytes，如果系統(tǒng)對(duì)回波數(shù)據(jù)連續(xù)記錄10個(gè)小時(shí)，系統(tǒng)存儲(chǔ)量需要3.25tbytes。同時(shí)，整個(gè)記錄系統(tǒng)需要支持的記錄速度是89.5mbytes/s，根據(jù)這些分析，數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的主要指標(biāo)如下：(1)記錄容量：不小于4tbytes(2)記錄速度：不小于89.5mbytes/s根據(jù)這些指標(biāo)，選擇12tbytes的sffsas的磁盤陣列，傳輸速度為12*1024mbytes/s。9.串口422傳輸，雷達(dá)的監(jiān)控分系統(tǒng)監(jiān)控著雷達(dá)的工作狀態(tài)，它會(huì)將雷達(dá)的工作狀態(tài)傳輸給信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，同時(shí)雷達(dá)還需要將其方位碼傳輸給信號(hào)處理模塊，以確定目標(biāo)的方位。在該雷達(dá)系統(tǒng)中，雷達(dá)的控制分系統(tǒng)傳輸雷達(dá)的控制字的串口速率與雷達(dá)方位碼傳輸?shù)乃俾什灰粯?。雷達(dá)的控制字按照115200bps的串口422傳輸速率進(jìn)行傳輸，而雷達(dá)的方位碼按照9600bps的傳輸速率傳輸。根據(jù)以上分析，串口傳輸?shù)闹饕夹g(shù)指標(biāo)和要求如下：(1)2路獨(dú)立的rs422通道；(2)傳輸速率最低需要滿足115.2kbps；(3)傳輸接口為pcie，根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇了moxa的cp-132l串口卡進(jìn)行方位碼和控制字的傳輸，其支持兩個(gè)獨(dú)立的rs-422口，采用pcie的接口，最大傳輸速率為921.6kbps，能夠適用于一對(duì)多點(diǎn)的應(yīng)用環(huán)境。10.系統(tǒng)時(shí)序控制器，根據(jù)雷達(dá)的系統(tǒng)要求，系統(tǒng)時(shí)序控制器需要接收頻綜的時(shí)鐘信號(hào)、脈沖發(fā)射出發(fā)信號(hào)、脈沖變頻起點(diǎn)信號(hào)，同時(shí)接ad卡的采樣時(shí)鐘以及采樣出發(fā)信號(hào)，從而控制ad卡的數(shù)據(jù)采集的全過程。其結(jié)構(gòu)圖如下。系統(tǒng)時(shí)序控制器需要以雷達(dá)的參考時(shí)鐘和脈沖發(fā)射的觸發(fā)信號(hào)為根據(jù)，輸出ad卡的觸發(fā)信號(hào)和采集時(shí)鐘。系統(tǒng)時(shí)序控制模塊需要保證ad卡的觸發(fā)信號(hào)和采集時(shí)鐘能夠同步，兩者的上升沿需要對(duì)齊，因?yàn)槿绻麤]有對(duì)齊，ad采集到的數(shù)據(jù)就會(huì)錯(cuò)開一個(gè)采集點(diǎn)。系統(tǒng)中ad采集時(shí)鐘頻率是14mhz，即時(shí)鐘周期是71ns，兩者之間的同步精度需要控制在35.5ns以內(nèi)，因此時(shí)序控制器的控制精度需要在10ns以內(nèi)。根據(jù)上述分析技術(shù)指標(biāo)和要求如下：(1)輸入系統(tǒng)時(shí)鐘的信號(hào)脈沖為14mhz，信號(hào)是ttl的電平；(2)輸入的發(fā)射脈沖觸發(fā)信號(hào)和變頻起點(diǎn)信號(hào)都是ttl電平；(3)系統(tǒng)需要對(duì)時(shí)間的控制精度達(dá)到10ns以內(nèi)。11.處理系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用cpu+gpu異構(gòu)架構(gòu)的信號(hào)處理系統(tǒng)，此系統(tǒng)具備了雷達(dá)系統(tǒng)所需要的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)計(jì)算能力，可以對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字正交解調(diào)、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理等功能。系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，ad采集卡在等待系統(tǒng)時(shí)序控制器傳輸過來的采集觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)采集出發(fā)信號(hào)到來以后，來自雷達(dá)接收機(jī)的和、方位差、輔助通道1和輔助通道2等四路中頻信號(hào)輸入到信號(hào)處理系統(tǒng)，頻綜的時(shí)鐘信號(hào)到系統(tǒng)時(shí)序控制器，四路模擬信號(hào)由四通道數(shù)據(jù)采集器在cpu的控制下利用系統(tǒng)控制器產(chǎn)生的采樣時(shí)鐘和采樣觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行同步采集，然后由cpu控制將數(shù)據(jù)通過pcie2.0x8總線傳遞給系統(tǒng)內(nèi)存，再由系統(tǒng)內(nèi)存?zhèn)魉椭羐pu進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)處理；同時(shí)雷達(dá)的控制字和方位碼通過串口卡傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)存中，然后傳輸至cpu中進(jìn)行設(shè)置，控制gpu進(jìn)行不同的樣式的雷達(dá)信號(hào)處理，最終系統(tǒng)會(huì)將控制字，方位碼以及數(shù)字化后的雷達(dá)回波的數(shù)據(jù)組合后送至磁盤陣列進(jìn)行存儲(chǔ)。這是信號(hào)處理的過程。對(duì)于數(shù)據(jù)處理和終端顯示，系統(tǒng)將gpu處理完以后的雷達(dá)數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)內(nèi)存?zhèn)鬏斀ocpu，讓cpu對(duì)信號(hào)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后顯示出來。由于整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)處理工作都是由gpu完成的，因此gpu需要選擇性能強(qiáng)的計(jì)算卡。根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)的需求。本系統(tǒng)選用nividiak40的計(jì)算卡，其峰值單精度浮點(diǎn)運(yùn)算能力為4.29tflops，顯存的頻率可達(dá)6ghz。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理交由cpu來完成，又因?yàn)閏pu需要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)采集ad卡，控制gpu進(jìn)行信號(hào)處理、終端顯示、接收串口等操作，其中控制gpu進(jìn)行信號(hào)處理需要一個(gè)單獨(dú)的cpu核心。其中因?yàn)樾枰獙?duì)信號(hào)處理過后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此正常工作頻率不能過低。本系統(tǒng)選用intel的至強(qiáng)e5-2643的cpu芯片，其主頻滿載可以達(dá)到3.456ghz，具有多核多線程的處理性能。在整個(gè)軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，需要插上至少3個(gè)pcie的卡，其中包含一張gpu卡，adc采集卡、串口卡，因?yàn)橄到y(tǒng)所選的e5至強(qiáng)cpu內(nèi)部沒有集成的顯卡，因此還需要一張普通的顯卡，因此選擇的處理機(jī)需要至少包含4個(gè)pcie的插槽。為了保證整個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠滿足雷達(dá)系統(tǒng)所需要的工作環(huán)境要求，系統(tǒng)必須要能夠在確定時(shí)序要求的時(shí)間節(jié)拍以內(nèi)完成仿真所需要的計(jì)算，同時(shí)必須能夠?qū)ν獠康闹袛噙M(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)，并能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行系統(tǒng)中線程之間的切換。對(duì)于一般的window操作系統(tǒng)和普通的linux操作系統(tǒng)而言，進(jìn)行中斷響應(yīng)和切換進(jìn)程需要1ms～10ms左右的時(shí)間，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的信號(hào)處理的要求，因此根據(jù)第四章所敘述的，整個(gè)系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)的redhawk操作系統(tǒng)來滿足雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理的需求。綜上所述，基于cpu+gpu的軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過采用包含cpu和gpu的高性能服務(wù)器，通過cpu完成各種事件的調(diào)度和數(shù)據(jù)處理；通過采用基于linux的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)redhawk，提供對(duì)gpu的實(shí)時(shí)調(diào)度支持，從而實(shí)現(xiàn)基于cpu+gpu的高性能、實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)處理。其主要的技術(shù)指標(biāo)和要求如下：(1)計(jì)算能力不小于3tflops；(2)具備有pcie3.0*16的傳輸接口，持續(xù)傳輸速度不應(yīng)該低于9.5gbyte/s；(3)系統(tǒng)調(diào)度延時(shí)不應(yīng)該大于20us；(4)具有不少于4個(gè)pcie個(gè)接口；(5)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能的軟件化重構(gòu)；(6)存儲(chǔ)速度應(yīng)具備1.5gb/s以上的磁盤陣列；(7)能夠支持gpu實(shí)時(shí)調(diào)度的實(shí)時(shí)linux操作系統(tǒng)。根據(jù)以上這些技術(shù)指標(biāo)，對(duì)整個(gè)信號(hào)處理服務(wù)器，選擇hpproliantdl580gen8，此服務(wù)器包含9個(gè)pci-e插槽，其中包含5根pci-e3.0x16的插槽，完全滿足系統(tǒng)各種板卡的需求。并且由于整個(gè)系統(tǒng)留有多余的插槽，可以放置更多的gpu卡完成更為復(fù)雜的信號(hào)處理任務(wù)。在系統(tǒng)中進(jìn)行信號(hào)處理算法，全部是基于gpu的軟件，因此重構(gòu)信號(hào)處理算法，只需要對(duì)gpu的算法進(jìn)行重構(gòu)編制即可。對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘控制卡是信號(hào)處理系統(tǒng)的整個(gè)時(shí)序控制裝置，而這張卡上對(duì)時(shí)序和觸發(fā)信號(hào)所產(chǎn)生，都是通過fpga產(chǎn)生，因此即使更改雷達(dá)系統(tǒng)或更改雷達(dá)的工作方式，只需要對(duì)時(shí)鐘控制卡上的fpga程序進(jìn)行重構(gòu)，即可產(chǎn)生所需要的時(shí)序控制信號(hào)。總之，整個(gè)系統(tǒng)的可重構(gòu)性都可以通過修改軟件實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于系統(tǒng)的擴(kuò)展性，只需要添加多的gpu卡即可完成。因此系統(tǒng)完全滿足可拓展性的要求。12.應(yīng)用框架由于該雷達(dá)系統(tǒng)中采用基于linux的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并且因?yàn)檐浖走_(dá)的模塊化等特點(diǎn)。該系統(tǒng)采用符合posix標(biāo)準(zhǔn)的posix線程搭建雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用層框架。對(duì)于不同的線程之間的數(shù)據(jù)傳輸，采用在4.1.3節(jié)中所介紹的inteltbb搭建的傳輸隊(duì)列傳輸數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)采用qt圖形界面開發(fā)框架進(jìn)行顯示終端界面的開發(fā)。通過posix線程，可以在應(yīng)用層調(diào)用滿足雷達(dá)開發(fā)需求的中間件，從而使得系統(tǒng)具有很好的拓展性和靈活性，可以快速響應(yīng)不同雷達(dá)系統(tǒng)開發(fā)需求。本申請(qǐng)系統(tǒng)方案測(cè)試結(jié)果如下：雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)需要滿足對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，所以實(shí)現(xiàn)后的cpu+gpu的信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)必須要滿足實(shí)時(shí)性的需求。在整個(gè)流程中，信號(hào)處理在gpu中進(jìn)行。對(duì)于信號(hào)處理，需要滿足雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性的需求，下面我們將會(huì)對(duì)gpu處理的時(shí)間性能進(jìn)行分析。分析雷達(dá)工作工作參數(shù)需要按照雷達(dá)的最高工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中雷達(dá)工作參數(shù)如下：作用距離120km，脈沖重復(fù)頻率1000hz，中頻頻率10.5mhz，采樣頻率為14mhz，16bit，mtd進(jìn)行fft點(diǎn)數(shù)為32個(gè)，即需要積累32個(gè)脈沖做mti后才進(jìn)行mtd運(yùn)算。計(jì)算用的gpu采用k40。在上述條件下，信號(hào)數(shù)據(jù)處理機(jī)種對(duì)信號(hào)處理的部分總共分為兩個(gè)部分，一個(gè)脈沖重復(fù)性的周期處理和積累32個(gè)脈沖后的處理。一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)做的工作包含adc中的數(shù)據(jù)搬移到gpu中、浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化、數(shù)字正交解調(diào)、旁瓣對(duì)消即權(quán)值求解、距離脈壓、三脈沖mti。積累32個(gè)脈沖后的處理包含：mtd、求模、cfar、動(dòng)態(tài)雜波圖解算、求角度。根據(jù)系統(tǒng)工作參數(shù)，系統(tǒng)在一個(gè)脈沖里，一個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)是22.4k，由于位數(shù)為16bit，那么采集的數(shù)據(jù)大小是22.4x2x4＝179.2kbytes，而系統(tǒng)中a/d卡的總線帶寬為3.4gbytes/s，gpu的總線帶寬為9.5gbytes/s，傳輸數(shù)據(jù)需要71.2us。通過nightstar工具測(cè)得在進(jìn)行5000次的一個(gè)脈沖重復(fù)性的周期處理中g(shù)pu完成時(shí)間最大為0.3ms，而系統(tǒng)的重復(fù)周期為1ms，所以整個(gè)操作系統(tǒng)完全滿足性能要求。并且我們可以從圖5-8可以得知，gpu在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中，一直保持著高性能、高并發(fā)的狀態(tài)，可以能夠可靠的用于軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理的信號(hào)數(shù)據(jù)處理中。通過nightstar工具測(cè)得對(duì)進(jìn)行積累32個(gè)脈沖后的處理5000次中g(shù)pu完成時(shí)間最大為0.6ms，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于積累32個(gè)脈沖需要32ms，因此計(jì)算時(shí)間完全滿足系統(tǒng)的需求。并且在實(shí)際處理過程中，基于cpu+gpu的軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)cpu的實(shí)際資源消耗并不高。在進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理過程中，只有在進(jìn)行qt圖形界面的顯示時(shí)需要全部占用cpu的資源，其他處理對(duì)于cpu核的占有率不高，即cpu能輕松完成應(yīng)用程序指定的任務(wù)。本申請(qǐng)通過對(duì)軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理以及并行處理技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了基于cpu+gpu的軟件化雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理機(jī)。采用adc、cpu、gpu等商用貨架化產(chǎn)品、基于開放式計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)搭建雷達(dá)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理的平臺(tái)。完成對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)的量化、信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理，以及對(duì)原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和對(duì)處理結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示，從而提供一個(gè)開放的、可重用的、高性能的實(shí)時(shí)信號(hào)和數(shù)據(jù)處理機(jī)。通過對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)和數(shù)字后端進(jìn)行軟件化定義，使得該型雷達(dá)系統(tǒng)具備軟件化雷達(dá)的特征。信號(hào)數(shù)據(jù)處理機(jī)相比于傳統(tǒng)的信號(hào)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具備開放的計(jì)算機(jī)架構(gòu)、更靈活的可重構(gòu)的特性和更強(qiáng)的處理能力。其主要的特點(diǎn)有：(1)系統(tǒng)硬件采用商用貨架化的產(chǎn)品，因此硬件模塊具備有標(biāo)準(zhǔn)化、易拓展和可重構(gòu)等特點(diǎn)；(2)可以通過對(duì)系統(tǒng)中應(yīng)用層軟件模塊的修改，系統(tǒng)可以進(jìn)行重構(gòu)，從而滿足其他雷達(dá)系統(tǒng)的需求；(3)雷達(dá)系統(tǒng)中的所有處理任務(wù)都是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的；(4)系統(tǒng)具有更強(qiáng)大的并行處理能力，能夠完成常規(guī)雷達(dá)中的多種信號(hào)的處理。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本
技術(shù)領(lǐng)域：
：的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12當(dāng)前第1頁(yè)12