基于局域網(wǎng)和圖形處理器的機載雷達實時信號處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達信號處理技術領域，特別涉及一種機載前視雷達實時信號處理方法。
【背景技術】
[0002]機載雷達具有前視高分辨率成像探測能力，可實現(xiàn)對飛行前方地面區(qū)域目標偵察、定位、識別和打擊，能夠有效提高戰(zhàn)機的對地、對海的作戰(zhàn)能力。前視實孔徑雷達方位分辨率與發(fā)射波束寬度及探測距離成反比，方位分辨率隨著波束寬度或作用距離的增加而急劇下降，不能對前視區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高分辨成像；單脈沖前視成像技術，僅適應于干凈背景下的強點目標成像；正側(cè)視合成孔徑雷達和斜前視多普勒波束銳化技術，對前視區(qū)域存在成像盲區(qū)。然而由于前視雷達距離向回波可以視為雷達天線方向圖垂直面和目標距離散射信息的卷積，方位向回波為雷達天線方向圖與目標方位散射信息的卷積，因此可以通過解卷積技術來實現(xiàn)前視雷達方位向的高分辨成像。文獻“Bayesian deconvolut1n forangular super-resolut1n in forward looking scanning radar，，(Sensors, 2015，15(3),pp:6924-6946)中提出了一種基于貝葉斯準則的解卷積方法，有效的提高了前視掃描雷達的方位分辨率。
[0003]在雷達信號實時處理領域中，目前，國內(nèi)外一般的處理手段是采用DSP、FPGA或者其他專用處理器進行并行集群來獲得大的通信帶寬和高的數(shù)據(jù)處理效率，這些方法能夠達到實時處理，但是這些設計方案具有開發(fā)難度高、系統(tǒng)復雜性高、工程量大、靈活性較低等弊端。圖形處理器(GPU)近年來廣泛應用于雷達數(shù)據(jù)的實時處理中，文獻“Parallelprocessing techniques for the processing of synthetic aperture radar data onGPUs”(Signal processing and informat1n technology, 2011, pp: 573-580)中，在GPU 中并行實現(xiàn)了 SAR 中的 BP 成像算法，文獻“Processing of synthetic aperture radar datawith GPGPU”(Signal Processing Systems (SiPS)，2009，pp: 309-314)利用 GPU 并行實現(xiàn)了距離多普勒SAR成像算法，達到了加速處理SAR雷達數(shù)據(jù)的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對機載前視雷達實時成像的問題，提出一種機載前視雷達實時信號處理方法及系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術方案為:基于局域網(wǎng)和圖形處理器的機載雷達實時信號處理方法，包括以下步驟:
[0006]S1:將雷達系統(tǒng)的計算機作為服務器，處理雷達數(shù)據(jù)的計算機作為客戶端，并且服務器與客戶端通過網(wǎng)線電纜連接，組成服務器至客戶端的局域網(wǎng)；
[0007]S2:服務器接收原始雷達數(shù)據(jù)，并對原始雷達數(shù)據(jù)進行第一預處理和重組；
[0008]S3:服務器通過局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸通道，將經(jīng)預處理和數(shù)據(jù)重組的原始雷達數(shù)據(jù)實時傳輸給客戶端計算機；
[0009]S4:在客戶端中并發(fā)地接收雷達數(shù)據(jù)和處理雷達數(shù)據(jù)，然后協(xié)同采用CPU和圖形處理器實現(xiàn)機載前視雷達成像。
[0010]進一步地，步驟SI中所述雷達系統(tǒng)的計算機為具備網(wǎng)卡的計算機，所述處理雷達數(shù)據(jù)的計算機為具備網(wǎng)卡和圖形處理器的計算機。
[0011]進一步地，所述步驟S2中的服務器端計算機對原始雷達數(shù)據(jù)進行第一預處理具體為:將服務器接收到的原始雷達數(shù)據(jù)進行雷達回波數(shù)據(jù)和慣導數(shù)據(jù)分割，并轉(zhuǎn)化雷達回波數(shù)據(jù)和慣導數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式。
[0012]更進一步地，所述步驟S2中的服務器端計算機對原始雷達數(shù)據(jù)進行重組具體為:雷達回波數(shù)據(jù)和慣導數(shù)據(jù)的重組處理。
[0013]進一步地，步驟S3中所述的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸通道具體為:采用套接字接口，建立基于TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸通道。
[0014]進一步地，所述步驟S4中在客戶端中并發(fā)地接收雷達數(shù)據(jù)和處理雷達數(shù)據(jù)在客戶端雷達信號處理進程中實現(xiàn)，在客戶端雷達信號處理進程中創(chuàng)建兩個線程，第一線程用于接收服務器傳輸過來的經(jīng)第一預處理和重組的原始雷達數(shù)據(jù)，第二線程用于處理第一線程接收的原始雷達數(shù)據(jù)，并且第一線程與第二線程之間通過CPU全局內(nèi)存進行通信。
[0015]更進一步地，所述的第一線程與第二線程之間通過CPU全局內(nèi)存進行通信具體為:第一線程將接收的原始雷達數(shù)據(jù)，以循環(huán)入隊列的形式存入CPU全局內(nèi)存中；第二線程以循環(huán)出隊列的形式從CPU全局內(nèi)存中取出原始雷達數(shù)據(jù)。
[0016]更進一步地，步驟S4中所述協(xié)同采用CPU和圖形處理器實現(xiàn)機載前視雷達成像具體包括以下步驟:
[0017]S41:第二線程從CPU全局內(nèi)存中讀取一掃原始雷達數(shù)據(jù)；
[0018]S42:在CPU中對原始雷達數(shù)據(jù)進行第二預處理，所述第二預處理包括:將經(jīng)第一預處理得到的原始雷達數(shù)據(jù)進行雷達回波數(shù)據(jù)和慣導數(shù)據(jù)分割，并轉(zhuǎn)化雷達回波數(shù)據(jù)和慣導數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式；
[0019]S43:將經(jīng)第二預處理得到的雷達回波數(shù)據(jù)和慣導數(shù)據(jù)復制到圖形處理器的全局存儲器中，通過CPU控制成像算法處理流程，在圖形處理器中并行實現(xiàn)雷達回波數(shù)據(jù)的距離向脈沖壓縮、基于慣導數(shù)據(jù)的距離走動矯正和方位向處理，得到圖形處理器的前視雷達成像結果；
[0020]S44:將圖形處理器的前視雷達成像結果復制到CPU中，最后通過CPU控制進行顯不O
[0021]本發(fā)明有益效果:本發(fā)明的基于局域網(wǎng)和圖形處理器的機載雷達實時信號處理方法，通過將雷達系統(tǒng)的計算機作為服務器，處理雷達數(shù)據(jù)的計算機作為客戶端，組成服務器至客戶端的局域網(wǎng)；服務器端計算機接收原始雷達數(shù)據(jù)，并對原始雷達數(shù)據(jù)進行預處理和重組；再在客戶端計算機中并發(fā)的實現(xiàn)接收雷達數(shù)據(jù)和處理雷達數(shù)據(jù)；最后在客戶端計算機中，協(xié)同利用CPU和圖形處理器完成機載前視雷達成像算法實現(xiàn)。充分利用局域網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)傳輸能力和GPU強大的并行處理能力，實現(xiàn)對機載前視雷達的實時成像和顯示，與傳統(tǒng)基于FPGA/DSP的實時成像方法相比，本發(fā)明具有系統(tǒng)復雜度低、開發(fā)難度低、工程量低、靈活度高等特點。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的一種機載前視雷達實時信號處理系統(tǒng)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的一種機載前視雷達實時信號處理方法流程圖。
【具體實施方式】
[0024]為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先對以下術語進行解釋:
[0025]術語1:局域網(wǎng)
[0026]局域網(wǎng)是在某一區(qū)域內(nèi)，將各種計算機、外部設備和數(shù)據(jù)庫等互相連接組成的計算機通信網(wǎng)，可以實現(xiàn)文件傳輸、文件管理、電子郵件、傳真通信等功能。
[0027]術語2:圖形處理器
[0028]圖形處理器(Graphics Processing Unit (GPU))是一種專門用來進行圖像運算工作的微處理器，近年逐漸廣泛應用于醫(yī)學、雷達、石油等領域的通用并行計算。
[0029]術語3:網(wǎng)卡
[0030]網(wǎng)卡就是以太網(wǎng)適配器，是局域網(wǎng)中連接計算機和傳輸介質(zhì)的接口。
[0031]術語4:套接字接口
[0032]套接字接口是指一系列的套接字(Sockets)的接口函數(shù)，套接字是源IP地址、目的IP地址、傳輸層協(xié)議、源端口號、目的端口號的組合，用來區(qū)分來自不同應用程序和網(wǎng)絡連接的通信，實現(xiàn)互聯(lián)電子設備間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟l(fā)服務。
[0033]術語5:TCP/IP
[0034]TCP/IP 即 Transmiss1n control protocol/Internet protocol 的縮寫，是Internet最基本的協(xié)議、Internet國際互聯(lián)網(wǎng)的基礎，由網(wǎng)絡層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成，定義了電子設備如何接入因特網(wǎng)和數(shù)據(jù)如何在互聯(lián)的電子設備之間傳輸?shù)臉藴省?br>[0035]術語6:進程
[0036]進程是進程實體的運行過程，是計算機操作系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位，進程實體則由程序段、相關數(shù)據(jù)段和進程控制塊組成。
[0037]術語7:線程
[0038]線程是進程中的一個執(zhí)行單元，進程是一個應用程序的執(zhí)行過程，一個進程中可以有多個線程獨立的執(zhí)行。
[0039]為了更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面對本發(fā)明做進一步詳細描述。
[0040]本發(fā)明具體實施實例中雷達系統(tǒng)計算機采用的CPU型號為Intel i7_820QM，和網(wǎng)卡型號為Intel (R) I350Gigabit Network Connect1n，客戶端計算機米用CPU型號為 Intel (R)Xeon(R)E5-2690, GPU 型號為英偉達 tesla K40c,網(wǎng)卡型號為 Intel (R)I350Gigabit Network Connect1n,連接雷達系統(tǒng)計算機和客戶端計算機的網(wǎng)線為傳輸速率10Mbps的雙絞線電纜。如圖1所示為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖，具體方法流程如圖2所示，包括如下步驟: