CN106707248A

CN106707248A - 一种软件化的雷达信号实时处理系统

Info

Publication number: CN106707248A
Application number: CN201611051104.0A
Authority: CN
Inventors: 刘田
Original assignee: CETC 2 Research Institute
Current assignee: CETC 2 Research Institute; Southwest China Research Institute Electronic Equipment
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2016-11-23
Publication date: 2017-05-24

Abstract

本发明公开了一种软件化的雷达信号实时处理系统，包括采集回放综合板卡和上位机信号处理模块，其中：所述采集回放综合板卡包括发射波形生成模块、回波信号采集模块、收发时序控制模块和光纤链路传输模块；所述上位机信号处理模块实时读取传入上位机内存的数据，并完成对雷达回波信号的实时处理。本发明在上位机上通过软件开发雷达信号处理程序，避开了对硬件直接操作，编程实现容易，大大提高了雷达信号处理开发的效率；本发明将雷达采集数据实时传入上位机进行处理，采用软件集成环境进行开发，不依赖于硬件资源，具有较高的可移植性；本发明有助于后期功能扩展，互联组网多部雷达产品，以形成更高的联合作战能力，具有很好的系统扩展性。

Description

一种软件化的雷达信号实时处理系统

技术领域

本发明涉及雷达信号处理领域，具体涉及一种软件化的雷达信号实时处理系统。

背景技术

近年来，雷达技术已广泛应用于各个行业领域中。传统的雷达系统中的信号处理模块均是采用FPGA结合DSP的处理架构，在硬件上完成雷达信号处理，同时由FPGA产生雷达整机工作控制时序。这样既可以满足雷达系统发射与接收协同，又可以兼顾系统快速响应和实时处理能力，但是硬件需要定制开发专用的信号处理板，硬件开发及逻辑编程实现复杂，定制性较强，这导致雷达系统定制性强、灵活性差、开发难度高。

随着通用计算机处理能力的不断提升，雷达系统正在由传统“硬件定制”的开发模式向“软件重构”的开发模式转变，这也使得“软件化雷达”成为研究热点。但是，目前国内大多数的研究重点更多地还是集中在数字化技术和雷达仿真系统功能验证上，软件化处理也仅仅作为对数据进行事后分析的手段，或者是应用在一些不需要发射的雷达系统和对实时性要求不高的演示验证系统中。因而现有的软件验证雷达难以满足系统实时性处理的要求，这极大限制了其应用范围。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种软件化的雷达信号实时处理系统，目的在于克服传统基于FPGA结合DSP的雷达实时处理架构定制性强、灵活性差、开发难度高的特点，以及现有软件验证雷达难以满足系统实时性处理的要求：雷达接收信号数字化后经光纤链路直接传至上位机中进行软件化处理，FPGA仅负责产生系统工作时序，以简化传统硬件处理架构开发复杂性问题，同时保证系统工作实时性，提高雷达处理算法开发及调试的通用灵活性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种软件化的雷达信号实时处理系统，包括采集回放综合板卡和上位机信号处理模块，其中：所述采集回放综合板卡包括发射波形生成模块、回波信号采集模块、收发时序控制模块和光纤链路传输模块；所述发射波形生成模块用于生成雷达探测目标的照射波形；所述回波信号采集模块用于对接收到的目标回波信号进行数字采集和预处理；所述收发时序控制模块用于产生雷达系统整机工作时序及采集回放综合板卡内收发控制时序信号；所述光纤链路传输模块用于采集回放综合板卡与上位机之间的实时数据传输；所述上位机信号处理模块实时读取传入上位机内存的数据，并完成对雷达回波信号的实时处理。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1)开发效率高。本发明在上位机上通过软件开发雷达信号处理程序，相较于传统基于专用信号处理板的硬件开发模式，避开了对硬件直接操作，编程实现容易，大大提高了雷达信号处理开发的效率。

2)可移植性强。本发明将雷达采集数据实时传入上位机进行处理，采用软件集成环境进行开发，相比硬件开发调试FPGA和DSP程序，不依赖于硬件资源，具有较高的可移植性。

3)可扩展性好。本发明采用软件化的处理架构有助于后期功能扩展，互联组网多部雷达产品，以形成更高的联合作战能力，具有很好的系统扩展性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明的系统架构组成框图。

具体实施方式

一种软件化的雷达信号实时处理系统，如图1所示，包括采集回放综合板卡和上位机信号处理模块，相对于传统的FPGA结合DSP的雷达信号处理架构，其区别在于将信号处理部分移植到上位机软件中进行处理，雷达接收机接收的信号经采集回放综合板卡接收后由光纤链路直接传输至上位机中，再由上位机软件完成雷达信号处理。在该处理架构下，为了保证系统实时性工作，需要保证时序控制实时性、数据传输实时性和数据处理实时性，数据处理实时性由上位机软件处理结合GPU并行加速得以保证，而时序控制实时性和数据传输实时性均由采集回放综合板卡提供，该板卡集波形产生、信号采集、时序控制和光纤传输于一体，由采集回放综合板卡上的FPGA产生雷达工作时序保证时序控制实时性，由采集回放综合板卡上的光纤模块保证数据传输的实时性。

所述的采集回放综合板卡，包含四个功能模块：发射波形生成模块、回波信号采集模块、收发时序控制模块和光纤链路传输模块。

发射波形生成模块用于生成雷达探测目标的照射波形，波形样式、脉宽、调频带宽、重复频率等波形参数，由上位机软件设置下发给采集回放综合板卡，经过参数解析后由FPGA控制DDS芯片或DA芯片输出I、Q两路的信号波形；

回波信号采集模块用于对接收到的目标回波信号进行数字采集和预处理，将接收机下变频后的模拟中频信号进行数字化，并经过数字下变频、DDC和滤波获得I、Q两路数字正交数据；

收发时序控制模块用于产生雷达系统整机工作时序及板内收发控制时序信号，由FPGA产生满足系统不同工作模式下的所有时序；

光纤链路传输模块用于采集回放综合板卡与上位机之间的实时数据传输，上位机通过PCIE接口插有光纤传输板卡，采集回放综合板卡上传的数据经过打包后由光纤传输板卡通过PCIE总线直接写入上位机内存中，保证数据传输速率满足系统要求的数据传输吞吐量。

所述的上位机信号处理模块，是实时读取传入上位机内存的数据，并完成对数据的实时处理。

实时读取传入上位机内存的数据，是从上位机内存中实时取出数据进行数据处理，为防止出现因数据处理速度跟不上数据存储速度导致数据丢失的情况，在上位机上开辟多块内存区用于数据存放，通过乒乓或循环的方式对开辟内存区进行写入和读取访问，保证数据访问的实效性。

数据的实时处理，即在上位机上通过软件化的处理，借助当前比较主流的GPU加速显卡，利用CUDA编程模型，实现对雷达回波信号的实时处理，具体步骤如下：

1)初始化内存和显存空间，并执行数据拷贝工作，将雷达发射参考数据从内存传入到显存；

2)与数据实时乒乓写入对应，从内存中取出一个处理周期的雷达回波采集数据，并将该段数据拷贝到GPU显存中；

3)在GPU上依次执行频域脉冲压缩、MTI、MTD和CFAR处理，其中，频域脉冲压缩和MTD处理算法中会涉及到较多的FFT和IFFT运算，通过借助cufft计算库来获得较高的运算效率，其余计算通过在GPU中开辟并行处理线程来获得处理加速；

4)将计算结果从显存拷贝到内存，提取目标的信息，包括距离、多普勒等，并上报给终端显控进行显示；

5)循环执行步骤2)、3)、4)，直至处理结束；

6)释放所开辟的内存和显存空间。

Claims

1.一种软件化的雷达信号实时处理系统，其特征在于：包括采集回放综合板卡和上位机信号处理模块，其中：

所述采集回放综合板卡包括发射波形生成模块、回波信号采集模块、收发时序控制模块和光纤链路传输模块；所述发射波形生成模块用于生成雷达探测目标的照射波形；所述回波信号采集模块用于对接收到的目标回波信号进行数字采集和预处理；所述收发时序控制模块用于产生雷达系统整机工作时序及采集回放综合板卡内收发控制时序信号；所述光纤链路传输模块用于采集回放综合板卡与上位机之间的实时数据传输；

所述上位机信号处理模块实时读取传入上位机内存的数据，并完成对雷达回波信号的实时处理。

2.根据权利要求1所述的一种软件化的雷达信号实时处理系统，其特征在于：所述发射波形生成模块根据上位机信号处理模块下发的波形参数，经过参数解析后由FPGA控制DDS芯片或DA芯片输出I、Q两路的信号波形作为雷达探测目标的照射波形。

3.根据权利要求2所述的一种软件化的雷达信号实时处理系统，其特征在于：所述波形参数包括波形样式、脉宽、调频带宽和重复频率。

4.根据权利要求1所述的一种软件化的雷达信号实时处理系统，其特征在于：所述回波信号采集模块对接收到的目标回波信号进行数字采集和预处理的方法为：将接收机下变频后的模拟中频信号进行数字化，并经过数字下变频、DDC和滤波获得I、Q两路数字正交数据。

5.根据权利要求1所述的一种软件化的雷达信号实时处理系统，其特征在于：采集回放综合板卡通过光纤链路传输模块上传的数据经过打包后由光纤传输板卡通过PCIE总线写入上位机内存中。

6.根据权利要求1所述的一种软件化的雷达信号实时处理系统，其特征在于：在所述上位机上开辟有多块内存区用于数据存放，通过乒乓或循环的方式对开辟内存区进行数据的写入和读取访问。

7.根据权利要求6所述的一种软件化的雷达信号实时处理系统，其特征在于：所述上位机信号处理模块对雷达回波信号进行实时处理的步骤如下：

1)初始化内存和显存空间，将雷达发射参考数据从内存传入到显存；

3)在GPU上依次执行频域脉冲压缩、MTI、MTD和CFAR处理；

4)将计算结果从显存拷贝到内存，提取目标的信息上报给终端显控进行显示；

5)循环执行步骤2)、3)、4)，直至处理结束；

6)释放所开辟的内存和显存空间。

8.根据权利要求7所述的一种软件化的雷达信号实时处理系统，其特征在于：采用cufft计算库来执行频域脉冲压缩和MTD运算处理。

9.根据权利要求7所述的一种软件化的雷达信号实时处理系统，其特征在于：通过在GPU中开辟并行处理线程来执行MTI和CFAR运算处理。