CN108627805B - 一种雷达信号数据采集分析系统及其分析方法 - Google Patents

一种雷达信号数据采集分析系统及其分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于一次雷达信号监控及分析技术领域，具体涉及一种雷达信号数据采集分析系统及其分析方法。本发明的系统至少包括光纤采集器、信号处理服务器、信号处理分析服务器及显示器，从而在具有实时分析信号处理服务器算法流程的同时，兼具指导信号处理服务器参数优化和问题定位的功能。本发明的另一个目的在于提供一种应用上述系统的分析方法，以进一步的提升整个雷达信号处理系统的数据分析的稳定性及可靠性，包括信号处理服务器接收距离和方位数据包，提取最为相邻的四个CPIS的原始I/Q数据、杂波图、滤波、点迹数据保存，信号处理分析服务器处理上述数据，最终反馈分析结果到信号处理服务器。

Description

一种雷达信号数据采集分析系统及其分析方法
技术领域
本发明属于一次雷达信号监控及分析技术领域，具体涉及一种雷达信号数据采集分析系统及其分析方法。
背景技术
随着雷达技术和计算机技术的发展，雷达技术已经由早期人工控制的简单信号处理方式，逐渐发展为由计算机控制的、具有快速反应能力、可自动捕捉、识别、分析、定位和记录的多功能雷达信号自动化处理系统。传统的雷达信号处理系统常采用C模块设计，软件结构复杂。尤其是随着雷达数据量逐渐增大，传统的雷达信号处理系统需要实时处理大量数据，处理过程快而复杂，一旦发生问题转瞬即逝，不能及时就地展开分析，只能任其继续处理，从而无法找到产生问题的深层次原因，给雷达信号处理的优化带来困难。因此，有必要基于现有雷达信号处理服务器基础上，构建一种雷达信号数据监控系统，从而在具有实时分析信号处理服务器算法流程的同时，兼具指导信号处理服务器参数优化和问题定位的功能，以确保整个雷达信号处理系统的数据分析的稳定性及可靠性。
发明内容
本发明的其中一个目的是克服上述现有技术的不足，提供一种雷达信号数据采集分析系统，使其在具有实时分析信号处理服务器算法流程的同时，兼具指导信号处理服务器参数优化和问题定位的功能。本发明的另一个目的在于提供一种应用上述系统的分析方法，以进一步的提升整个雷达信号处理系统的数据分析的稳定性及可靠性。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种雷达信号数据采集分析系统，其特征在于：本系统至少包括光纤采集器、信号处理服务器、信号处理分析服务器及显示器，其中：
所述光纤采集器布置于信号处理服务器PCIE总线卡槽内；光纤采集器接收来自信号预处理器发送的原始回波数据，并存储到光纤采集器的DMA缓存中；光纤采集器的DMA缓存中读取的原始I/Q数据可转化成内部协议送到信号处理服务器处进行处理；
所述信号处理服务器输入端与光纤采集器通过链路口通信连接，信号处理服务器输出端分别与信号处理分析服务器及显示器通过网络双向通信连接；所述信号处理服务器用于监控服务器硬件工作状态，并接收和处理来自光纤采集器的DMA缓存中的原始I/Q数据；处理过程为首先检查I/Q数据完整性，再以网络分发方式进行信号处理及气象处理；信号处理包括对原始I/Q数据进行STC图、干扰处理、脉冲压缩、饱和检测、AMTD、求模、恒虚警、杂波图及滤波处理，气象处理包括对原始I/Q数据中的气象回波数据进行晴空图及气象等级处理，并对经过信号处理后的数据中的过门限点进行点迹处理，最终送出原始视频和点迹数据到显示器处显示；
所述信号处理分析服务器用于接收和下载光纤采集器DMA缓存中的原始I/Q数据以及通过信号处理服务器处理后得到的杂波图、滤波、点迹数据，并将下载的数据通过数据类型判别后送入窄带或宽带通道分析，以实现原始I/Q、脉冲压缩、滤波、SLC/滤波合并、杂波图、CFAR门限分析，并反馈分析结果到信号处理服务器，实现指导信号处理服务器的参数优化和问题定位的目的；
所述显示器用于接收来自信号处理服务器的原始视频和点迹数据，具有点迹显示、航迹显示、视图显示、本地显示、信息显示、干预控制和记录重演功能。
优选的，显示器的显示界面由菜单区域、主显示区域、辅助显示区域、信息显示区域四部分组成。
优选的，光纤采集器采用EP4SGX180芯片。
优选的，所述信号处理服务器的网络单元接收来自显示器处点击主显示区域发送的距离和方位数据包，接收数据后从DMA缓存中按距离和方位把与上述距离和方位数据包最为相邻的四个CPIS的原始I/Q数据、杂波图、滤波、点迹数据保存到指定目录下，接着信号处理服务器发送消息给信号处理分析服务器；信号处理分析服务器的数据下载单元接收上述消息并下载与上述距离和方位数据包最为相邻的四个CPIS的原始I/Q数据、杂波图、滤波、点迹数据，下载数据后通过数据类型来判别原始I/Q数据格式，并根据相应数据格式进入窄带或宽带通道进行原始I/Q数据、脉冲压缩、滤波、SLC/滤波合并、杂波图、CFAR门限分析，最终反馈分析结果到信号处理服务器。
本发明的有益效果在于：
1)、在维持现有雷达信号处理系统原有服务器及原有计算流程的前提下，本发明提供了一种针对现有雷达信号处理系统处理结果准确性判断的并行系统，通过将信号处理分析服务器与现有的信号处理流程并行，需要时通过抓取某个特定数据存储在DMA缓存中，通过信号处理服务器从DMA缓存中读取所抓取的原始I/Q数据，并进行STC图、干扰处理、脉冲压缩、饱和检测、滤波器选择、AMTD、求模、杂波图、恒虚警等处理，并将过门限点送到点迹处理单元进行点迹处理，最终输出原始I/Q数据、脉压结果、滤波结果、CFAR门限等原始视频和点迹数据到显示器显示。通过信号处理服务器的正常信号处理流程所得结果与信号处理分析服务器输出结果的差异性比对，可以检查信号处理流程是否符合设计预期，检查信号处理参数设置是否合理、是否是最优参数，从而实现对信号处理服务器系统的优化和问题定位的功能。
2)、本发明的操作方式，使得用户无需驻足和束手无策于光速运行的传统雷达信号处理系统，进而通过设计独立的并行处理器，实现对传统雷达信号处理系统内数据的准确抓取和独立计算。使用时只需用户通过鼠标点击显示器的主显示区域中的感兴趣区域，系统即可发送该区域的距离和方位数据到信号处理服务器，信号处理服务器接收数据后从DMA缓存中按距离和方位把相邻四个CPIS的原始I/Q数据、杂波图、滤波、点迹等数据保存到指定目录下，保存数据后发送数据缓存就绪消息给信号处理分析服务器。信号处理分析服务器的数据下载单元接收数据缓存就绪消息并下载原始I/Q数据、杂波图、滤波、点迹等数据。数据下载完毕后，通过数据类型判别方式来判别原始I/Q数据类型，并根据数据类型而相应进入窄带或宽带分析通道进行原始I/Q数据、脉压、滤波、SLC/滤波合并、杂波图、CFAR门限等分析。分析的结果或为雷达信号处理系统原有处理结果错误，或为雷达信号处理系统原有处理结果正确但存有差异等等若干状况，该结果被最终反馈至信号处理服务器，从而有利于指导信号处理服务器参数优化，便于程序调试和问题定位。
综上，本发明具备内部构件可移植性好及结构紧凑的优点，通过独立的进行以抓取数据为对象的信号处理分析，从而指导信号处理服务器参数优化，易于定位问题。系统软件界面友好，易于操作，分析结果直观，有效提高算法分析效率；整个系统内部硬件资源充足、运行速度快，性能稳定可靠。
附图说明
图1为本发明的系统示意框图；
图2为本发明的信号处理服务器的数据处理流程框图；
图3为本发明的信号处理分析服务器的数据处理流程框图。
图示各标号与本发明各部件的名称对应关系如下：
10-光纤采集器 20-信号处理服务器
30-信号处理分析服务器 40-显示器
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-3，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
如图1所示，本发明包括一种雷达信号数据采集分析系统和信号数据采集分析方法。
雷达信号数据采集分析系统包括光纤采集器10、信号处理服务器20、显示器40和信号处理分析服务器30。光纤采集器10布置在信号处理服务器20的PCIE总线卡槽内，用于接收雷达原始回波数据。光纤采集器10的输出端与信号处理服务器20的输入端相连。信号处理服务器20与显示器40之间双向通信连接，信号处理服务器20与信号处理分析服务器30之间通过网络双向通信连接。信号分析服务器具有信号处理服务器20算法实时分析功能，实时反馈分析结果到信号处理服务器20，便于程序调试和问题定位；
实际操作时，光纤采集器10包括硬件和驱动两部分。硬件部分采用EP4SGX180芯片，布置在信号处理服务器20的PCIE总线卡槽内，与信号处理服务器20通过链路口通信连接。驱动部分包括硬件驱动和软件驱动。硬件驱动为FPGA，布置在上述硬件上，其采集来自信号预处理器发送的原始回波数据，并存储到DMA缓存中。软件驱动从DMA缓存中读取数据，将读取的数据转化成内部协议送到信号处理服务器20进行处理，从而实现雷达信号数据采集抓取和数据传输的功能。
如图2所示，信号处理服务器20同样包括硬件和软件两部分。信号处理服务器20的硬件由服务器监控板和四网卡高性能计算机集成。服务器监控板主要监控服务器硬件工作状态，输入端与光纤采集卡通过链路口通信连接，输出端与处理器为Intel Xeon E5-2650四网卡高性能工作站通过网络双向通信连接。信号处理服务器20的软件是由系统设置单元、光纤输入单元、网络分发单元、信号处理单元、气象处理单元、数据整合单元、点迹处理单元等组成。系统设置单元主要设置系统需要的配置文件，光纤输入单元接收光纤采集器10送过来的原始I/Q数据，首先检查I/Q数据完整性，再通过网络分发单元分发数据到信号处理单元和气象处理单元。信号处理单元对原始I/Q数据进行脉冲压缩、滤波和恒虚警等处理。气象处理单元对气象回波数据进行晴空图、气象等级处理。信号处理单元和气象处理单元处理完数据后，通过数据整合单元整合数据送到点迹处理单元处理，最终输出原始视频和点迹数据到显示器40显示。信号处理单元对原始I/Q数据进行幅相补偿、求模、逆STC、脉冲压缩、短脉冲补偿、脉冲压缩、恒虚警、点迹处理等算法处理。气象处理单元对气象回波数据进行晴空图输出、原始I/Q输出、脉冲压缩、滤波处理、噪声计算、气象等级估计处理。
如图3所示，显示器40是由四网卡高性能工作站计算机和显示软件组成，其中：显示器40的四网卡高性能工作站计算机输入端与信号处理服务器20输出端通过四根千兆网线双向通信连接。显示软件界面由菜单区域、主显示区域、辅助显示区域、信息显示区域四部分组成，具有点迹显示、航迹显示、视图显示、本地显示、信息显示、干预控制和记录重演功能，软件功能丰富，界面友好，易于操作。
如图3所示，信号处理分析服务器30是由四网卡高性能工作站计算机和信号处理分析软件组成，其中：信号处理分析服务器30的四网卡高性能工作站计算机输入端与信号处理服务器20通过四根千兆网线双向通信连接。信号处理分析软件布置在上述四网卡高性能工作站计算机上，用于接收和下载信号处理服务器20处保存的原始I/Q数据、信号处理后的杂波图、滤波和点迹处理单元的点迹数据，并将下载数据通过数据类型判别单元进入窄带或宽带通道分析，实现了原始I/Q数据、脉冲压缩、滤波、SLC/滤波合并、杂波图、CFAR门限等分析，最终反馈分析结果到信号处理服务器20，指导信号处理服务器20参数优化和问题定位，分析性能稳定可靠。
信号处理分析服务器30输入端与信号处理服务器20通过网线而双向连通。使用时，用户鼠标点击显示器40的主显示区域上怀疑或感兴趣的点迹，系统会自动发送相邻四个CPIS中的距离和方位数据到信号处理服务器20。信号处理服务器20接收数据后保存原始I/Q数据、滤波、杂波图、自适应门限、点迹等数据到目录下，同时发送消息到信号处理分析服务器30。信号处理分析服务器30消息接收单元会接收信号处理服务器20发送的消息并发送信号到数据下载单元下载数据，同时将下载数据通过数据类型判别后送入窄带通道或宽带通道分析，以实现原始I/Q、脉冲压缩、滤波、SLC/滤波合并、杂波图、CFAR门限等算法分析，最终反馈分析结果到信号处理服务器20，指导信号处理服务器20参数优化和问题分析。
综上所述，本发明基于现有信号处理系统的基础上，增设和开发了信号处理分析服务流程，此时信号处理分析服务器30与信号处理服务器20中的算法处理流程完全一致。使用时，用户通过信号处理分析服务器30来不断对所感兴趣或者说是怀疑的某组数据进行单独抓取和独立分析，依靠信号处理分析服务器30与信号处理服务器20中的算法处理流程完全一致的特点，从而实现并行计算目的，最后依靠上述两者计算结果是否一致来实现对原始主系统的判断分析。由于信号处理分析服务器30的加入，实现了实时分析信号处理服务器20的算法流程的功能，显然便于指导信号处理服务器20的参数优化和问题定位。

Claims (4)

1.一种雷达信号数据采集分析系统，其特征在于：本系统至少包括光纤采集器(10)、信号处理服务器(20)、信号处理分析服务器(30)及显示器(40)，其中：
所述光纤采集器(10)布置于信号处理服务器(20)PCIE总线卡槽内；光纤采集器(10)接收来自信号预处理器发送的原始回波数据，并存储到光纤采集器(10)的DMA缓存中；光纤采集器(10)的DMA缓存中读取的原始I/Q数据可转化成内部协议送到信号处理服务器(20)处进行处理；
所述信号处理服务器(20)输入端与光纤采集器(10)通过链路口通信连接，信号处理服务器(20)输出端分别与信号处理分析服务器(30)及显示器(40)通过网络双向通信连接；所述信号处理服务器(20)用于监控服务器硬件工作状态，并接收和处理来自光纤采集器(10)的DMA缓存中的原始I/Q数据；处理过程为首先检查I/Q数据完整性，再以网络分发方式进行信号处理及气象处理；信号处理包括对原始I/Q数据进行STC图、干扰处理、脉冲压缩、饱和检测、AMTD、求模、恒虚警、杂波图及滤波处理，气象处理包括对原始I/Q数据中的气象回波数据进行晴空图及气象等级处理，并对经过信号处理后的数据中的过门限点进行点迹处理，最终送出原始视频和点迹数据到显示器(40)处显示；
所述信号处理分析服务器(30)用于接收和下载光纤采集器(10)DMA缓存中的原始I/Q数据以及通过信号处理服务器(20)处理后得到的杂波图、滤波、点迹数据，并将下载的数据通过数据类型判别后送入窄带或宽带通道分析，以实现原始I/Q、脉冲压缩、滤波、SLC/滤波合并、杂波图、CFAR门限分析，并反馈分析结果到信号处理服务器(20)，实现指导信号处理服务器(20)的参数优化和问题定位的目的；
所述显示器(40)用于接收来自信号处理服务器(20)的原始视频和点迹数据，具有点迹显示、航迹显示、视图显示、本地显示、信息显示、干预控制和记录重演功能。
2.根据权利要求1所述的一种雷达信号数据采集分析系统，其特征在于：显示器(40)的显示界面由菜单区域、主显示区域、辅助显示区域、信息显示区域四部分组成。
3.根据权利要求1所述的一种雷达信号数据采集分析系统，其特征在于：光纤采集器(10)采用EP4SGX180芯片。
4.一种应用如权利要求1所述的雷达信号数据采集分析系统的分析方法，其特征在于：所述信号处理服务器(20)的网络单元接收来自显示器(40)处点击主显示区域发送的距离和方位数据包，接收数据后从DMA缓存中按距离和方位把与上述距离和方位数据包最为相邻的四个CPIS的原始I/Q数据、杂波图、滤波、点迹数据保存到指定目录下，接着信号处理服务器(20)发送消息给信号处理分析服务器(30)；信号处理分析服务器(30)的数据下载单元接收上述消息并下载与上述距离和方位数据包最为相邻的四个CPIS的原始I/Q数据、杂波图、滤波、点迹数据，下载数据后通过数据类型来判别原始I/Q数据格式，并根据相应数据格式进入窄带或宽带通道进行原始I/Q数据、脉冲压缩、滤波、SLC/滤波合并、杂波图、CFAR门限分析，最终反馈分析结果到信号处理服务器(20)。
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