CN109656533A - 一种软硬件解耦合的软件化雷达系统 - Google Patents

一种软硬件解耦合的软件化雷达系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，包括硬件平台模块、操作系统层模块、平台服务层模块及业务应用层模块；硬件平台模块，用于向操作系统层模块和平台服务层模块提供硬件支持；操作系统层模块，用于对硬件平台模块的硬件设备进行配置管理、操作控制及状态监控，实现系统管理，并向平台服务层模块提供操作硬件设备的函数接口及向平台服务层模块提供实现图形图像管理、网络协议及安全管理的应用程序接口；平台服务层模块，用于通过操作系统层模块的函数接口对底层封装的硬件平台模块进行操作，并通过服务接口向上层的业务应用层面模块提供系统级服务；业务应用层模块，用于通过平台服务层模块提供的服务接口实现雷达功能。

Description

一种软硬件解耦合的软件化雷达系统
技术领域
本发明属于军用雷达信号处理通用计算机软件系统架构领域，具体涉及一种软硬件解耦合的软件化雷达系统。
背景技术
雷达技术已经走过了70 多年的发展历程，先后经历了二次世界大战、冷战军备竞赛、新军事革命等不同历史因素的促进并经受了考验，雷达技术的体制、理论、方法、技术和应用都已得到很大的发展。进入新世纪前后的10多年间，雷达系统面临的目标、环境、任务，以及未来战争的发展模式，都发生了深刻的变化，对雷达软硬件系统能否适应未来信息化战争的要求提出了严峻的挑战。
雷达目标的多样化、环境的复杂化和任务的多元化等发展趋势，决定了现有的以软硬件平台紧耦合为特点的传统雷达系统已无法满足未来信息化战争的作战要求。
传统雷达系统的有如下特征：
1.软件与硬件紧耦合：软件运行在DSP及FPGA平台上，软件直接操作硬件寄存器及IO。
2.软件开发除了实现上层应用，还需考虑底层硬件细节，软件工作量大、难度高，研制周期长。
3.硬件改动将牵连软件随之改动，系统升级、维护工作量大，功能扩展难以实现。
此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述传统雷达系统软硬件紧耦合，软件工作量大、难度高，研制周期长，且软件对硬件依赖程度大，系统升级、维护工作量大，功能扩展难以实现的缺陷，提供一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：
一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，包括硬件平台模块、操作系统层模块、平台服务层模块及业务应用层模块；
硬件平台模块，用于向操作系统层模块和平台服务层模块提供硬件支持；
操作系统层模块，用于对硬件平台模块的硬件设备进行配置管理、操作控制及状态监控，实现系统管理，并向平台服务层模块提供操作硬件设备的函数接口及向平台服务层模块提供实现图形图像管理、网络协议及安全管理的应用程序接口；
平台服务层模块，用于通过操作系统层模块的函数接口对底层封装的硬件平台模块进行操作，并通过服务接口向上层的业务应用层面模块提供系统级服务；
业务应用层模块，用于通过平台服务层模块提供的服务接口实现雷达功能。
进一步地，硬件平台模块采用VPX架构的刀片服务器，包括计算刀片、存储刀片、交换刀片、电源及背板。
进一步地，操作系统层模块包括硬件驱动单元、操作系统内核单元、操作系统功能组件单元及语言开发包单元；
硬件驱动单元，用于在系统加电启动后对硬件平台模块的硬件设备进行配置管理、操作控制和状态监控，并向操作系统内核单元提供操作硬件设备的函数接口；
操作系统内核单元，用于通过硬件驱动单元提供的函数接口操作硬件设备，实现系统管理；
操作系统功能组件单元，用于向平台服务层模块提供图形图像管理、网络协议、安全管理和POSIX接口；操作系统层模块通过POSIX接口向平台服务层模块提供系统服务；
语言开发包单元，用于集成语言开发包，向平台服务层模块提供编程语言支持。
进一步地，所述硬件驱动单元包括固件子单元、驱动程序子单元和系统状态监控子单元。
进一步地，所述系统管理包括任务管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理；作业管理包括文件管理、网络管理和虚拟化。
进一步地，所述语言开发包包括C/C++、Java、QT、Glibc、Gdb、Cmake及GCC语言开发包。
进一步地，平台服务层模块包括通信中间件单元、运算函数库单元、集群管理平台单元、集成开发环境单元、数字地图单元、数据库单元及虚拟化管理平台单元；
通信中间件单元，用于实现业务应用层模块的异构接口应用程序与平台服务层模块的高速通信，为业务应用层模块提供通信服务接口；
运算函数库单元，用于实现业务应用层模块异构平台下的矢量信号图形加速处理，为业务应用层模块提供数据处理服务接口和信号处理接口；
集群管理平台单元，用于实现集群管理功能，为业务应用层模块提供集群服务接口；
集成开发环境单元，用于提供集成开发工具为操作系统层模块的编程提供编码、调试及测试一体化平台，为业务应用层模块提供应用开发服务接口；
数字地图单元，用于通过高精度二、三维地图接口提供空间地理信息服务，为业务应用层模块提供空间信息服务接口；
数据库单元，用于采用国产数据库实现大容量和高性能的数据存储，为业务应用层模块提供数据库服务接口；
虚拟化管理平台单元，用于通过虚拟化管理工具实现虚拟化服务，为业务应用层模块提供虚拟化服务接口。
进一步地，所述集成开发工具包括Eclipse和QT；
所述集群管理功能包括并行计算和资源监控；
所述虚拟化管理工具包括PVE、OpenStack、oVirt及Docker虚拟化管理工具。
进一步地，业务应用层模块包括指挥控制单元、情报处理单元、即时通信单元及雷达信号处理单元；
指挥控制单元，用于控制即时通信单元、雷达信号处理单元及情报处理单元的工作；
情报处理单元，用于接收指挥控制单元的指令向上级系统发出雷达警报；
即时通信单元，用于通过平台服务层模块接口进行雷达信号发射和接收，从而实现对目标的探测；
雷达信号处理单元，用于对即时通信单元发射和接收的雷达信号进行处理，获取探测目标的位置信息，并将位置信息发送指挥控制单元；所述位置信息包括距离、方位、速度以及运行轨迹。
进一步地，指挥控制单元控制即时通信单元雷达信号的开启和停止，控制雷达信号的时序，并根据雷达信号处理单元获取的探测目标的位置信息判断是否通过情报处理单元向上级发出雷达警报。
本发明的有益效果在于：
本发明通过以操作系统层、平台服务层为核心的软件化雷达系统，实现了上层雷达应用与底层硬件的解耦合，在满足雷达信号处理功能、性能指标的同时，大幅提升雷达软硬件系统的通用性、功能扩展性和可维护性；
本发明通过以操作系统层、平台服务层为核心的软件化雷达系统，将底层硬件细节进行封装，向上层应用软件提供满足雷达信号处理要求的标准、规范的API函数接口，实现上层应用软件与底层硬件平台的无关性，为软件可重构提供技术支撑。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为系统示意图；
其中，1-硬件平台模块；1.1-计算刀片；1.2-存储刀片；1.3-交换刀片；1.4-电源；1.5-背板；2-操作系统层模块；2.1-硬件驱动单元；2.2-操作系统内核单元；2.3-操作系统功能组件单元；2.4-语言开发包单元；3-平台服务层模块；3.1-通信中间件单元；3.2-运算函数库单元；3.3-集群管理平台单元；3.4-集成开发环境单元；3.5-数字地图单元；3.6-数据库单元；3.7-虚拟化管理平台单元；4-应用层模块；4.1-指挥控制单元；4.2-情报处理单元；4.3-即时通信单元；4.4-雷达信号处理单元。
具体实施方式：
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明提供一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，包括硬件平台模块1、操作系统层模块2、平台服务层模块3及业务应用层模块4；
硬件平台模块1，用于向操作系统层模块2和平台服务层模块3提供硬件支持；
硬件平台模块1采用VPX架构的刀片服务器，包括计算刀片1.1、存储刀片1.2、交换刀片1.3、电源1.4及背板1.5；
操作系统层模块2，用于对硬件平台模块1的硬件设备进行配置管理、操作控制及状态监控，实现系统管理，并向平台服务层模块3提供操作硬件设备的函数接口及向平台服务层模块3提供实现图形图像管理、网络协议及安全管理的应用程序接口；
操作系统层模块2包括硬件驱动单元2.1、操作系统内核单元2.2、操作系统功能组件单元2.3及语言开发包单元2.4；
硬件驱动单元2.1，用于在系统加电启动后对硬件平台模块1的硬件设备进行配置管理、操作控制和状态监控，并向操作系统内核单元2.2提供操作硬件设备的函数接口；所述硬件驱动单元2.1包括固件子单元、驱动程序子单元和系统状态监控子单元；
操作系统内核单元2.2，用于通过硬件驱动单元2.1提供的函数接口操作硬件设备，实现系统管理；所述系统管理包括任务管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理；作业管理包括文件管理、网络管理和虚拟化；
操作系统功能组件单元2.3，用于向平台服务层模块3提供图形图像管理、网络协议、安全管理和POSIX接口；操作系统层模块2通过POSIX接口向平台服务层模块3提供系统服务；
语言开发包单元2.4，用于集成语言开发包，向平台服务层模块3提供编程语言支持；所述语言开发包包括C/C++、Java、QT、Glibc、Gdb、Cmake及GCC语言开发包；
平台服务层模块3，用于通过操作系统层模块2的函数接口对底层封装的硬件平台模块1进行操作，并通过服务接口向上层的业务应用层面模块4提供系统级服务；
平台服务层模块3包括通信中间件单元3.1、运算函数库单元3.2、集群管理平台单元3.3、集成开发环境单元3.4、数字地图单元3.5、数据库单元3.6及虚拟化管理平台单元3.7；
通信中间件单元3.1，用于实现业务应用层模块4的异构接口应用程序与平台服务层模块3的高速通信，为业务应用层模块4提供通信服务接口；
运算函数库单元3.2，用于实现业务应用层模块4异构平台下的矢量信号图形加速处理，为业务应用层模块4提供数据处理服务接口和信号处理接口；
集群管理平台单元3.3，用于实现集群管理功能，为业务应用层模块4提供集群服务接口；所述集群管理功能包括并行计算和资源监控；
集成开发环境单元3.4，用于提供集成开发工具为操作系统层模块2的编程提供编码、调试及测试一体化平台，为业务应用层模块4提供应用开发服务接口；所述集成开发工具包括Eclipse和QT；
数字地图单元3.5，用于通过高精度二、三维地图接口提供空间地理信息服务，为业务应用层模块4提供空间信息服务接口；
数据库单元3.6，用于采用国产数据库实现大容量和高性能的数据存储，为业务应用层模块4提供数据库服务接口；
虚拟化管理平台单元3.7，用于通过虚拟化管理工具实现虚拟化服务，为业务应用层模块4提供虚拟化服务接口；所述虚拟化管理工具包括PVE、OpenStack、oVirt及Docker虚拟化管理工具；
业务应用层模块4，用于通过平台服务层模块3提供的服务接口实现雷达功能；
业务应用层模块4包括指挥控制单元4.1、情报处理单元4.2、即时通信单元4.3及雷达信号处理单元4.4；
指挥控制单元4.1，用于控制即时通信单元4.3、雷达信号处理单元4.4及情报处理单元4.4的工作；
情报处理单元4.2，用于接收指挥控制单元4.1的指令向上级系统发出雷达警报；
即时通信单元4.3，用于通过平台服务层模块3接口进行雷达信号发射和接收，从而实现对目标的探测；
雷达信号处理单元4.4，用于对即时通信单元4.3发射和接收的雷达信号进行处理，获取探测目标的位置信息，并将位置信息发送指挥控制单元4.1；所述位置信息包括距离、方位、速度以及运行轨迹；
指挥控制单元4.1控制即时通信单元4.3雷达信号的开启和停止，控制雷达信号的时序，并根据雷达信号处理单元4.4获取的探测目标的位置信息判断是否通过情报处理单元4.2向上级发出雷达警报。
本发明在传统雷达系统的基础上，进一步强调系统开发的规范性和软件可定义性，系统软硬件平台的通用性和可扩展性，系统任务的灵活性和可升级性；本发明采用了分层解耦设计的思想，即通过设计包含操作系统层模块、平台服务层模块的分层软件架构，使得系统的不同层次的开发具有了较强的独立性，因此可以形成并行研发模式，系统的技术更新、功能和性能扩展的速度将得到大幅度提高，第三方技术的集成也成为可能。
本发明的实施例是说明性的，而非限定性的，上述实施例只是帮助理解本发明，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他的具体实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，其特征在于，包括硬件平台模块（1）、操作系统层模块（2）、平台服务层模块（3）及业务应用层模块（4）；
硬件平台模块（1），用于向操作系统层模块（2）和平台服务层模块（3）提供硬件支持；
操作系统层模块（2），用于对硬件平台模块（1）的硬件设备进行配置管理、操作控制及状态监控，实现系统管理，并向平台服务层模块（3）提供操作硬件设备的函数接口及向平台服务层模块（3）提供实现图形图像管理、网络协议及安全管理的应用程序接口；
平台服务层模块（3），用于通过操作系统层模块（2）的函数接口对底层封装的硬件平台模块（1）进行操作，并通过服务接口向上层的业务应用层面模块（4）提供系统级服务；
业务应用层模块（4），用于通过平台服务层模块（3）提供的服务接口实现雷达功能。
2.如权利要求1所述的一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，其特征在于，硬件平台模块（1）采用VPX架构的刀片服务器，包括计算刀片（1.1）、存储刀片（1.2）、交换刀片（1.3）、电源（1.4）及背板（1.5）。
3.如权利要求1所述的一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，其特征在于，操作系统层模块（2）包括硬件驱动单元（2.1）、操作系统内核单元（2.2）、操作系统功能组件单元（2.3）及语言开发包单元（2.4）；
硬件驱动单元（2.1），用于在系统加电启动后对硬件平台模块（1）的硬件设备进行配置管理、操作控制和状态监控，并向操作系统内核单元（2.2）提供操作硬件设备的函数接口；
操作系统内核单元（2.2），用于通过硬件驱动单元（2.1）提供的函数接口操作硬件设备，实现系统管理；
操作系统功能组件单元（2.3），用于向平台服务层模块（3）提供图形图像管理、网络协议、安全管理和POSIX接口；
语言开发包单元（2.4），用于集成语言开发包，向平台服务层模块（3）提供编程语言支持。
4.如权利要求3所述的一种软硬件解耦合的软交换雷达系统，其特征在于，所述硬件驱动单元（2.1）包括固件子单元、驱动程序子单元和系统状态监控子单元。
5.如权利要求3所述的一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，其特征在于，所述系统管理包括任务管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理；作业管理包括文件管理、网络管理和虚拟化。
6.如权利要求3所述的一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，其特征在于，所述语言开发包包括C/C++、Java、QT、Glibc、Gdb、Cmake及GCC语言开发包。
7.如权利要求1所述的一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，其特征在于，平台服务层模块（3）包括通信中间件单元（3.1）、运算函数库单元（3.2）、集群管理平台单元（3.3）、集成开发环境单元（3.4）、数字地图单元（3.5）、数据库单元（3.6）及虚拟化管理平台单元（3.7）；
通信中间件单元（3.1），用于实现业务应用层模块（4）的异构接口应用程序与平台服务层模块（3）的高速通信，为业务应用层模块（4）提供通信服务接口；
运算函数库单元（3.2），用于实现业务应用层模块（4）异构平台下的矢量信号图形加速处理，为业务应用层模块（4）提供数据处理服务接口和信号处理接口；
集群管理平台单元（3.3），用于实现集群管理功能，为业务应用层模块（4）提供集群服务接口；
集成开发环境单元（3.4），用于提供集成开发工具为操作系统层模块（2）的编程提供编码、调试及测试一体化平台，为业务应用层模块（4）提供应用开发服务接口；
数字地图单元（3.5），用于通过高精度二、三维地图接口提供空间地理信息服务，为业务应用层模块（4）提供空间信息服务接口；
数据库单元（3.6），用于采用国产数据库实现大容量和高性能的数据存储，为业务应用层模块（4）提供数据库服务接口；
虚拟化管理平台单元（3.7），用于通过虚拟化管理工具实现虚拟化服务，为业务应用层模块（4）提供虚拟化服务接口。
8.如权利要求7所述的一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，其特征在于，
所述集成开发工具包括Eclipse和QT；
所述集群管理功能包括并行计算和资源监控；
所述虚拟化管理工具包括PVE、OpenStack、oVirt及Docker虚拟化管理工具。
9.如权利要求1所述的一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，其特征在于，业务应用层模块（4）包括指挥控制单元（4.1）、情报处理单元（4.2）、即时通信单元（4.3）及雷达信号处理单元（4.4）；
指挥控制单元（4.1），用于控制即时通信单元（4.3）、雷达信号处理单元（4.4）及情报处理单元（4.2）的工作；
情报处理单元（4.2），用于接收指挥控制单元（4.1）的指令向上级系统发出雷达警报；
即时通信单元（4.3），用于通过平台服务层模块（3）接口进行雷达信号发射和接收，从而实现对目标的探测；
雷达信号处理单元（4.4），用于对即时通信单元（4.3）发射和接收的雷达信号进行处理，获取探测目标的位置信息，并将位置信息发送指挥控制单元（4.1）。
10.如权利要求9所述的一种软硬件解耦合的软件化雷达系统，其特征在于，指挥控制单元（4.1）控制即时通信单元（4.3）雷达信号的开启和停止，控制雷达信号的时序，并根据雷达信号处理单元（4.4）获取的探测目标的位置信息判断是否通过情报处理单元（4.2）向上级发出雷达警报。
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