CN109856599A - 一种基于dsp与服务器的阵列雷达信号处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统，该系统包括AD采集模块，用于采集雷达回波信号；服务器上位机模块，通过网络通信模块接收AD采集模块的信号，并将信号传输至DSP信号处理模块；PCIE数据传输模块，用于服务器上位机模块和DSP信号处理模块之间的通信与数据传输；DSP信号处理模块，用于对服务器上位机模块传输的数据进行处理；网络通信模块，用于实现服务器上位机模块和AD采集模块的通信与数据传输。本发明的阵列雷达信号处理系统通过网络通信来接收雷达采集数据，可将多路AD采集模块采集的数据上传到服务器进行处理，可用于同时监测不同区域的情况，大大增强了雷达性能和探测范围，较为灵活方便，同时也满足了实时性要求。

Description

一种基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统及方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，特别是一种基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统及方法。

背景技术

雷达是一个集合了当代最先进电子技术的系统，随着雷达技术的快速发展，雷达在功能和性能上都有了极大的扩展和提高，无论在军用还是民用领域都发挥着举足轻重的作用。作为雷达观测的各种目标对象的飞行性能也不断提高，雷达回波信号的组成成份也变得日益多元化。通过对雷达回波信号的加工，消除和降低在复杂的雷达回波信号中干扰、噪声及由这些干扰、噪声引起的不确定性，从而提高目标的分辨率，获取有用的目标信息，已成为提高雷达整体系统性能的关键。

传统的雷达不仅体积较大，内部结构复杂，不利于携带；且内部处理板卡通用性较差，不适合大面积的使用；同时传统雷达上位机的控制传输距离短，数据传输速率低，系统稳定性差，不适用于对指定多个区域进行观测，无法满足当今越来越复杂的应用环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统及方法，在保证数据准确的同时，满足实时性的要求。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统，包括AD采集模块、服务器上位机模块、PCIE数据传输模块、DSP信号处理模块，其中：

所述AD采集模块，用于采集雷达回波信号，并完成模拟信号到数字信号的转换；

所述服务器上位机模块，通过网络通信模块接收AD采集模块的信号，并将信号通过PCIE口传输至DSP信号处理模块内部的DDR3；

所述PCIE数据传输模块，用于实现服务器上位机模块和DSP信号处理模块之间的通信与数据传输；

所述DSP信号处理模块，用于对服务器上位机模块传输的数据进行宽窄脉冲分离处理、数字下变频的处理、数字波束形成处理以及脉冲压缩和动检测处理，并将处理结果返回至服务器上位机模块。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明可以对AD采集信号进行实时处理，并将得到的信息显示在上位机，可视化效果较好；2)本发明的系统具有开发周期短、设计灵活、成本低等优点，在进行外场实验时方便可靠，只需要放置在雷达前端；3)本发明可以对在多个区域进行远程监控，将多个区域信息汇总。

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

附图说明

图1为本发明基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统的结构框图。

图2为本发明中AD采样模块的结构框图。

图3为本发明中上位机网络通信模块的结构框图。

图4为本发明中DSP信号处理模块的结构框图。

具体实施方式

结合图1，本发明基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统，包括AD采集模块、服务器上位机模块、PCIE数据传输模块、DSP信号处理模块；

AD采集模块，用于采集雷达回波信号，并完成模拟信号到数字信号的转换；

服务器上位机模块，通过网络通信模块接收AD采集模块的信号，并将信号通过PCIE口传输至DSP信号处理模块内部的DDR3；

PCIE数据传输模块，用于实现服务器上位机模块和DSP信号处理模块之间的通信与数据传输；

DSP信号处理模块，用于对服务器上位机模块传输的数据进行宽窄脉冲分离处理、数字下变频的处理、数字波束形成处理以及脉冲压缩和动检测处理，并将处理结果返回至服务器上位机模块。

进一步地，AD采集模块包括：

AD芯片，用于采集雷达回波信号；

AD配置模块，根据用户需求选择AD芯片的工作模式；

数据采集模块，通过ISERDES原语对AD芯片采集到的雷达回波信号进行降速处理。

作为一种具体示例，结合图2，AD芯片选用AD9253，具有两个转换通道，每个通道位宽为16bit，最大转换速率为20MSPS，1.8V供电。

AD采集模块工作方式为：

(1)根据AD9253芯片手册的SPI配置说明对相应的寄存器进行赋值，选用位宽为16bit的DDR模式进行采集。

(2)配置完成后，FPGA对采集到的数据进行接收并拼接。AD9253将1路8位数进行拼接，每一路数据的数据率为80MHz。其中串转并(ISERDS)模块将1路转成8路，位宽变为16bit、数据率降为20MHz，最后根据采集顺序拼接。

进一步地，服务器上位机模块包括：

上位机网络通信模块，用于接收AD采集模块通过网络通信模块传输过来的数据；

上位机数据传输模块，用于产生PCIE初始化参数，将上位机网络通信模块接收到的数据传送到DSP信号处理模块，并接收DSP模块信号处理后的数据。

进一步地，上位机网络通信模块包括：

本机IP地址获取模块，用于获取服务器上位机的IP地址；

UDP组播通信模块，用于传输AD采集模块采集的数据；

数据解析模块，将二进制数据解析为相应的十进制雷达回波数据。

作为一种具体示例，结合图3，上位机网络通信模块包括：

本机IP地址获取模块，利用QNetworkInterface类获取服务器上位机的IP地址；

UDP组播通信模块，利用QUdpSocket套接字传输AD采集模块采集的数据；

数据解析模块，将二进制数据解析为相应的十进制雷达回波数据。

进一步地，PCIE数据传输模块包括：

PLX PEX8624PCIe开关，用于控制数据传输的速率和各个车道的开闭；

Xilinx XC3S200AN FPGA，用于控制PLX PEX8624PCIe开关，以及为DSP信号处理模块提供控制信号。

进一步地，DSP信号处理模块包括依次相连的FIR滤波器模块、数字下变频模块、数字波束形成模块、脉冲压缩模块、动目标检测模块，其中，

FIR滤波器模块，用于分离宽窄脉冲；

数字下变频模块，用于产生I/Q正交信号；

数字波束形成模块，用于产生宽窄脉冲左右子波束；

脉冲压缩模块，用于检测目标的距离信息；

动目标检测模块，用于检测目标的速度信息。

作为一种具体示例，结合图4，DSP信号处理模块包括依次相连的FIR滤波器模块、数字下变频模块、数字波束形成模块、脉冲压缩模块、动目标检测模块，其中，

FIR滤波器模块，用于分离宽窄脉冲，并将分离出的宽脉冲与窄脉冲进行截取；

数字下变频模块，用于将宽窄脉冲信号与本振信号进行相乘，随后进行低通滤波和下抽取，产生I/Q正交信号，对I/Q正交信号进行合并形成复信号；

数字波束形成模块，用于将宽窄脉冲复信号乘上左右权值，产生宽窄脉冲左右子波束；

脉冲压缩模块，利用匹配滤波的方法对形成的宽窄左右波束信号进行脉冲压缩，获得目标的距离信息，并对宽窄脉冲进行合并；

动目标检测模块，使用多普勒滤波器组的方法对形成的左波束和右波束信号进行动目标检测，获得目标的速度信息。

DSP信号处理模块工作方式为：

(1)进行PCIE启动加载，PCIe首先在硬件上完成物理层的链路训练，上位机上的操作系统在进行PCIe总线枚举，之后上位机上的存储器与DSP上的存储器进行内存映射。DSP通过存储器的读写API接口函数将解析文件读入存储器，并将程序入口地址1写入BootMagic Address中，DSP便从指定位置开始运行程序。DSP上电后将相关引脚电平存储在DEVSTAT寄存器的Boot mode字段中，DSP选择PCIe boot模式。在此模式下，主机负责配置DSP内存空间，直接将所有代码写到DSP存储空间来实现代码加载过程。完成配置后开始进行上位机和DSP的数据传输。

(2)配置完成后，主控制核通过IPC发送MessageQ消息唤醒其他从核，从核接收到消息后开始对数据进行信号处理，由于发射信号为宽窄脉冲复合信号，首先进行将单阵元信号通过FIR滤波器器进行宽窄脉冲分离，得到宽脉冲与窄脉冲

(3)对宽窄脉冲信号进行数字下变频，对形成的I/Q正交信号进行低通滤波，滤出基带信号，合并为复信号并进行下抽取，得到降速后宽窄脉冲复信号。

(4)对宽窄脉冲复信号乘上左右权值，将多阵元的信号进行求和，形成宽窄脉冲左右子波束

(5)用匹配滤波器分别对宽窄脉冲左右子波束进行脉冲压缩，得到目标距离门信息

(6)对宽窄脉冲左波束与右波束进行合并，并用多普勒滤波器进行MTD处理，得到目标速度信息

(7)将处理后的数据通过PCIE接口传到上位机进行处理并显示。

进一步地，基于上述系统的阵列雷达信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1、通过AD采集模块采集回波信号，并将模拟信号转换为数字信号；

步骤2、将步骤1获得的信号通过网络通信模块传输至服务器上位机模块；

步骤3、服务器上位机模块通过PCIE口将其接收到的信号传输至DSP信号处理模块内部的DDR3；

步骤4、DSP信号处理模块将接收到的信号进行宽窄脉冲分离处理、数字下变频的处理、数字波束形成处理以及脉冲压缩和MTD处理，并将处理后的信号返回至服务器上位机模块。

本发明的阵列雷达信号处理系统通过网络通信来接收雷达采集数据，可将多路AD采集模块采集的数据上传到服务器进行处理，可用于同时监测不同区域的情况，大大增强了雷达性能和探测范围，较为灵活方便，同时也满足了实时性要求。

Claims (8)

1.一种基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统，其特征在于，包括AD采集模块、服务器上位机模块、PCIE数据传输模块、DSP信号处理模块；

所述AD采集模块，用于采集雷达回波信号，并完成模拟信号到数字信号的转换；

所述服务器上位机模块，通过网络通信模块接收AD采集模块的信号，并将信号通过PCIE口传输至DSP信号处理模块内部的DDR3；

所述PCIE数据传输模块，用于实现服务器上位机模块和DSP信号处理模块之间的通信与数据传输；

所述DSP信号处理模块，用于对服务器上位机模块传输的数据进行宽窄脉冲分离处理、数字下变频的处理、数字波束形成处理以及脉冲压缩和动检测处理，并将处理结果返回至服务器上位机模块。

2.根据权利要求1所述的基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统，其特征在于，所述AD采集模块包括：

AD芯片，用于采集雷达回波信号；

AD配置模块，根据用户需求选择AD芯片的工作模式；

数据采集模块，通过ISERDES原语对AD芯片采集到的雷达回波信号进行降速处理。

3.根据权利要求2所述的基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统，其特征在于，所述AD芯片采用AD9253芯片。

4.根据权利要求1所述的基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统，其特征在于，所述服务器上位机模块包括：

上位机网络通信模块，用于接收AD采集模块传输的数据；

上位机数据传输模块，用于产生PCIE初始化参数，将上位机网络通信模块接收到的数据传送到DSP信号处理模块，并接收DSP模块信号处理后的数据。

5.根据权利要求4所述的基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统，其特征在于，所述上位机网络通信模块包括：

本机IP地址获取模块，用于获取服务器上位机的IP地址；

UDP组播通信模块，用于传输AD采集模块采集的数据；

数据解析模块，将二进制数据解析为相应的十进制雷达回波数据。

6.根据权利要求1所述的基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统，其特征在于，所述PCIE数据传输模块包括：

PLX PEX8624 PCIe开关，用于控制数据传输的速率和各个车道的开闭；

Xilinx XC3S200AN FPGA，用于控制PLX PEX8624 PCIe开关，以及为DSP信号处理模块提供控制信号。

7.根据权利要求1所述的基于DSP与服务器的阵列雷达信号处理系统，其特征在于，所述DSP信号处理模块包括依次相连的FIR滤波器模块、数字下变频模块、数字波束形成模块、脉冲压缩模块、动目标检测模块，其中，

FIR滤波器模块，用于分离宽窄脉冲；

数字下变频模块，用于产生I/Q正交信号；

数字波束形成模块，用于产生宽窄脉冲左右子波束；

脉冲压缩模块，用于检测目标的距离信息；

动目标检测模块，用于检测目标的速度信息。

8.基于权利要求1所述系统的阵列雷达信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过AD采集模块采集回波信号，并将模拟信号转换为数字信号；

步骤2、将步骤1获得的信号通过网络通信模块传输至服务器上位机模块；

步骤3、服务器上位机模块通过PCIE口将其接收到的信号传输至DSP信号处理模块内部的DDR3；

步骤4、DSP信号处理模块将接收到的信号进行宽窄脉冲分离处理、数字下变频的处理、数字波束形成处理以及脉冲压缩和MTD处理，并将处理后的信号返回至服务器上位机模块。