CN110703240A - 一种基于fpga的雷达区域点迹密度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于FPGA的雷达区域点迹密度计算方法,包括:建立点迹存储单元、点迹数计算单元和点迹密度状态输出单元。采用FPGA内部存储资源,可实时统计出每个距离单元前128*128(距离单元数*雷达触发数)内雷达检测后点迹数,并通过门限设置判断所处区域的点迹密度情况。点迹存储单元完成历史检测后点迹数据的存储功能,将当前触发前128个触发的点迹数据存储下来,用于点迹数计算。点迹数计算单元主要功能是通过历史检测后点迹和当前点迹,实时计算出当前128*128区域内的点迹数。点迹密度状态输出单元主要功能是通过点迹密度门限和当前的点迹数计算结果,判断目标所处区域的点迹密度状态,并输出点迹密度图。
Description
技术领域
本发明属于雷达数据处理技术领域,具体涉及一种基于FPGA的雷达区域点迹密度计算方法。
背景技术
为满足雷达数据精细化处理的要求,需要反馈环境感知信息给数据处理模块,用于提升处理性能。目标周边的点迹密度情况是环境感知的其中一项内容,在点迹密集区和非密集区采用不同数据处理策略可有效改善目标的航迹起始和跟踪性能。
传统的点迹密度计算方法采用软件实现的思路,对所需计算区域内的所有历史点迹数进行累加。该方法计算量大,输出延迟大,无法保证后续航迹处理的实时性要求。因此如何提高点迹密度计算的实时性,成为迫切需求。
发明内容
发明目的:本发明旨在提供一种能够实时计算雷达区域点迹密度的方法,该方法采用硬件电路的设计思路实现软件算法,充分利用FPGA的并行计算能力,具有高实时性、响应快、无延迟的特点。
技术方案:本发明采用如下技术方案:
一种基于FPGA的雷达点迹密度计算方法,包括:
建立点迹存储单元、点迹数计算单元和点迹密度状态输出单元;
所述点迹存储单元接收雷达信号处理分系统处理后的检测后点迹信息,并将从FPGA内部存储器中读取的历史点迹信息发送给点迹数计算单元;
所述点迹数计算单元结合历史点迹信息和当前检测后点迹信息完成点迹数计算并将计算结果发送至点迹密度状态输出单元;
所述点迹密度状态输出单元将点迹数计算结果与点迹密度门限进行比较并输出点迹密度图。
所述点迹存储单元包括历史点迹存储器、第一存储器控制模块和点迹数据刷新模块;
所述历史点迹存储器存储的数据为当前触发之前128个触发的检测后点迹数据;
所述第一存储器控制模块读取历史点迹存储器中的当前触发之前128个触发的检测后点迹数据,并将数据发送给点迹数计算单元用于后续计算;
所述点迹数据刷新模块接收第一存储器控制模块读出的历史检测点迹数据和雷达信号处理检测模块输出的当前检测后点迹数据(雷达信号处理检测模块是现有雷达系统中的一个外部模块,本发明从该模块中接收数据),输出的当前检测后点迹数据为1或0,1代表存在检测点迹,0代表不存在检测点迹;点迹数据刷新模块通过移位的方式移出最旧数据,移入最新数据,形成新的需要存入历史点迹存储器的数据,并发送给第一存储器控制模块,同时将历史点迹信息发送到点迹数计算单元,用于后续点迹计算;
所述第一存储器控制模块接收点迹数据刷新模块送入新的当前距离单元检测后点迹数据,写入对应地址中,为下1个触发提供历史数据;
所述历史点迹存储器采用FPGA内部双口RAM,大小为128kB,存储器数据位宽设置为128位,每1位代表1个触发的检测后点迹数据;地址位宽设置为13位,共有8192个地址,采用距离单元作为存储器地址。
所述点迹数计算单元包括点迹数计算结果存储器、第二存储器控制模块和点迹数计算模块;
所述点迹数计算结果存储器中存储的数据为前128个触发当前距离单元检测后点迹数求和,即每个距离单元前128个触发存在检测后点迹的总数;
所述第二存储器控制模块在新的检测后点迹数据输入时,读取点迹数计算结果存储器当前距离单元的数据Sn及前128个距离单元存储器中数据Sn-128用于后续计算;
所述点迹数计算模块接收第二存储器控制模块送入的数据Sn和Sn-128,通过公式Snn=Sn+Dnn-Dn127,由当前距离单元点迹数计算结果存储器中数据Sn减去由点迹存储单元送入的前128个距离单元的历史点迹信息Dn127,加上新的检测后点迹数据Dnn,计算出新的当前距离单元需要写入第二存储器控制模块的数据Snn,并发送给第二存储器控制模块;
所述点迹数计算模块通过公式Tn=Tn-1+Snn-Sn-128,计算出当前距离单元前128*128个单元内存在的检测后点迹数量Tn,其中Tn-1为当前触发上1个距离单元的计算结果,并将计算结果输出到点迹密度状态输出单元;
所述第二存储器控制模块接收点迹数计算模块送入新的当前距离单元需要写入存储器数据Snn,写入对应地址中,为下1个触发提供计算数据。
Snn为新的当前距离单元需要写入第二存储器控制模块的数据;Dnn表示新的检测后点迹数据。
所述点迹数计算结果存储器采用FPGA内部双口RAM实现,存储器大小为8kB,存储器数据位宽设置为8位,地址位宽设置为13位,共有8192个地址,采用距离单元作为存储器地址。
所述点迹密度状态输出单元包括点迹密度分级寄存器和点迹密度状态比较模块;
所述点迹密度分级寄存器用于设置点迹密度的分级门限;
所述点迹密度状态比较模块用于将128*128区域内的检测后点迹数量Tn与点迹密度分级寄存器所划分的点迹密度的分级门限进行比较,确定当前点迹所处的点迹密度等级,并输出点迹密度图。
有益效果:本发明公开了一种基于FPGA的雷达点迹密度计算方法,其实现目标所处点迹密度环境的实时计算,并输出点迹密度图。本发明具有高实时性、响应快、无延迟、充分利用硬件资源实现软件算法的特点,可在雷达当前距离单元内实时输出计算结果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明,本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明公开的一种基于FPGA的雷达点迹密度计算方法组成图;
图2是点迹存储单元的原理框图;
图3是点迹数计算单元的原理框图;
图4是点迹密度状态输出单元的原理框图。
具体实施方式
本发明主要是用于实时计算出雷达当前距离单元前128*128(距离单元数*雷达触发数)内共16384个单元内检测后点迹的数量,并通过门限设置判断该区域的点迹密度情况。前端输入的检测后点迹为1bit的数据,1代表存在检测后点迹,0代表不存在检测后点迹。如果每个距离单元都采用将16384个数据累加的方式,访问存储器和计算所消耗的资源消耗较大,并且无法保证计算的实效性。
如图1所示,为本发明公开的一种基于FPGA的雷达点迹密度计算方法的组成框图,包括点迹存储单元100、点迹数计算单元200、点迹密度状态输出单元300。
点迹存储单元100接收雷达信号处理分系统处理后的检测后点迹信息,并将历史点迹信息发送给点迹数计算单元200;点迹数计算单元200结合历史点迹信息和当前检测后点迹信息完成点迹数计算并将计算结果发送至点迹密度状态输出单元300;点迹密度状态输出单元300将点迹数计算结果与点迹密度门限进行比较并输出点迹密度图。
如图2所示,为点迹存储单元100的原理框图,包括历史点迹存储器110、第一存储器控制模块120、点迹数据刷新模块130。
历史点迹存储器110采用FPGA内部双口RAM实现,存储器大小为128kB(8k*16B),存储器数据位宽设置为128位,存储的数据为当前触发之前128个触发的检测后点迹数据,每1位代表1个触发的数据;地址位宽设置为13位,共有8192个地址,采用距离单元作为存储器地址。
第一存储器控制模块120通过对历史点迹存储器110的控制,读取当前距离单元前128个触发的检测后点迹数据,并将数据发送给点迹数计算单元200用于后续计算;接收点迹数据刷新模块130送入新的当前距离单元检测后点迹数据,写入对应地址中,为下1个触发提供历史数据。
点迹数据刷新模块130接收第一存储器控制模块120读出的历史检测点迹数据和前端送入的当前检测后点迹数据,通过移位的方式移出最旧数据,移入最新数据,形成新的需要存入历史点迹存储器110的数据,并发送给第一存储器控制模块120。并将历史点迹信息发送到点迹数计算单元200,用于后续点迹计算。
如图3所示,为点迹数计算单元200的原理框图,包括点迹数计算结果存储器210、第二存储器控制模块220、点迹数计算模块230。
点迹数计算结果存储器210采用FPGA内部双口RAM实现,存储器大小为8kB(8k*1B),存储器数据位宽设置为8位,存储的数据为前128个触发当前距离单元检测后点迹数求和,即每个距离单元前128个触发存在多少个检测后点迹。地址位宽设置为13位,共有8192个地址,采用距离单元作为存储器地址。
第二存储器控制模块220通过对点迹数计算结果存储器210的控制,在新的检测后点迹数据输入时,读取点迹数计算结果存储器210当前距离单元的数据Sn及前128个距离单元存储器中数据Sn-128用于后续计算;接收点迹数计算模块230送入新的当前距离单元需要写入存储器数据Sn新,写入对应地址中,为下1个触发提供计算数据。
点迹数计算模块230接收第二存储器控制模块220送入的Sn和Sn-128。通过公式Sn新=Sn+Dn新-Dn127,由当前距离单元点迹数计算结果存储器210中数据Sn减去由点迹存储单元100送入的前128个距离单元的历史点迹信息Dn127,加上新的检测后点迹数据Dn新,计算出新的当前距离单元需要写入第二存储器控制模块220的数据Sn新,并发送给第二存储器控制模块220和后续计算点迹数的单元。
通过公式Tn=Tn-1+Sn新-Sn-128,计算出当前距离单元前128*128(距离单元数*雷达触发数)个单元内存在的检测后点迹数量Tn。其中Tn-1为当前触发上1个距离单元的计算结果。并将计算结果输出到点迹密度状态输出单元300。
如图4所示,为点迹密度状态输出单元300的原理框图,包括点迹密度分级寄存器310、点迹密度状态比较模块320。
点迹密度分级寄存器310预存了点迹密度的分级门限。可划分成3个等级:点迹密度数计算结果在0-4096范围内为低点迹密度区;计算结果在4096-12287范围内为中点迹密度区、计算结果在12288-16384为高点迹密度区。。
点迹密度状态比较模块320是将128*128(距离单元数*雷达触发数)区域内的检测后点迹数量Tn与点迹密度分级寄存器所划分的点迹密度等级进行比较,确定当前点迹所处的点迹密度等级,并输出点迹密度分级统计结果。如:区域内点迹计算结果为8000点,则该点处于中点迹密度区。后续航迹处理根据当前点迹所处的点迹密度分级统计结果调整航迹起批及跟踪处理的策略,提升整机性能。
本发明提供了一种基于FPGA的雷达区域点迹密度计算方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种基于FPGA的雷达区域点迹密度计算方法,其特征在于,包括:
建立点迹存储单元、点迹数计算单元和点迹密度状态输出单元;
所述点迹存储单元接收雷达信号处理分系统处理后的检测后点迹信息,并将从FPGA内部存储器中读取的历史点迹信息发送给点迹数计算单元;
所述点迹数计算单元结合历史点迹信息和当前检测后点迹信息完成点迹数计算并将计算结果发送至点迹密度状态输出单元;
所述点迹密度状态输出单元将点迹数计算结果与点迹密度门限进行比较并输出点迹密度图。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述点迹存储单元包括历史点迹存储器、第一存储器控制模块和点迹数据刷新模块;
所述历史点迹存储器存储的数据为当前触发之前128个触发的检测后点迹数据;
所述第一存储器控制模块读取历史点迹存储器中的当前触发之前128个触发的检测后点迹数据,并将数据发送给点迹数计算单元用于后续计算;
所述点迹数据刷新模块接收第一存储器控制模块读出的历史检测点迹数据和雷达信号处理检测模块输出的当前检测后点迹数据,输出的当前检测后点迹数据为1或0,1代表存在检测点迹,0代表不存在检测点迹;点迹数据刷新模块通过移位的方式移出最旧数据,移入最新数据,形成新的需要存入历史点迹存储器的数据,并发送给第一存储器控制模块,同时将历史点迹信息发送到点迹数计算单元,用于后续点迹计算;
所述第一存储器控制模块接收点迹数据刷新模块送入新的当前距离单元检测后点迹数据,写入对应地址中,为下1个触发提供历史数据。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述历史点迹存储器采用FPGA内部双口RAM,大小为128kB,存储器数据位宽设置为128位,每1位代表1个触发的检测后点迹数据;地址位宽设置为13位,共有8192个地址,采用距离单元作为存储器地址。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述点迹数计算单元包括点迹数计算结果存储器、第二存储器控制模块和点迹数计算模块;
所述点迹数计算结果存储器中存储的数据为前128个触发当前距离单元检测后点迹数求和,即每个距离单元前128个触发存在检测后点迹的总数;
所述第二存储器控制模块在新的检测后点迹数据输入时,读取点迹数计算结果存储器当前距离单元的数据Sn及前128个距离单元存储器中数据Sn-128用于后续计算;
所述点迹数计算模块接收第二存储器控制模块送入的数据Sn和Sn-128,通过公式Snn=Sn+Dnn-Dn127,由当前距离单元点迹数计算结果存储器中数据Sn减去由点迹存储单元送入的前128个距离单元的历史点迹信息Dn127,加上新的检测后点迹数据Dnn,计算出新的当前距离单元需要写入第二存储器控制模块的数据Snn,并发送给第二存储器控制模块;
所述点迹数计算模块通过公式Tn=Tn-1+Snn-Sn-128,计算出当前距离单元前128*128个单元内存在的检测后点迹数量Tn,其中Tn-1为当前触发上1个距离单元的计算结果,并将计算结果输出到点迹密度状态输出单元;
所述第二存储器控制模块接收点迹数计算模块送入新的当前距离单元需要写入存储器数据Snn,写入对应地址中,为下1个触发提供计算数据。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述点迹数计算结果存储器采用FPGA内部双口RAM实现,存储器大小为8kB,存储器数据位宽设置为8位,地址位宽设置为13位,共有8192个地址,采用距离单元作为存储器地址。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述点迹密度状态输出单元包括点迹密度分级寄存器和点迹密度状态比较模块;
所述点迹密度分级寄存器用于设置点迹密度的分级门限;
所述点迹密度状态比较模块用于将128*128区域内的检测后点迹数量Tn与点迹密度分级寄存器所划分的点迹密度的分级门限进行比较,确定当前点迹所处的点迹密度等级,并输出点迹密度图。
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