CN114280567A - 一种x波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达回波高速处理技术领域，特别涉及一种X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，所述系统包括：部署在雷达上的信号采集模块和部署在处理机的雷达回波并行处理模块；其中，所述信号采集模块，用于采集X波段多脉冲雷达回波信号，根据设定的格式生成数据包并发送至处理机；所述雷达回波并行处理模块，用于接收回波信号的数据包，解析出雷达每个发射周期包含的n个脉冲，通过并行分析处理，得到每个脉冲对应的目标检测结果并显示。本发明增大了雷达操作范围，具有更强的回波数据实时性处理能力，通过将原始回波数据全部发送至处理机进行后续处理，增加了系统的可扩展性。

Description

一种X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统

技术领域

本发明涉及雷达回波高速处理技术领域，特别涉及一种X波段多脉冲雷达回波 高速并行处理系统。

背景技术

海防监测系统是海岸防御的“眼睛”，其主要任务是保卫海岸线、港口及主要海 上航道以防敌方入侵。目前，中远距离海防监测通常以雷达监测为主要手段，雷达多 采用X波段脉冲雷达。由于雷达系统的探测距离与雷达探测信号发射平均功率成正 比，在峰值功率受雷达系统硬件载荷限制的情况下，一般通过增加发射脉冲宽度提升 平均功率。X波段脉冲雷达发射和接收信号通常共用一根天线，因此在发射信号时 无法接收回波信号，导致存在探测盲区。雷达发射的脉冲信号时宽越大则探测盲区就 越大。为了解决雷达探测盲区的问题，目前已有多种脉冲雷达补盲方法被提出及应 用。脉冲雷达补盲方法的核心思想是交替发射多种不同宽度的脉冲信号，分别覆盖不 同探测距离。例如，最常用的宽窄脉冲补盲法交替发射宽窄脉冲，宽脉冲用于探测远 距离目标，窄脉冲用于探测近距离目标。宽窄脉冲的回波信号在时间上是分离的，即 窄脉冲发射后，雷达系统切换到接收状态接收窄脉冲回波信号；宽脉冲发射后，雷达 系统切换到接收状态接收宽脉冲回波信号。随着雷达应用的不断深入，雷达发射脉冲 信号设计越来越精细，脉冲数量越来越多，总脉冲宽度越来越大，对雷达系统回波处 理能力提出了更高的要求，传统的单线程回波处理架构越来越难以满足海量雷达回 波数据的实时性处理需求。

发明内容

针对X波段多脉冲雷达回波数据的实时性处理需求，本发明的目的在于克服现 有技术缺陷，提出了一种X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统。

为了实现上述目的，本发明提出了一种X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，所述系统包括：部署在雷达上的信号采集模块和部署在处理机的雷达回波并行处 理模块；其中，

所述信号采集模块，用于采集X波段多脉冲雷达回波信号，根据设定的格式生 成数据包并发送至处理机；

所述雷达回波并行处理模块，用于接收回波信号的数据包，解析出雷达每个发射周期包含的n个脉冲，通过并行分析处理，得到每个脉冲对应的目标检测结果并显 示。

作为上述系统的一种改进，所述根据设定的格式生成数据包；具体包括：

根据雷达每个发射周期包含n个脉冲，第i个脉冲的采样点数为S_i，1≤i≤n， 将第i个脉冲回波数据分为

个数据包依次发送，其中，符号

表示向上取整， 每个数据包存放P个采样点，

符号

表示向下取整，M表示信号 采集模块DA量化位数为M比特；

每个所述数据包的格式具体包括：

天线角度信息字段，用于存储天线角度信息，占位第1-4字节，数据类型为双精 度浮点型；

存储包编号字段，用于存储数据包编号信息，占位第5字节，取值范围为0-127；

数据区，用于存储采集到的回波信号，占位第6-1401字节，首尾依次相连存储 P个采样点。

作为上述系统的一种改进，所述信号采集模块和处理机间采用千兆网线连接，信号采集模块通过UDP方式将数据包发送至处理机。

作为上述系统的一种改进，所述雷达回波并行处理模块包括：数据接收单元、数据分析单元、n个目标检测单元和图像刷新单元；其中，

所述数据接收单元，用于通过监听指定端口，接收信号采集模块上报的数据包；

所述数据分析单元，用于从数据包中解析出n个脉冲的回波数据并分别放入对 应的分析数组中；

所述n个目标检测单元，用于对n个分析数组中的回波数据进行并行分析，分 别得到对应的目标检测结果；

所述图像刷新单元，用于对目标检测结果进行刷新显示。

作为上述系统的一种改进，所述数据接收单元的处理过程具体包括：

步骤A1)接收数据包，判断该数据包与前一个数据包是否属于同一个雷达信号发射周期，判断为是，将当前数据包以<包编号，包数据>形式插入Map存储表中，并 按照包编号从小到大的顺序对表中数据进行排序，并转至步骤A2)；否则，转至步骤 A3)；

步骤A2)判断Map存储表中数据包个数是否等于

判断为否，转至步骤 A1)；判断为是，将Map存储表中数据拷贝至vMap缓冲队列尾部，清空Map存储 表中的数据并转至步骤A1)；

步骤A3)将Map存储表中数据拷贝至vMap缓冲队列尾部，并清空Map存储表 中的数据，将当前数据包以<包编号，包数据>形式插入Map存储表中，并转至步骤 A1)。

作为上述系统的一种改进，所述步骤A1)的判断该数据包与前一个数据包是否属于同一个雷达信号发射周期；具体包括：

解析当前数据包的第5个字节，得到当前包编号Num_now；

计算上一个数据包的包编号Num_last与Num_now的差值，当Num_last-Num_now>预设 值时，判定当前数据包属于新的雷达信号发射周期；否则判定当前数据包与前一个数 据包属于同一个雷达信号发射周期。

作为上述系统的一种改进，所述数据分析单元的处理过程具体包括：

步骤B1)判断vMap缓冲队列中是否有数据，判断为是，将数据全部拷贝到局部 缓冲队列中，并转至步骤B2)；否则，转至步骤B1)；

步骤B2)判断局部缓冲队列中是否有数据，判断为是，则判断n个Flag_i标志位 的值是否均为0，判断为是，从局部缓冲队列中取出第一条数据进行解析，将第i个 脉冲回波数据存入第i个数组pulse_i中，所述数组pulse_i为32位整形数组，1≤i≤n， 数组长度为S_i，数组中每个元素对应一个雷达回波采样点，将第i个标志位Flag_i的 值置为1，并转至步骤B2)；如果局部缓冲队列中没有数据，转至步骤B1)。

作为上述系统的一种改进，第i个所述目标检测单元的处理过程具体包括：

判断第i个标志位Flag_i的值是否等于1，判断为是，对第i个数组pulse_i中的数 据进行目标检测，每检测到一个目标，按照设定的数据结构将目标保存在vTarget缓 冲队列中，直至全部检测完毕，将Flag_i的值置为0；

所述设定的数据结构包括：

第1-4字节存储目标角度信息，数据类型为32位双精度浮点数，单位为度；

第5-8字节存储目标距离信息，数据类型为32位整形数，单位为米。

作为上述系统的一种改进，所述图像刷新单元的处理过程具体包括：

生成扫描线，设定扫描线以每秒钟6*w度的速度匀速旋转，w为雷达天线每分钟 旋转的圈数；

扫描线每扫过设定的角度将显示界面相应区域内的目标清空，并从vTarget缓冲队列中取出对应角度内检测出的目标数据并显示

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、相较于传统的单线程回波处理架构，本发明具有更强的回波数据实时性处理能力；

2、目前高速雷达处理系统多采用PCIE总线，雷达接收模块需要和处理模块集 成在一起，限制了雷达操作范围，本发明利用千兆网线进行回波数据传输，增大了雷 达操作范围；

3、目前绝大部分采用网线进行数据传输的雷达系统只传输处理后的回波数据给处理机，限制了后端系统的可扩展性，本发明将原始回波数据全部发送至处理机进行 后续处理，增加了系统的可扩展性。

附图说明

图1是本发明的实施例X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统的方法流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，所述系统包括： 部署在雷达上的信号采集模块和部署在处理机的雷达回波并行处理模块；其中，

信号采集模块，用于采集X波段多脉冲雷达回波信号，根据设定的格式生成数 据包并发送至处理机；

雷达回波并行处理模块，用于接收回波信号的数据包，解析出雷达每个发射周期包含的n个脉冲，通过并行分析处理，得到目标检测结果并显示。

信号采集模块采集到X波段多脉冲雷达回波信号后，采用UDP方式将信号发送 给处理机，每个UDP数据包中包含天线角度、包编号和雷达原始回波信息。处理机 首先启动多脉冲雷达回波处理主线程，初始化系统参数及图形库，进行目标显示界面 初始化。然后，启动一个雷达回波数据接收线程、一个数据分析线程、n个目标检测 线程以及一个图像刷新线程。数据接收线程用于监听指定端口接收信号采集模块上 报的回波数据，数据分析线程用于从UDP数据包中解析出每个脉冲的回波数据并放 入对应的分析数组中，n个目标检测线程用于分别对n个脉冲回波进行并行分析得到 目标检测结果，图像刷新线程用于将实时检测到的目标刷新显示在界面上。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例

本发明的实施例提出了一种X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统。所述系 统主要包括信号采集模块、处理机和显示器三部分，信号采集模块和处理机间采用千 兆网线连接，处理机和显示器间采用HDMI接口连接。数据采集模块用于采集X波 段雷达多脉冲回波信号并采用UDP方式按照指定数据格式发送给处理机；处理机用 于实时接收并处理回波信号，进行目标检测并在显示器上展示实时处理结果。

X波段多脉冲雷达回波高速并行处理方法流程如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1)首先定义信号采集模块数据发送格式。信号采集模块采集到X波段多脉 冲雷达回波信号后，采用UDP方式将信号发送给处理机，每个UDP数据包长度为 1401字节。其中，第1-4字节用于存储天线角度信息，数据类型为双精度浮点型； 第5字节用于存储包编号信息，取值范围为0-127；第6-1401字节用于存储采集到 的回波信号。设信号采集模块DA量化位数为M比特，则每个UDP数据包中存放个 P个采样点，

其中符号

表示向下取整。P个采样点采用收尾依次 相连方式进行存储，例如当M＝12时，UDP数据包第6个字节用于存储第1个采样 点的高8位，第7个字节高4位存储第1个采样点低4位，第7个字节低4位存储 第2个采样点高4位，以此类推。本具体实施例以5脉冲雷达为例进行说明，即雷 达每个发射周期包含5个脉冲，设第i个脉冲的采样点数为S_i，则第i个脉冲回波数 据分为

个UDP包发送，其中符号

表示向上取整。

步骤2)启动多脉冲雷达回波处理主线程，初始化系统参数及图形库，进行目标 显示界面初始化；

步骤3)启动雷达回波数据接收线程，线程启动后监听指定UDP端口，接收信 号采集模块上报的回波数据。每收到一个UDP数据包，首先判断该数据包与前一个 数据包是否属于同一个雷达信号发射周期，具体判断方法如下：

解析当前数据包第5个字节数据，得到当前包编号Num_now。计算上一个UDP数 据包的包编号Num_last与Num_now的差值，当Num_last-Num_now>40时，判定当前数据包 属于新的雷达信号发射周期。当Num_last-Num_now≤40时，判定当前数据包与前一个数 据包属于同一个雷达信号发射周期。

如果当前数据包和前一个数据包属于同一个雷达信号发射周期，则将当前数据包以<包编号，包数据>形式插入Map存储表中，并按照包编号从小到大的顺序对表中 数据进行排序。然后，判断Map存储表是否已满。具体判断方法为：计算Map存储 表中数据包个数是否等于

如果等于

则说明当前雷达信号发射周期 中所有脉冲回波数据均已收到。此时，则将Map存储表中数据拷贝至预先定义好的 vMap缓冲队列尾部，清空Map存储表中的数据，并等待接收下一个数据包；如果 Map存储表中数据包个数小于

说明当前雷达信号发射周期内还有部分数据 包没有收到。测试，等待接收下一个数据包。

如果当前数据包属于新的雷达信号发射周期，则将Map存储表中数据拷贝至 vMap缓冲队列尾部，并清空Map存储表中的数据。然后，将当前数据包以<包编号， 包数据>形式插入Map存储表中，并等待接收下一个数据包。

步骤4)雷达每个发射周期包含5个脉冲，为实现多脉冲雷达回波信号高速并行 处理，启动5个目标检测线程，用于并行处理每个脉冲的回波数据，进行目标检测。 第i个目标检测线程启动后，循环判断标志位Flag_i的值是否等于1。如果不等于1， 则继续循环判断标志位Flag_i的值是否等于1；如果等于1，则立即对数组pulse_i中的 数据进行目标检测。其中，pulse_i为整形数组，长度为S_i，数组中每个元素位宽均为 32个比特。每检测到一个目标，就按照以下数据结构将目标保存在vTarget缓冲队列 (vTarget缓冲队列是预先定义好的)中：

第1-4字节存储目标角度信息，数据类型为32位双精度浮点数，单位为度；第 5-8字节存储目标距离信息，数据类型为32位整形数，单位为米。

整个数组中的回波数据全部检测完毕后，将Flag_i的值置为0。然后，循环判断 标志位Flag_i的值是否等于1并重复上述处理流程。

步骤5)启动数据分析线程，线程启动后首先循环判断vMap缓冲队列中是否有 数据。如果无数据则继续循环判断，如果有数据，则将数据全部拷贝到线程局部缓冲 队列中。然后，循环判断局部缓冲队列中是否有数据。如果无数据，则继续循环判断 vMap缓冲队列中是否有数据；如果有数据，则循环判断5个Flag_i标志位的值是否 均为0。当标志位的值均为0时，从线程局部缓冲队列中取出第一条数据进行数据解 析，数据解析具体步骤为：

为了实现数据并行处理，需要从数据包解析每个脉冲的回波数据并分别存入不同的数组中。即将第i个脉冲回波数据存入数组pulse_i。数组pulse_i为32位整形数组， 数组长度为S_i，数组中每个元素对应一个雷达回波采样点。数据解析过程为数据发送 的逆过程，以M比特为单元进行。

数据解析完成后，将所有5个Flag_i标志位的值置为1。

步骤6)启动图像刷新线程，生成扫描线。设雷达天线每分钟旋转12圈，则扫 描线以每秒钟72度的速度匀速旋转。扫描线每扫过5度范围即将界面上该区域内的 目标清空，并从vTarget缓冲队列中取出对应角度内检测出的目标数据，然后将目标 显示在界面上。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖 在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，所述系统包括：部署在雷达上的信号采集模块和部署在处理机的雷达回波并行处理模块；其中，

所述信号采集模块，用于采集X波段多脉冲雷达回波信号，根据设定的格式生成数据包并发送至处理机；

所述雷达回波并行处理模块，用于接收回波信号的数据包，解析出雷达每个发射周期包含的n个脉冲，通过并行分析处理，得到每个脉冲对应的目标检测结果并显示。

2.根据权利要求1所述的X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，其特征在于，所述根据设定的格式生成数据包；具体包括：

根据雷达每个发射周期包含n个脉冲，第i个脉冲的采样点数为S_i，1≤i≤n，将第i个脉冲回波数据分为

个数据包依次发送，其中，符号

表示向上取整，每个数据包存放P个采样点，

符号

表示向下取整，M表示信号采集模块DA量化位数为M比特；

每个所述数据包的格式具体包括：

天线角度信息字段，用于存储天线角度信息，占位第1-4字节，数据类型为双精度浮点型；

存储包编号字段，用于存储数据包编号信息，占位第5字节，取值范围为0-127；

数据区，用于存储采集到的回波信号，占位第6-1401字节，首尾依次相连存储P个采样点。

3.根据权利要求2所述的X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，其特征在于，所述信号采集模块和处理机间采用千兆网线连接，信号采集模块通过UDP方式将数据包发送至处理机。

4.根据权利要求2或3所述的X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，其特征在于，所述雷达回波并行处理模块包括：数据接收单元、数据分析单元、n个目标检测单元和图像刷新单元；其中，

所述数据接收单元，用于通过监听指定端口，接收信号采集模块上报的数据包；

所述数据分析单元，用于从数据包中解析出n个脉冲的回波数据并分别放入对应的分析数组中；

所述n个目标检测单元，用于对n个分析数组中的回波数据进行并行分析，分别得到对应的目标检测结果；

所述图像刷新单元，用于对目标检测结果进行刷新显示。

5.根据权利要求4所述的X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，其特征在于，所述数据接收单元的处理过程具体包括：

步骤A1)接收数据包，判断该数据包与前一个数据包是否属于同一个雷达信号发射周期，判断为是，将当前数据包以<包编号，包数据>形式插入Map存储表中，并按照包编号从小到大的顺序对表中数据进行排序，并转至步骤A2)；否则，转至步骤A3)；

步骤A2)判断Map存储表中数据包个数是否等于

判断为否，转至步骤A1)；判断为是，将Map存储表中数据拷贝至vMap缓冲队列尾部，清空Map存储表中的数据并转至步骤A1)；

步骤A3)将Map存储表中数据拷贝至vMap缓冲队列尾部，并清空Map存储表中的数据，将当前数据包以<包编号，包数据>形式插入Map存储表中，并转至步骤A1)。

6.根据权利要求5所述的X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，其特征在于，所述步骤A1)的判断该数据包与前一个数据包是否属于同一个雷达信号发射周期；具体包括：

解析当前数据包的第5个字节，得到当前包编号Num_now；

计算上一个数据包的包编号Num_last与Num_now的差值，当Num_last-Num_now>预设值时，判定当前数据包属于新的雷达信号发射周期；否则判定当前数据包与前一个数据包属于同一个雷达信号发射周期。

7.根据权利要求6所述的X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，其特征在于，所述数据分析单元的处理过程具体包括：

步骤B1)判断vMap缓冲队列中是否有数据，判断为是，将数据全部拷贝到局部缓冲队列中，并转至步骤B2)；否则，转至步骤B1)；

步骤B2)判断局部缓冲队列中是否有数据，判断为是，则判断n个Flag_i标志位的值是否均为0，判断为是，从局部缓冲队列中取出第一条数据进行解析，将第i个脉冲回波数据存入第i个数组pulse_i中，所述数组pulse_i为32位整形数组，1≤i≤n，数组长度为S_i，数组中每个元素对应一个雷达回波采样点，将第i个标志位Flag_i的值置为1，并转至步骤B2)；如果局部缓冲队列中没有数据，转至步骤B1)。

8.根据权利要求7所述的X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，其特征在于，第i个所述目标检测单元的处理过程具体包括：

判断第i个标志位Flag_i的值是否等于1，判断为是，对第i个数组pulse_i中的数据进行目标检测，每检测到一个目标，按照设定的数据结构将目标保存在vTarget缓冲队列中，直至全部检测完毕，将Flag_i的值置为0；

所述设定的数据结构包括：

第1-4字节存储目标角度信息，数据类型为32位双精度浮点数，单位为度；

第5-8字节存储目标距离信息，数据类型为32位整形数，单位为米。

9.根据权利要求8所述的X波段多脉冲雷达回波高速并行处理系统，其特征在于，所述图像刷新单元的处理过程具体包括：

生成扫描线，设定扫描线以每秒钟6*w度的速度匀速旋转，w为雷达天线每分钟旋转的圈数；

扫描线每扫过设定的角度将显示界面相应区域内的目标清空，并从vTarget缓冲队列中取出对应角度内检测出的目标数据并显示。

Images