软件化雷达显控终端的设计与研究

发布时间：2020-03-31 21:35

【摘要】：随着数字化技术飞速发展,以硬件为核心的传统雷达系统开发模式将逐渐被以软件技术为核心、以需求为驱动的开发模式所取代。而显控终端是软件化雷达人机交互重要模块,对软件化雷达的研究和应用具有重要意义。本文首先介绍雷达终端的基本概念、发展历史和研究现状,并设计一款基于CPU和GPU异构平台的软件化雷达显控终端。然后根据软件化雷达基本概念,将其分为四个软件模块:终端应用程序、系统函数库、程序函数库和服务器应用程序。同时对CPU和GPU的结构和计算能力方面进行分析和比较,并介绍CUDA编程模型,包括编译方式和软件体系。接着对终端关键算法进行设计,包括脉冲压缩算法、MTI和MTD算法、CFAR检测算法。通过matlab仿真确定正确性,然后分别基于CPU和GPU实现算法,并对结果进行分析比较。最后是对软件化雷达显控终端进行整体的设计和实现。根据总体设计要求将终端系统分解成四个模块:人机交互模块、通信模块、信号处理模块和信息显示模块,分模块进行设计和实现。基于上述工作,完成了一款运行于PC的软件化雷达显控终端,结合GPU运算能力和高性能算法,能满足终端信号处理、目标显示的实时性、高精度要求。
【图文】：

雷达,雷达终端,电磁能

￣逡逑图１．１雷达简化框图〖３］逡逑从图１．１中可以简单地将雷达的工作流程概括为：雷达通过发射机产生电磁能，该逡逑电磁能通过天线向外辐射，辐射的范围由天线的波束决定。此时如果目标恰好位于此波逡逑束内，并反射了部分的电磁能，则天线会接收此信号并通过收发转换开关传输到接收机逡逑中，并做后续的信号处理、数据处理等。逡逑而终端作为雷达系统中关键部件，承担着人机交互的重要功能。雷达终端显控系统，逡逑作用是将接收到的雷达视频信息通过目标检测、目标跟踪等处理后通过可视化将目标的逡逑方位、距离等重要信息反馈给用户；同时用户还能够通过终端对雷达系统进行特定化的逡逑设置，使雷达能适应当前的环境。逡逑１．３雷达终端的发展历史与研究现状逡逑１．３．１雷达终端的发展历史逡逑在计算机软件技术、微电子技术和标准总线技术持续发展的推动下，雷达显控终端逡逑的发展经历了以下三个阶段：逡逑（１）

存储体系,结构比较

中央处理器（ＣＰＵ）和图形处理器（ＧＰＵ）两者都有着自己的缓存体系以及数字和逡逑逻辑单元，都是通过总线与外界联系。但是ＣＰＵ与ＧＰＵ在架构及处理模式上都与有很逡逑大区别，两者结构示意图如图２．１所示。逡逑Ｈｌ￣邋１邋ｊ邋ｌ７！邋ｉ邋１：邋Ｊ邋ＦＩ邋Ｔ邋Ｉ邋ＩＴ：１Ｔ］邋：；逡逑ＳＢ）邋Ｍ邋１邋１邋Ｍ邋１邋１邋１邋１邋Ｍ邋１邋１邋））逡逑■Ｌｉ邋N邋ｉ」：」．N１Ｉ邋＇Ｉ逡逑ａｔ－１邋ａａｎａｒＥＳＩ邋Ｅ５３逡逑Ｂ邋ｌ邋１邋－１邋１－１邋１邋Ｉ邋Ｊ＾：ｌ邋Ｉ邋ｒＴ＂ＴＴＴ￣１逡逑ｂｌ．」．」Ｌ邋丨」？」—：Ｌ！邋ｊ逡逑Ｂｌ邋１邋１邋１１邋Ｉ邋１邋Ｍ邋；邋Ｍ邋１１邋１邋Ｉ邋：逡逑ＨＩ邋１邋ＹＴＴ＼邋１邋Ｍ邋ＩＩ邋ｒｒｒＴＴｉ逡逑ＥＨＨＨＨ邋00■■■■■逡逑ＧＰＵ逦ＣＰＵ逡逑图２．１邋ＣＰＵ和ＧＰＵ结构比较逡逑从图２．１中可以观察到，ＣＰＵ和ＧＰＵ均有着自己的存储体系（Ｃａｃｈｅ和ＤＲＡＭ部逡逑分，实际存储体系较图示更为复杂）、控制逻辑（Ｃｏｎｔｒｏｌ部分）和运算单元（ＡＬＵ部分）。逡逑但是很明显，，在ＣＰＵ架构中，控制器和寄存器占／大部分面积，与之相对的，ＧＰＵ则逡逑拥有更多的ＡＬＵ邋（Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ邋Ｌｏｇｉｃ邋Ｕｎｉｔ，逻辑运算单元）。从这结构的差异中可以得知，逡逑ＣＰＵ更注重数据高速缓存和流控制，但无法做到真正意义上的数据并行处理；而ＧＰＵ逡逑拥有高度并行结构，适合对密集型数据进行并行处理，在处理图形数据和复杂算法方而逡逑拥有比ＣＰＵ更高的效率。逡逑ＧＰＵ之所以拥有强大的并行计算能力
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957

【参考文献】