基于通用处理器的雷达信号处理算法设计与实现

发布时间：2020-07-18 19:24

【摘要】：传统雷达信号处理系统是基于DSP或FPGA等硬件处理器实现,其缺点在于软件和硬件耦合度高,由此出现系统兼容性和通用性差等问题,造成了装备的改造和升级换代困难。以此为背景,基于通用处理器的软件化雷达信号处理架构逐渐取代了传统面向硬件的雷达架构,软件化雷达成为新的发展方向。同时,考虑到如今复杂的电磁环境,为提高雷达抗干扰性能,干扰侦察已经成为现代雷达中必不可少的一部分。基于以上两点,本文完成了基于通用处理器的软件化雷达信号处理的设计和实现,并提出了一种新的适用于机械扫描雷达的有源干扰侦察方法,该方法在某型号雷达上得到了有效验证。首先,本文根据某雷达系统的设计需求提出了雷达系统的功能和组成结构,该雷达系统主要由AD采样及定时控制接口板、千/万兆交换板、基于通用处理器的信号处理板和显示控制板等硬件搭建,实现了定时控制、目标检测、抗干扰、数据处理、数据存储、接口通信等功能以及根据该雷达特点而研发的干扰侦察和杂波轮廓图等功能。其次,本文重点阐述了信号处理算法的设计与实现,其设计思路综合考虑了系统平台自身特点和算法要求,大大提高了雷达系统整体的工作效率和性能。同时,这些算法的实现也充分说明了通用处理器平台的特点和优势。再次,本文结合科研项目研究了有源干扰侦察方法,提出了一种新的适用于机械扫描雷达的有源干扰侦察方法。该方法克服了传统干扰侦察方法的缺点,提高了雷达侦察有源干扰的准确性和可靠性,具有广泛的应用价值。最后,本文详细介绍了该雷达信号处理系统的设计方案与具体实现过程,包括雷达系统硬件搭建、各功能单元的任务分配和调度方案,以及并行处理在通用处理器平台上的具体实现方案。同时,针对工程实践过程中遇到的关键性技术问题给出了相应的解决思路,这些工程经验具有良好的可操作性以及借鉴意义。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.51
【图文】：

雷达系统,硬件组成

处理低波束板、融合板、千/万兆交换板、数据录取处理板、显示控制板和终端接口控制板和干扰侦察板组成，如图 2.3 所示。其中终端接口控制板还在开发当中。图2.3 雷达系统硬件组成整个雷达信号处理系统使用的机箱是基于标准 VPX 总线和交换的系统架构，其中 AD 采样及定时控制接口板主要完成对主天线和辅助天线接收的回波信号的采样及预处理、雷达整机定时控制及数据分发等功能[23]。信号处理部分包括四块处理板：信号处理板高波束板、信号处理板低波束板、干扰侦察板和融合板，这四块处理板都是采用基于通用处理器的处理板。其中，信号处理高波束板和信号处理板低波束板分别负责高低波束的目标检测、抗干扰。同时，信号处理高波束板还负责原始数据存储功能；融合板负责对高低波束的相关结果进行融合处理包括点迹、背景视频、PA 视频等融合，同时融合板也负责信号处理部分与雷达其他分系统之间的数据通信；干扰侦察板负责侦察当前雷达所处环境的干扰信息；终端显控部分包括数据录取处理板、显示控制板和终端接口控制板，其中数据录取处理板和显示控制板同样是采用基于通用处理器的处理板实现，数据录取处理板主要实现航迹处理、目标跟踪等功能；终端接口控制板主要实现终端对外数据输入输出接口

结构图,处理器,板卡

图 2.5 为基于通用处理器的板卡结构图，CPU 为 E3-1505LV5。在各个 CPU 之间进行数据交互时主要由千兆网卡 82580 和万兆网卡 Mellanox ConnectX-3 Pro EN 实现。图2.5 基于通用处理器的板卡图（1）E3-1505LV5 处理器基于通用 CPU 的处理板使用的 CPU 为 E3-1505L V5 处理器，其基本频率为2.00GHz，最大睿频频率为 2.80GHz，具有 8MB 的智能缓存，该缓存是被所有内核动态共享的[26]。E3-1505M V5 处理器和 E3-1535M V5 处理器的功耗为 45w，而 E3-1505LV5 处理器的功耗只有 25w，功耗比前两个处理器降低了一半左右。1505L 为 4 核 8 线程，使得处理器可以同时并行处理多项任务，同时 1505L 还支持超线程技术即每个物理内核有两个处理线程

实测数据,恒虚警检测,统计功能,算法处理

PU 通过 memcpy 函数将结果存储在 DDR4 中。实测数据分别在 TS201 和 Intel E3-1505L 上运行 CFAR 算法，一为 8840，通道个数为 14，表 3.6 为运行时间表，故可知在 CPU 平行效率更高，满足雷达实时性。表3.6 CFAR 算法执行时间统计功能模块CPU（Intel E3-1505L）耗时（us）TS201耗时（us）恒虚警检测 1491 9894.31 和图 3.32 是使用实测数据的处理结果。图 3.31 是 CFAR 之前 CFAR 之后的结果图，通过对比两幅图可知经过 CFAR 算法处理

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