软件化雷达中间件的研究和设计

发布时间：2020-11-01 19:36

　　 雷达系统正在向着开放式体系架构发展,硬件可重组、软件可重构、功能多样化等趋势越来越明显,软件化雷达应运而生。软件化雷达中进行软硬件解耦、提供相应通信计算功能的关键技术是中间件技术,该技术能够充分发挥标准化硬件和软件灵活性的优势,克服并改进了雷达信号处理的算法验证、型号研发和升级维护等过程中存在的问题。本文首先分析了国内外软件化雷达实现技术的发展及现状,依次介绍了国外先进技术成果的原理和架构,以及国内各研究机构的研究动态。从现有的雷达信号处理的硬件系统出发,详细阐述并分析了多种处理器架构的优劣势,对异构雷达信号处理平台的编程模式进行了分析和总结,在充分借鉴现有成熟开源项目和雷达系统的经验的基础上,确立了中间件和软件化雷达在异构处理平台上的总体设计思路。结合雷达系统设计经验和文献资料,本文给出了一种软件化雷达的总体软件架构,详细阐述了软件体系结构中各个层次的功能和调用关系,并分析了中间件为核心框架、雷达信号处理算法、雷达方案开发界面提供的服务。基于以上分析,通信中间件的设计方案确定了以中心化域管理者、分布式数据池和订阅发布为核心特征,并实现了一套兼容DDS的API。此外,计算中间件采用了POSIX和VSIPL为标准的设计方法,对关键函数进行了平台优化。由通信中间件和计算中间件构成完整的中间件层,为雷达应用层提供软硬件解耦的支持。为了评估中间件的性能,中间件在基于Intel处理器的COTS平台上进行了运行速度、带宽利用率等测试。对比无中间件的实现,该中间件的设计方案带来的开销较小。在上述软件架构下,本文结合一部实际雷达的应用需求,使用软件化雷达开发环境实现雷达信号处理算法的快速部署,基于中间件提供的订阅发布机制,实现了多波束多模式的实时雷达信号处理系统。经过雷达系统性能指标测试,当前的软件化雷达软件架构能够满足实际雷达的功能需求,中间件能够达到信号处理所需的通信和计算性能指标。最后回顾了软件化雷达和中间件项目研究和实现历程,总结出需要进一步深入研究的理论和技术问题,并展望了软件化雷达未来的发展。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN958
【部分图文】：

西安电子科技大学硕士学位论文仅可以简化系统设计，而且在测试和评估阶段也体现很大的优势。首先，不的雷达接口可以通过一些已经稳定的商业板卡实现，使得直接子系统级的测现，大大减少了子系统的开发周期。其次，不同的雷达子系统可以实现独立试，同时便于故障排查。ROSA-I 具备基本的开放式体系架构的特点：该架构是基于网络中心化设计用于大量不同的应用实例；能够支持不同的计算框架，包括对称多核计MP），集群计算系统，嵌入式计算平台，以及其他高性能计算单元，如 GPUSA-I 能够在尽可能少的改变软件组件的条件下，实现不同计算平台的切换；命令和请求，以调整任务，并提供数据和结果。2010 年，鉴于不同的雷达应用需求、异构的处理器架构、多种传感器和数据等因素，美国 MIT 林肯实验室提出第二代雷达开放式体系架构（ROSA-II）SA-II 中突出了系统的分层架构，按照软硬件层次将应用软件、系统软件和底离开，使雷达系统的维护和升级更加容易[16][17]。

及功能模块的划分。ROSA 的发展还体现在软件化开发平台的研究发平台的研究，国外起步早，已经有很多商业和军事领域的产品。tlab 中的 Simulink 工具和开源 GNURadio 等。ulink 是 MathWorks 公司推出的 MATLAB 科学计算套件中图形化算工具集成了 MATLAB 中常用的算法，并作为模块可以在图形化界个模块都支持使用界面进行灵活配置，不同模块间可以通过数据流中间结果可通过观测模块进行实时展示。该工具为软法开发人员提活全面的算法开发环境[19]。ulink 不仅在 PC 机仿真环境下可以使用，在 Xilinx、Altera 和 TI 公 FPGA、DSP 平台的算法模块，通过数据流描述自动生成对应平应的编译器进行编译下载，极大地提高了算法开发人员在设备板卡。由于这些 FPGA、DSP 平台的算法模块和 PC 机的算法模块具有相同的行为，所以将已验证的 MATLAB 算法移植至目标平台仅需点。

件的设计主要由 Name Server、Broker 和 Consumer 组成，在不同应用场合下会有具体不同的变化。图1.5 消息中间件通信示例常见的中间件有：RocketMQ、ZeroMQ、CORBA、Apache Kafka 等。RocketMQ是阿里巴巴公司研发的一款面向服务器集群高并发高吞吐量消息处理的消息中间件，主要特点是低延迟、可伸缩，同时支持订阅发布和点对点传输的能力。该消息中间件广泛应用于阿里云，能够做到几十亿次的并发响应。ZeroMQ 是一款开源的，轻量级的点对点的消息中间件。精简化的功能仅提供了通信必备的基本功能，同时也带来非常低的内存和性能开销。CORBA（公共对象请求代理体系结构）是一种面向对象应用程序设计的标准规范，由 OMG 组织制定和维护，是面向对象的分布式系统中常用的中间件标准。在该标准下，各个公司可以由各自的具体实现，即使是不同的实现，都可以按照标准进行组件的通信和互操作。CORBA 被广泛应用于传统的大型机系统中
【参考文献】

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本文编号：2865993