软件化雷达信息实时处理与显示

2015-03-25贺阳，肖钒

科技传播 2015年14期

关键词：信息处理信号处理雷达

贺阳，肖钒

1.江西航空职业技术学院，江西南昌 330024 2.南昌大学科学技术学院，江西南昌 330000

软件化雷达信息实时处理与显示

贺阳1，肖钒2

1.江西航空职业技术学院，江西南昌 330024 2.南昌大学科学技术学院，江西南昌 330000

基于软件化处理的系统实现方式，可以使得雷达信息处理与显示系统具有多重优势，并且现有技术也已经具备软件化雷达信息实时处理与显示所需的条件。有鉴于此，本文分为系统总体设计和系统功能模块的设计两方面展开阐述，以便实现雷达信息处理和显示的系统软件设计和编程实现。

软件化；雷达信息；实时处理；实时显示

当今时代，科学技术日新月异，电子信息工程技术也不例外，得到了迅速发展，同时，随着计算机多核处理器、多任务程序设计技术、高度存储器等方面的飞速发展，通用微型计算机的处理和软件运行都得到显著提升，这就为雷达信息处理与显示系统的实现提供了新的途径和趋势。

1 系统总体设计

1.1 需求分析

基于对雷达状态的监视、控制及其信号数据的处理显示，实现计算机的软件化，需要使得所开发的系统实现显示量程、实时扫描、显示分辨率、信号分辨率、信号处理、多种辅助显示方式、人机交互界面的要求。其中，雷达显示量程可以根据工作波长和脉冲宽度而设置以15公里为起点的加倍递增的量程变换；实时扫描是要求实现显示的扫描线与雷达天线的同步扫描；信号处理主要是针对含载目标信号、各种噪声、杂波和干扰信号的回波信号予以FPGA信号处理板处理和固定门限检测处理等；多种辅助显示方式主要是包括A显、B显、镂空PPI显示、任意点偏心、局部开窗放大显示及目标的具体信息显示。基于以上需求，可以将雷达信息处理与显示系统的功能模块分为数据读取模块、数据储存模块、信息处理模块、数据显示模块，其中，数据显示模块又可分为原始视频显示、一次显示、二次显示。

1.2 系统的硬件配置需求与界面布局

对于系统的硬件配置需求而言，需满足较高的主频、充足的内存、图像处理和显示的实时性显存、多种总线接口支持、多种外设支持等在内的主机性能要求。

对于系统的界面布局而言，人机界面要遵循人性化设计原则、软件窗口平衡原则、经济原则、渐进池漏原则等，其中人性化设计原则要注意控制权在用户、不同控件的一致性、宽容性和数据字典等方面的考虑。因此，基于上述原则考量，可把信息处理与显示系统的界面方案设置为雷达图像显示区域、目标信息区域和系统状态信息区域，如图1所示。

1.3 开发平台及开发工具的选择

基于雷达显示控制端软件是典型的多任务软件，需要相应的配置多任务操作系统支持，可建议使用Windows软件开发平台，并选取Visual C++开发工具，而该开发工具具有良好的开发环境、高度集成的工具集、丰富类库和可视化特征；同时，还可以调用Windows API，使得应用程序与Windows平台完美结合。据此，可以将软件化雷达信息处理与显示系统软件开发技术路线设计如图2。

1.4 系统关键技术及其实现途径

一是多核多线程程序设计。在面向多核处理器开发应用程序时，需要注意采用多线程技术并分配各线程的工作负载和与面向单核平台时的不同设计思想。其中，具体的设计思想如下：第一步，对可供使用的处理器数目予以检查；第二步，是对任务进行分解及线程数目的确定；第三步，是代码的实现。

二是Intel Ipp算法库的应用。具体操作步骤为：第一步是配置工程项目属性；第二步是设置开发环境。

三是Direct3D多媒体开发技术的应用。主要是考虑硬件抽象层、硬件模拟层与软件参考层、Direct3D系统集成的操作。

2 系统功能模块的设计

2.1 数据读取模块

该模块需要注意DMA传输、应用程序与WDM驱动程序之间的通信的处理。其中，DMA传输需要注意适配器、传输控制和公共缓冲区的实现，以便使得设备能够连续第读写数据。应用程序与WDM驱动程序之间通信可以通过以下流程实现：开始→打开设备→打开成功（不成功予以退出程序）→Memory读写→DMA初始化→DMA开始→DMA停止→关闭设备。

2.2 信息处理模块

基于硬件结合软件的信号处理流程为：射频信号→低噪声放大→混频→中频信号→AD采样→数字正交相位检波→脉冲压缩→动目标显示→进入计算机→求模运算→视频积累→CFAR→目标检测→点迹凝聚→目标跟踪→显示处理，其中数字正交相位检波→脉冲压缩→动目标显示属于前段信号处理，亦即是硬件处理；求模运算→视频积累→CFAR→目标检测→点迹凝聚→目标跟踪属于后端信号处理，亦即是计算机软件实现。

完全基于计算机软件的雷达信号处理流程为：数字正交相位检波→脉冲压缩→动目标显示→求模运算→视频积累→CFAR→目标检测→点迹凝聚→目标跟踪→显示处理。

2.3 信息显示模块

该模块需要注意PPI显示的实现、几种特殊的PPI显示方式、A型显示、开窗放大显示、目标信息显示，其中，PPI显示的实现要注意Direct3D工作框架构造和PPI显示前的预处理；几种特殊的PPI显示方式要注意雷达信息的二次显示、偏心的PPI显示、镂空的PPI显示。

雷达信息的二次显示是指信号处理的基础之上对数据进行检测凝聚处理和目标跟踪处理等数据处理的显示；偏心的PPI显示是为了获得更大的显示分辨率，而将PPI显示的扫描中心点趋于动态变化当中并相应地予以动态设置；镂空的PPI显示是着重显示操作者所关心的距离范围而不显示近距离的目标回波情况。