賀 陽(yáng)，肖 釩

1.江西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330024 2.南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330000

軟件化雷達(dá)信息實(shí)時(shí)處理與顯示

賀 陽(yáng)1，肖 釩2

1.江西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330024 2.南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330000

基于軟件化處理的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式，可以使得雷達(dá)信息處理與顯示系統(tǒng)具有多重優(yōu)勢(shì)，并且現(xiàn)有技術(shù)也已經(jīng)具備軟件化雷達(dá)信息實(shí)時(shí)處理與顯示所需的條件。有鑒于此，本文分為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)兩方面展開闡述，以便實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信息處理和顯示的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)。

軟件化；雷達(dá)信息；實(shí)時(shí)處理；實(shí)時(shí)顯示

當(dāng)今時(shí)代，科學(xué)技術(shù)日新月異，電子信息工程技術(shù)也不例外，得到了迅速發(fā)展，同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)多核處理器、多任務(wù)程序設(shè)計(jì)技術(shù)、高度存儲(chǔ)器等方面的飛速發(fā)展，通用微型計(jì)算機(jī)的處理和軟件運(yùn)行都得到顯著提升，這就為雷達(dá)信息處理與顯示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了新的途徑和趨勢(shì)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 需求分析

基于對(duì)雷達(dá)狀態(tài)的監(jiān)視、控制及其信號(hào)數(shù)據(jù)的處理顯示，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的軟件化，需要使得所開發(fā)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯示量程、實(shí)時(shí)掃描、顯示分辨率、信號(hào)分辨率、信號(hào)處理、多種輔助顯示方式、人機(jī)交互界面的要求。其中，雷達(dá)顯示量程可以根據(jù)工作波長(zhǎng)和脈沖寬度而設(shè)置以15公里為起點(diǎn)的加倍遞增的量程變換；實(shí)時(shí)掃描是要求實(shí)現(xiàn)顯示的掃描線與雷達(dá)天線的同步掃描；信號(hào)處理主要是針對(duì)含載目標(biāo)信號(hào)、各種噪聲、雜波和干擾信號(hào)的回波信號(hào)予以FPGA信號(hào)處理板處理和固定門限檢測(cè)處理等；多種輔助顯示方式主要是包括A顯、B顯、鏤空PPI顯示、任意點(diǎn)偏心、局部開窗放大顯示及目標(biāo)的具體信息顯示?；谝陨闲枨?，可以將雷達(dá)信息處理與顯示系統(tǒng)的功能模塊分為數(shù)據(jù)讀取模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊、信息處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊，其中，數(shù)據(jù)顯示模塊又可分為原始視頻顯示、一次顯示、二次顯示。

1.2 系統(tǒng)的硬件配置需求與界面布局

對(duì)于系統(tǒng)的硬件配置需求而言，需滿足較高的主頻、充足的內(nèi)存、圖像處理和顯示的實(shí)時(shí)性顯存、多種總線接口支持、多種外設(shè)支持等在內(nèi)的主機(jī)性能要求。

對(duì)于系統(tǒng)的界面布局而言，人機(jī)界面要遵循人性化設(shè)計(jì)原則、軟件窗口平衡原則、經(jīng)濟(jì)原則、漸進(jìn)池漏原則等，其中人性化設(shè)計(jì)原則要注意控制權(quán)在用戶、不同控件的一致性、寬容性和數(shù)據(jù)字典等方面的考慮。因此，基于上述原則考量，可把信息處理與顯示系統(tǒng)的界面方案設(shè)置為雷達(dá)圖像顯示區(qū)域、目標(biāo)信息區(qū)域和系統(tǒng)狀態(tài)信息區(qū)域，如圖1所示。

1.3 開發(fā)平臺(tái)及開發(fā)工具的選擇

基于雷達(dá)顯示控制端軟件是典型的多任務(wù)軟件，需要相應(yīng)的配置多任務(wù)操作系統(tǒng)支持，可建議使用Windows軟件開發(fā)平臺(tái)，并選取Visual C++開發(fā)工具，而該開發(fā)工具具有良好的開發(fā)環(huán)境、高度集成的工具集、豐富類庫(kù)和可視化特征；同時(shí)，還可以調(diào)用Windows API，使得應(yīng)用程序與Windows平臺(tái)完美結(jié)合。據(jù)此，可以將軟件化雷達(dá)信息處理與顯示系統(tǒng)軟件開發(fā)技術(shù)路線設(shè)計(jì)如圖2。

1.4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)途徑

一是多核多線程程序設(shè)計(jì)。在面向多核處理器開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，需要注意采用多線程技術(shù)并分配各線程的工作負(fù)載和與面向單核平臺(tái)時(shí)的不同設(shè)計(jì)思想。其中，具體的設(shè)計(jì)思想如下：第一步，對(duì)可供使用的處理器數(shù)目予以檢查；第二步，是對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解及線程數(shù)目的確定；第三步，是代碼的實(shí)現(xiàn)。

二是Intel Ipp算法庫(kù)的應(yīng)用。具體操作步驟為：第一步是配置工程項(xiàng)目屬性；第二步是設(shè)置開發(fā)環(huán)境。

三是Direct3D多媒體開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用。主要是考慮硬件抽象層、硬件模擬層與軟件參考層、Direct3D系統(tǒng)集成的操作。

2 系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)讀取模塊

該模塊需要注意DMA傳輸、應(yīng)用程序與WDM驅(qū)動(dòng)程序之間的通信的處理。其中，DMA傳輸需要注意適配器、傳輸控制和公共緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)，以便使得設(shè)備能夠連續(xù)第讀寫數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序與WDM驅(qū)動(dòng)程序之間通信可以通過(guò)以下流程實(shí)現(xiàn)：開始→打開設(shè)備→打開成功（不成功予以退出程序）→Memory讀寫→DMA初始化→DMA開始→DMA停止→關(guān)閉設(shè)備。

2.2 信息處理模塊

基于硬件結(jié)合軟件的信號(hào)處理流程為：射頻信號(hào)→低噪聲放大→混頻→中頻信號(hào)→AD采樣→數(shù)字正交相位檢波→脈沖壓縮→動(dòng)目標(biāo)顯示→進(jìn)入計(jì)算機(jī)→求模運(yùn)算→視頻積累→CFAR→目標(biāo)檢測(cè)→點(diǎn)跡凝聚→目標(biāo)跟蹤→顯示處理，其中數(shù)字正交相位檢波→脈沖壓縮→動(dòng)目標(biāo)顯示屬于前段信號(hào)處理，亦即是硬件處理；求模運(yùn)算→視頻積累→CFAR→目標(biāo)檢測(cè)→點(diǎn)跡凝聚→目標(biāo)跟蹤屬于后端信號(hào)處理，亦即是計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)。

完全基于計(jì)算機(jī)軟件的雷達(dá)信號(hào)處理流程為：數(shù)字正交相位檢波→脈沖壓縮→動(dòng)目標(biāo)顯示→求模運(yùn)算→視頻積累→CFAR→目標(biāo)檢測(cè)→點(diǎn)跡凝聚→目標(biāo)跟蹤→顯示處理。

2.3 信息顯示模塊

該模塊需要注意PPI顯示的實(shí)現(xiàn)、幾種特殊的PPI顯示方式、A型顯示、開窗放大顯示、目標(biāo)信息顯示，其中，PPI顯示的實(shí)現(xiàn)要注意Direct3D工作框架構(gòu)造和PPI顯示前的預(yù)處理；幾種特殊的PPI顯示方式要注意雷達(dá)信息的二次顯示、偏心的PPI顯示、鏤空的PPI顯示。

雷達(dá)信息的二次顯示是指信號(hào)處理的基礎(chǔ)之上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)凝聚處理和目標(biāo)跟蹤處理等數(shù)據(jù)處理的顯示；偏心的PPI顯示是為了獲得更大的顯示分辨率，而將PPI顯示的掃描中心點(diǎn)趨于動(dòng)態(tài)變化當(dāng)中并相應(yīng)地予以動(dòng)態(tài)設(shè)置；鏤空的PPI顯示是著重顯示操作者所關(guān)心的距離范圍而不顯示近距離的目標(biāo)回波情況。

3 結(jié)論

基于通用計(jì)算機(jī)的雷達(dá)信號(hào)、數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以有效地節(jié)約系統(tǒng)開發(fā)成本，便于進(jìn)行維護(hù)與升級(jí)，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

[1]王德生，趙利民，孫立國(guó)，等.信息化、軟件化、通用雷達(dá)終端的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2007（12）：94-96.

[2]張宏群，孫雪濤，王建.軟件化雷達(dá)視頻顯示的實(shí)時(shí)坐標(biāo)變換方法[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010（4）：75-78.

[3]管行，李方圓，許稼.軟件化雷達(dá)P顯實(shí)時(shí)坐標(biāo)變換與實(shí)現(xiàn)[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2013（1）：85-87.

TP3

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1674-6708（2015）143-0118-01