張榆皓 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所

VTS雷達(dá)信號(hào)處理器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張榆皓 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所

本文在對(duì)VTS雷達(dá)信號(hào)處理器分析研究?jī)?nèi)，主要對(duì)VTS系統(tǒng)內(nèi)雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)研究。雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)是以DSP機(jī)制完成信號(hào)處理，由邏輯器件與高性能DSP實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而對(duì)雷達(dá)視頻信號(hào)有效處理。利用DSP在信號(hào)處理內(nèi)優(yōu)勢(shì)，在噪聲及雜波狀態(tài)之下，精確獲取船舶信息，對(duì)港口內(nèi)船舶動(dòng)態(tài)檢測(cè)，制定有關(guān)信息報(bào)告。VTS雷達(dá)信號(hào)處理器在實(shí)際應(yīng)用內(nèi)效果顯著。

雷達(dá) VTS DSP 實(shí)時(shí)處理

VTS是海上運(yùn)輸快速發(fā)展之下產(chǎn)物，可以有效推動(dòng)港口運(yùn)輸管理現(xiàn)代化發(fā)展建設(shè)。VTS系統(tǒng)在實(shí)際引用內(nèi)，國(guó)外所研發(fā)的VTS設(shè)備經(jīng)濟(jì)成本較為昂貴，同時(shí)部分設(shè)備并不具備漢語(yǔ)能力，我國(guó)自主研發(fā)的VTS設(shè)備，無(wú)法有效滿足實(shí)際操作要求，VTS系統(tǒng)部分功能無(wú)法發(fā)揮，進(jìn)而造成港口運(yùn)輸應(yīng)用雷達(dá)監(jiān)控設(shè)備情況下，還借助手寫形式，工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度增加，VTS系統(tǒng)利用效率得不到有效提升。

1 VTS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

VTS系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成，分別為雷達(dá)子系統(tǒng)、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、自動(dòng)信息子系統(tǒng)、控制中心子系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)如圖1所示?？偩€。

圖1 VTS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 硬件系統(tǒng)

硬件電路在設(shè)計(jì)內(nèi)，采取并行流水模式，主要由四個(gè)模塊構(gòu)成，分別為定時(shí)控制模塊、處理模塊、儲(chǔ)存模塊及控制模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 雷達(dá)子系統(tǒng)電路板模塊示意圖

2 雷達(dá)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雷達(dá)子系統(tǒng)作為VTS系統(tǒng)基礎(chǔ)內(nèi)容，也是VTS系統(tǒng)標(biāo)識(shí)。雷達(dá)子系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)作為核心，接受雷達(dá)所傳輸?shù)囊曨l及脈沖等信息，借助VTS指令信息，對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行識(shí)別跟蹤，自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告，并且將報(bào)告?zhèn)鬏數(shù)娇刂浦行膬?nèi)。VTS系統(tǒng)在設(shè)計(jì)內(nèi)，需要對(duì)雷達(dá)信號(hào)處理過程內(nèi)存在的特征分析研究：

首先，雷達(dá)目標(biāo)正常情況下較大，最小目標(biāo)長(zhǎng)度也會(huì)超過幾十米，進(jìn)而目標(biāo)點(diǎn)數(shù)也相對(duì)較多。保證匹配濾波器設(shè)計(jì)合理，進(jìn)而提升目標(biāo)檢測(cè)效果，有效減少干擾目標(biāo)數(shù)量。

其次，雷達(dá)信號(hào)預(yù)處理內(nèi)，包含大量數(shù)據(jù)信息，同時(shí)數(shù)據(jù)處理也應(yīng)該十分集中。因此，雷達(dá)信號(hào)相對(duì)集中。因此，提升儲(chǔ)存空間及流程利用效率，這樣才可以充分發(fā)揮出雷達(dá)子系統(tǒng)在信號(hào)處理上優(yōu)勢(shì)。

最后，雷達(dá)子系統(tǒng)在完成信號(hào)預(yù)處理之后，需要符合實(shí)時(shí)性特征，進(jìn)而雷達(dá)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通道效率應(yīng)該顯著提升，及時(shí)將雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)內(nèi)進(jìn)一步處理雷達(dá)信號(hào)。因此，雷達(dá)子系統(tǒng)應(yīng)用CPCI

本文所研究的VTS雷達(dá)信號(hào)處理器是以美國(guó)研究公司所研發(fā)的DSP芯片作為基礎(chǔ)條件，借助先進(jìn)VLIW，指令執(zhí)行速度超過1600mps，進(jìn)而滿足雷達(dá)信號(hào)處理能力。在VTS系統(tǒng)芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存空間具有算數(shù)邏輯形式，數(shù)據(jù)信息可以按照實(shí)際情況，合理分配儲(chǔ)存器，進(jìn)而有效滿足VTS系統(tǒng)對(duì)于儲(chǔ)存空間及系統(tǒng)系統(tǒng)需求，有效解決雷達(dá)子系統(tǒng)在儲(chǔ)存空間內(nèi)需求。

CPCI有效結(jié)合傳統(tǒng)CPI優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而提升工業(yè)環(huán)境系統(tǒng)性能。CPCI總線在應(yīng)用內(nèi)，CPCI總線數(shù)據(jù)傳輸速率可以顯著提升，CPCI總線頻率為33mhz，數(shù)據(jù)傳輸速率可以超過132mb。這種數(shù)據(jù)信息傳輸效率可以有效完成數(shù)據(jù)集中處理，并且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)內(nèi)。這種VTS系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)地方時(shí)，可以有效解決傳統(tǒng)雷達(dá)子系統(tǒng)在應(yīng)用內(nèi)所存在的實(shí)時(shí)性問題，有效提升VTS系統(tǒng)性能。

2.2 軟件算法設(shè)計(jì)

按照VTS系統(tǒng)特征，雷達(dá)處理器算法在實(shí)際應(yīng)用內(nèi)，可以有效保證數(shù)據(jù)信息處理效果，同時(shí)數(shù)據(jù)數(shù)量也可以有效減少。

2．2．1 STC

STC在應(yīng)用內(nèi)，可以有效提升雷達(dá)回波信號(hào)倍數(shù)控制水平。STC可以有效協(xié)調(diào)雷達(dá)接收機(jī)在運(yùn)營(yíng)內(nèi)靈敏性，進(jìn)而保證回波信號(hào)強(qiáng)度及距離。與此之外，所提STC還可以在衰減近距離目標(biāo)內(nèi)應(yīng)用，提升回波強(qiáng)度，具體處理效果如圖3所示。

圖3 STC處理效果示意圖

2．2．2 恒虛警檢測(cè)

恒虛警檢測(cè)是近幾年所研發(fā)出的代表性VTS雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)器，是以數(shù)字圖像處理技術(shù)作為基礎(chǔ)條件，抗干擾性能顯著提升。恒虛警檢測(cè)在應(yīng)用內(nèi)，可以按照參考單元順序，從大到小對(duì)模塊有序處理，進(jìn)而選擇專門采樣數(shù)值，對(duì)雜波功率客觀評(píng)估，完成整個(gè)檢測(cè)流程。

雜波處理主要手段為恒虛警檢測(cè)，正常情況下由兩種檢測(cè)器構(gòu)成，分別為CA檢測(cè)器及OS檢測(cè)器。其中OS檢測(cè)器主要在多目標(biāo)及雜波環(huán)境下應(yīng)用，性能比CA檢測(cè)器更加優(yōu)良，進(jìn)而本文選自O(shè)S檢測(cè)器。

3 雷達(dá)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

雷達(dá)子系統(tǒng)可以對(duì)原始視頻信號(hào)形式化處理，主要包含三部分內(nèi)容，分別為雷達(dá)信號(hào)、數(shù)據(jù)變換、匹配濾波處理，具體程序如圖4所示。

圖4 雷達(dá)子系統(tǒng)程序示意圖

本文所設(shè)計(jì)的雷達(dá)子系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)用性能更加優(yōu)良DSP，進(jìn)而處理能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)VTS系統(tǒng)，可以有效解決傳統(tǒng)VTS系統(tǒng)在硬件設(shè)備所存在的實(shí)時(shí)處理問題。硬件開發(fā)與軟件開發(fā)相結(jié)合，真正發(fā)揮出硬件設(shè)備在應(yīng)用內(nèi)性能，結(jié)合交通管理實(shí)際要求，提升VTS系統(tǒng)智能化及系統(tǒng)化水平，減少外部因素所造成的干擾，提升雷達(dá)信號(hào)處理精確性。

[1]劉建新,陳惠連,向敬成.脈間二相編碼雷達(dá)高度表信號(hào)處理器的設(shè)計(jì)及FPGA實(shí)現(xiàn)[J].信號(hào)處理,2005,04:409-412

[2]張開生,陳明,李春化.雷達(dá)信號(hào)處理器遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].火控雷達(dá)技術(shù),2014,01:60-64