軟件化雷達信息實時處理與顯示

賀 陽，肖 釩

1.江西航空職業技術學院，江西南昌 330024 2.南昌大學科學技術學院，江西南昌 330000

軟件化雷達信息實時處理與顯示

賀 陽1，肖 釩2

1.江西航空職業技術學院，江西南昌 330024 2.南昌大學科學技術學院，江西南昌 330000

基于軟件化處理的系統實現方式，可以使得雷達信息處理與顯示系統具有多重優勢，并且現有技術也已經具備軟件化雷達信息實時處理與顯示所需的條件。有鑒于此，本文分為系統總體設計和系統功能模塊的設計兩方面展開闡述，以便實現雷達信息處理和顯示的系統軟件設計和編程實現。

軟件化；雷達信息；實時處理；實時顯示

當今時代，科學技術日新月異，電子信息工程技術也不例外，得到了迅速發展，同時，隨著計算機多核處理器、多任務程序設計技術、高度存儲器等方面的飛速發展，通用微型計算機的處理和軟件運行都得到顯著提升，這就為雷達信息處理與顯示系統的實現提供了新的途徑和趨勢。

1 系統總體設計

1.1 需求分析

基于對雷達狀態的監視、控制及其信號數據的處理顯示，實現計算機的軟件化，需要使得所開發的系統實現顯示量程、實時掃描、顯示分辨率、信號分辨率、信號處理、多種輔助顯示方式、人機交互界面的要求。其中，雷達顯示量程可以根據工作波長和脈沖寬度而設置以15公里為起點的加倍遞增的量程變換；實時掃描是要求實現顯示的掃描線與雷達天線的同步掃描；信號處理主要是針對含載目標信號、各種噪聲、雜波和干擾信號的回波信號予以FPGA信號處理板處理和固定門限檢測處理等；多種輔助顯示方式主要是包括A顯、B顯、鏤空PPI顯示、任意點偏心、局部開窗放大顯示及目標的具體信息顯示。基于以上需求，可以將雷達信息處理與顯示系統的功能模塊分為數據讀取模塊、數據儲存模塊、信息處理模塊、數據顯示模塊，其中，數據顯示模塊又可分為原始視頻顯示、一次顯示、二次顯示。

1.2 系統的硬件配置需求與界面布局

對于系統的硬件配置需求而言，需滿足較高的主頻、充足的內存、圖像處理和顯示的實時性顯存、多種總線接口支持、多種外設支持等在內的主機性能要求。

對于系統的界面布局而言，人機界面要遵循人性化設計原則、軟件窗口平衡原則、經濟原則、漸進池漏原則等，其中人性化設計原則要注意控制權在用戶、不同控件的一致性、寬容性和數據字典等方面的考慮。因此，基于上述原則考量，可把信息處理與顯示系統的界面方案設置為雷達圖像顯示區域、目標信息區域和系統狀態信息區域，如圖1所示。

1.3 開發平臺及開發工具的選擇

基于雷達顯示控制端軟件是典型的多任務軟件，需要相應的配置多任務操作系統支持，可建議使用Windows軟件開發平臺，并選取Visual C++開發工具，而該開發工具具有良好的開發環境、高度集成的工具集、豐富類庫和可視化特征；同時，還可以調用Windows API，使得應用程序與Windows平臺完美結合。據此，可以將軟件化雷達信息處理與顯示系統軟件開發技術路線設計如圖2。

1.4 系統關鍵技術及其實現途徑

一是多核多線程程序設計。在面向多核處理器開發應用程序時，需要注意采用多線程技術并分配各線程的工作負載和與面向單核平臺時的不同設計思想。其中，具體的設計思想如下：第一步，對可供使用的處理器數目予以檢查；第二步，是對任務進行分解及線程數目的確定；第三步，是代碼的實現。

二是Intel Ipp算法庫的應用。具體操作步驟為：第一步是配置工程項目屬性；第二步是設置開發環境。

三是Direct3D多媒體開發技術的應用。主要是考慮硬件抽象層、硬件模擬層與軟件參考層、Direct3D系統集成的操作。

2 系統功能模塊的設計

2.1 數據讀取模塊

該模塊需要注意DMA傳輸、應用程序與WDM驅動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的實現，以便使得設備能夠連續第讀寫數據。應用程序與WDM驅動程序之間通信可以通過以下流程實現：開始→打開設備→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→關閉設備。

2.2 信息處理模塊

基于硬件結合軟件的信號處理流程為：射頻信號→低噪聲放大→混頻→中頻信號→AD采樣→數字正交相位檢波→脈沖壓縮→動目標顯示→進入計算機→求模運算→視頻積累→CFAR→目標檢測→點跡凝聚→目標跟蹤→顯示處理，其中數字正交相位檢波→脈沖壓縮→動目標顯示屬于前段信號處理，亦即是硬件處理；求模運算→視頻積累→CFAR→目標檢測→點跡凝聚→目標跟蹤屬于后端信號處理，亦即是計算機軟件實現。

完全基于計算機軟件的雷達信號處理流程為：數字正交相位檢波→脈沖壓縮→動目標顯示→求模運算→視頻積累→CFAR→目標檢測→點跡凝聚→目標跟蹤→顯示處理。

2.3 信息顯示模塊

該模塊需要注意PPI顯示的實現、幾種特殊的PPI顯示方式、A型顯示、開窗放大顯示、目標信息顯示，其中，PPI顯示的實現要注意Direct3D工作框架構造和PPI顯示前的預處理；幾種特殊的PPI顯示方式要注意雷達信息的二次顯示、偏心的PPI顯示、鏤空的PPI顯示。

雷達信息的二次顯示是指信號處理的基礎之上對數據進行檢測凝聚處理和目標跟蹤處理等數據處理的顯示；偏心的PPI顯示是為了獲得更大的顯示分辨率，而將PPI顯示的掃描中心點趨于動態變化當中并相應地予以動態設置；鏤空的PPI顯示是著重顯示操作者所關心的距離范圍而不顯示近距離的目標回波情況。

3 結論

基于通用計算機的雷達信號、數據處理及顯示系統的設計，可以有效地節約系統開發成本，便于進行維護與升級，具有較高的工程應用價值。

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TP3

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1674-6708（2015）143-0118-01