基于Reworks平臺的點跡處理設計實現

鄭瑩瑩

【摘 要】針對雷達回波信號經過脈沖壓縮、濾波、恒虛警檢測、波束內距離凝聚后形成的大容量的原始點跡數據，以及當前雷達系統實時性和高可靠性的要求，本文給出了一種在實時操作系統Reworks平臺下建立某無源雷達點跡數據精細化處理系統的設計方案，實際工程實現表明該方案是可行的。

【關鍵詞】Reworks；精細化點跡處理；波束相關

0 引言

隨著現代雷達信號處理需要處理的輸出量日益增加，以及大容量數據對系統實時性和高可靠性的要求，一個性能良好的點跡處理系統是保證航跡信息準確與可靠的前提條件。本文以Reworks為開發平臺，設計了一種雷達點跡處理系統，經過實際運行，該系統達到了良好的點跡數據精細化處理效果，證明了在現代雷達中的實用性。

1 Reworks開發環境的實現

ReWorks嵌入式操作系統是中國電子科技集團公司第三十二研究所自主研制的、第一個提供VxWorks容接口的嵌入式實時操作系統，采用面向對象和微內核技術開發，特別提供了VxWorks兼容層[1]。該系統是一個高可靠、強實時嵌入式實時操作系統，采用微內核及組件技術，能根據應用需要對操作系統內核進行配置、裁剪、擴展與定制，具備較強的伸縮能力。

ReDe 作為ReWorks 操作系統的集成開發環境，提供了圖形化的實時應用開發平臺，它包含一套完整的面向嵌入式系統的開發和調試工具，方便了用戶對于程序的調試和評估。如圖1所示。

2 算法處理流程及實現

雷達的點跡精細化處理隨雷達系統的工作方式及工作參數的不同，需要處理的數據內容及處理的具體方法也不盡同，常規雷達點跡處理主要按照PD模式、MTD和MTI模式進行處理。雷達回波在DSP板卡中經脈沖壓縮、濾波、恒虛警檢測以及波束內點跡處理后，形成具有空間位置信息、幅度值、相對時間、相鄰距離單元幅度值、頻道數等參數的原始點跡數據。通常實際工程應用中，點跡數據處理一般采取三種處理方式[2]：通用計算機處理、DSP 芯片處理、DSP 芯片和通用計算機分別處理。本雷達系統作為無源雷達系統，信號處理具有多個分機，每個分機由8塊DSP板卡、1塊交叉開關板、一塊DBF板卡以及一塊龍芯3A計算機板卡組成，系統原始點跡數據由FPGA錄入FIFO 存儲器，向計算機板卡傳輸并進行處理。

點跡精細化處理流程如圖2示，主要功能包括點跡預處理、波束相關處理2個部分。點跡預處理通過對信號處理分機的各DSP板卡的查詢，接收信號處理送來的波束內凝聚的原始點跡參數信息，驗證數據的合法性，進行點跡預處理；波束相關處理則進行相同頻點波束間點跡凝聚算法處理，按照一定的準則濾除雜波信息，提取目標所在的相關波束信息計算波束角度信息，并根據傳輸協議，以CPI 為單位發送點跡報文到航跡處理。

2.1 點跡預處理

一般FPGA傳輸數據有中斷傳送方式和查詢傳送方式。在常規雷達嵌入式系統中，FPGA傳輸數據給計算機通常采用中斷傳送方式，當外設還沒有準備好時，允許計算機與外設、甚至是多個外設同時工作，提高了計算機的工作效率，但是因為中斷傳送方式是由計算機通過指令來傳送的。每次中斷，都需要進行保護斷點、保護現場、傳送數據、存儲數據以及最后恢復現場、返回主程序等操作，需要執行多條指令，使得傳送一個字節需要幾十微秒的時間，這對于多個高速的外部設備與內存間的信息交換來說，不僅降低了傳輸效率，還會造成數據的丟失，數據傳輸的可靠性不能得到保證[3]。因此，本雷達嵌入式系統采用查詢傳送方式對每個分機的8塊DSP板卡進行查詢，查看外設板卡的數據地址是否發生改變即數據緩沖區是否已經被原始點跡數據填充，如果寄存器地址發生改變，表明原始點跡數據已經生成，計算機則進行讀取，并將數據轉存至計算機開辟的多個緩區。本系統開辟了4個緩存環形存儲接收數據，對原始的點跡數據進行有效性判別，按照不同CPI順序和波束順序存放在相應的緩區。

2.2 波束相關處理

原始點跡數據中不僅包含真實的目標點跡，還包含了相當數量的固定目標點跡和假目標點跡，需要進行CPI 內的多個波束相關性處理。本雷達系統1個CPI內共有112個波束，相同頻點的波束最多為56個，CPI 內的波束相關處理等同于通常意義下的同頻點同距離同頻道的點跡凝聚。本系統采用峰值法對假定為同一目標在相近距離和相鄰頻道產生的不同的點跡數據求取其回波幅度值、多普勒頻道號等參數的峰值。并根據目標的幅度信息以及相鄰波束相同距離單元的的幅度信息進行兩波束或三波束的目標角度測量，按照點跡相關準則，濾除只在一個波束域內出現的假目標。將最終形成的點跡數據存入數據輸出緩區，按照協議傳輸給航跡處理。

3 結束語

本文主要針對目前雷達原始點跡數據實時性和大容量的需求，給出了一種以Reworks平臺實現點跡處理的方案。經過實際工程驗證，該方案達到了良好的檢測效果，證明了其在工程應用中的可行性。

【參考文獻】

[1]管洋，戚正偉.ReWorks嵌入式操作系統在船舶PMS上的應用[J].船舶工程，2010，1.

[2]呂雁，史林，楊萬海.SIRP 法相干相關K 分布雷達雜波的建模與仿真[J].現代雷達，2002，24（2）：13-16.

[3]伍貽軒.基于FPGA的數據處理與傳輸系統研究[D].南京理工大學，2007.

[責任編輯：楊玉潔]