基于銳華嵌入式實時操作系統雷達數據處理軟件設計

李浩正 羅利強 周 游 楊 璇 暢 言

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

長期以來，在我軍綜合電子信息系統和武器系統建設進程中，軍事應用軟件基本做到自主研制，但軍用關鍵軟硬件過分依賴國外商用產品，這種不可控的狀況已成為我軍戰略安全的重大潛在威脅，嚴重制約我軍信息化武器裝備體系的自主可持續發展。目前國家正在實施自主可控戰略，越來越多的國產芯片、基礎軟件運用到武器裝備中。在某些領域，鑒于國產芯片與國外產品對比存在較大差距的事實，在國產部分硬件無法滿足需求的情況，可以先實現基礎軟件的自主可控。

ReWorks操作系統[1]是國內某科研機構開發設計的嵌入式操作系統，在我國部分軍用產品上已經逐步開始推廣使用，本文在分析國產化嵌入式操作系統ReWorks特點的基礎上，設計了一種基于ReWorks的數據處理軟件，數據處理軟件不僅繼承了原來風河公司VxWorks的優點，而且國產化軟件提供了更豐富的調試手段，利于軟件的開發設計。

1 國產化實時操作系統(REWORKS)介紹

銳華嵌入式實時操作系統(ReWorks)是一款類VxWorks系統,組件可裁剪,同時還兼容VxWorks。其體系結構圖如圖1所示。

圖1 ReWorks體系結構圖

ReWorks嵌入式操作系統，是一款提供了VxWorks兼容接口的實時操作系統，具備以下特點[2]：

1)實時性

ReWorks能夠及時響應中斷和高效率的線程調度，同時還具備了線程的優先級切換。

2)可裁剪性

ReWorks組件是可裁剪的，用戶根據自己需求進行內核優化。

3)適用性

ReWorks支持當前大部分的主流硬件設備，提供了與設備相對應的板級支持包。

4)標準化

ReWorks支持C/C++,提供符合規范的系統接口，保證了可移植性。

5)VxWorks兼容性

ReWorks封裝了VxWorks底層接口，能夠直接兼容VxWorks源代碼。

類似于Tornado，ReWorks也有自己的一套嵌入式集成開發環境REDE：

6)可用性

支持X86、PowerPC、ARM等多種目標機硬件平臺，方便簡捷。

7)易用性

集設計、開發、配置、調試、仿真為一體，提高應用開發效率。

2 基于國產化操作系統ReWorks的雷達數據處理設計

2.1 雷達數據處理軟件概述

雷達數據處理軟件[3]的主要任務是完成目標的航跡建立、航跡與點跡相關、航跡質量管理、航跡的濾波處理等，數據來源于雷達信號處理機，目標處理結果輸出到雷達終端顯示計算機，并接受雷達終端顯示計算機的工作模式和狀態控制。

表1 雷達數據處理軟件功能簡介

2.2 主要功能設計

2.2.1 數據預處理

數據處理板接收雷達信號處理機輸出的目標檢測結果，并對檢測結果進行預處理，處理內容包括點跡合并。點跡合并[4]是對雷達信號處理機送來的在一定距離，方位和俯仰范圍內的相關原始一次點跡進行存儲并凝聚，凝聚點跡。

點跡合并是對雷達信處上報的一次點跡，當原始點跡位置信息(距離、方位、俯仰)相互符合一定條件，可以進行點跡合并，一方面用于航跡更新，一方面實時上報顯控計算機，合并采用線性加權求重心的方法。點跡合并公式如下：

(1)

其中，Q為經過合并后的點跡的距離、方位或俯仰值，Qi為各分裂點跡的距離、方位或俯仰值，Vi為信號強度(Vi為線性值，信處送來的強度為對數值，必須化為線性值)。

2.3 航跡建立

當目標點跡符合起航準則時(及運動參數符合目標特征)，數據處理應能建立該目標的運動航跡，包括自動建航和手動建航。數據處理工作正常模式下采用了自動建航，當虛警較高或者檢測概率比較低的情況可采用手動建航。

2.4 航跡相關

依據相關波門、系統航跡預測值和濾波器通道號，完成凝聚點跡和與已有系統航跡間所屬關系的判定，建立系統航跡與凝聚點跡的配對矩陣，并選擇統計距離最近的凝聚點跡作為系統航跡的更新點跡。

2.5 航跡質量管理

根據航跡與點跡的相關情況，進行航跡質量的增減，航跡質量決定了航跡的起始與撤銷。所以，在航跡處理的同時，根據航跡與點跡相關的情況，實時更新航跡質量，并根據航跡質量來判斷航跡是否轉確認或者撤銷。

2.6 航跡批號管理

對于新起始的航跡信息，數處應該能自動給該航跡確立目標批號，新確定的批號應該符合以下要求：

1) 對于特定已建立航跡的目標，在該目標航跡撤消前該目標的目標編號不得改變，目標撤消后應繼續外推一定時間(約3～5個周期)，當新建目標和外推目標關聯時允許使用原有批號；

2) 新撤消的航跡批號應保留一定時間方可重新使用；

3) 新建立的目標航跡應按照輪詢原則尋找允許使用的空目標標號分配給該目標航跡。

3 工程應用效果

在介紹具體項目應用前，首先簡要介紹ReWorks嵌入式實時集成開發環境(ReDe)的特點以及與該操作系統配套的硬件平臺。ReDe以Eclipse開放體系結構為基礎，結合嵌入式軟件開發以及ReWorks操作系統的特點，實現了功能定制改造和工具鏈擴展，可以運行于Linux 、Windows等多種操作系統，對不同的系統具有很好的兼容性；數據處理硬件平臺選用基于龍芯3A-2000處理器的6U CPCI標準單板計算機，龍芯[5]3A-2000是龍芯3號多核處理器系列中最成熟的一款產品，其采用65nm工藝制造，在單個芯片內集成了4個64位超標量通用處理器核，最高工作主頻為1GHz，可有效服務于大型信息處理、顯示處理等實時系統，具有電源管理，音視頻接口、SATA存儲接口、USB接口保護、網絡MAC、超級IO、鍵盤鼠標、硬件自檢等功能模塊。圖2是REDE開發環境的界面布局；圖3是龍芯3A的6U標準的單板機；圖4是應用ReWorks的數據處理軟件在某型號項目雷達中跟蹤目標的航跡效果圖，從圖中可以看出，基于ReWorks實時操作系統的數據處理軟件能夠實現穩定航跡跟蹤。

4 結束語

本文首先通過分析軟件國產化的必要性，同時介紹了從事項目中應用到的國產操作系統的特點和性能，結合從事的雷達數據處理工作，設計了能夠在國產操作系統下有效工作的數據處理軟件，解決了部分軍用軟件過分依賴國外商用產品帶來的隱患，具有較高的經濟價值和軍事價值。

圖2 REDE開發環境的界面布局

圖3 龍芯3A單板機

圖4 基于ReWorks的航跡跟蹤效果圖

參考文獻:

[1] 邱浩，奚培峰，楊帆，殷君.EtherNet/IP通信網關的研制和應用[J].低壓電器，2009(15)：35-37.

[2] 鄭瑩瑩.基于Reworks平臺的點跡處理設計實現[J].科技視界，2016(15)：118.

[3] 何友，修建娟，張晶煒，等.雷達數據處理及應用[M].北京：電子工業出版社，2006：1-2.

[4] 羅利強，張艷艷，高恒.雷達數據處理軟件模塊化研究[J].火控雷達技術，2013.42(2)：38-41.

[5] 張瀟瀟，王士成，王未名.基于VPX標準的雙路“龍芯”3A計算機模塊設計[J].飛行器測控學報，2013.32(6):531-536.