[發明專利]基于GPU的外輻射源雷達信號實時處理系統及處理方法

有效

• 申請號: 201210192717.1
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN102707272A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王俊;劉田;夏斌;武勇;謝夢瑤;賈永勝;何春娟;董亮玉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬雷達技術領域，涉及雷達信號處理技術，具體來說是一種基于GPU的外輻射源雷達處理實時系統及實現方法，可在Visual?Studio+CUDA軟件集成開發平臺下實現數據的實時處理，對目標進行檢測與定位跟蹤。

技術背景

近年來，隨著武器科技的日新月異，尤其是反輻射導彈等的出現，擔負著戰場“千里眼”角色的雷達系統本身的安全面臨著日益嚴峻的威脅。通常以單基地形式出現的傳統有源雷達面臨著“四大威脅”，即電子干擾、超低空突防、反輻射導彈以及隱身武器。無源雷達作為一種特殊形式的雙基地雷達，其發射站和接收站是分開的，且接收者站本身不發射電磁波，而是采用非合作式的民用機會照射源，因而隱蔽性好，面對“四大威脅”時有良好的對抗性，提高了系統的戰場生命力，成為雷達領域研究的熱點。

基于外輻射源的無源雷達除了本身戰場生命力強、反隱身外，還具有如下優點：①工作頻點低，分布范圍廣，便于多發射站聯合定位；②信號形式多樣，可選擇性強，不易被干擾；③系統生存能力強，可多站多頻段協調工作，甚至組網進行數據融合。然而由于外輻射源具有非協作、不可控、不可預知的特性，外輻射源雷達的探測性能受到較大的限制，導致外輻射源雷達探測精度明顯低于傳統雷達。因此工程中需采用更復雜的信號處理手段，可以采取多輻射源，多接收站綜合利用，融合多站處理結果，從而更有效的完成目標檢測，提高定位精度，但同時會產生計算量大，處理復雜的問題。

目前無源雷達定位跟蹤系統的數據處理實現算法主要是通過開發專用信號處理板進行數據處理，但這種硬件平臺搭建復雜，對于運算量大的數據處理，一般只能依靠增加硬件規模來實現，開發費用相對較高。此外，信號處理板的開發、調試周期長，可操作性較差，開發難度加大，處理速度慢，難以滿足對外輻射源信號實時處理的要求。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出了一種基于GPU的外輻射源雷達信號實時處理系統及處理方法，以提高系統數據處理速度，并簡化系統結構，降低開發費用，提高可操作性，更好的滿足對外輻射源信號實時處理的要求。

為實現上述目的，本發明提供的基于GPU的外輻射源雷達信號實時處理系統包括：

八陣元天線，用于同時接收8個調頻廣播基站的信號，得到8路輸出信號；

數據采集單元，用于接收八陣元天線輸出的8路信號，并對這8路信號依次進行寬帶放大、帶通采樣、A/D變換和數字下變頻處理，獲得8路數字基帶信號，輸出給數字信道化接收單元；

數字信道化接收單元，用于對數據采集單元輸出的8路數字基帶信號進行數字化接收，將每路數字基帶信號送入FPGA做數字信道化處理，在FPGA中經過抽取、多相濾波后選擇輸出8個頻點的信號，這8個頻點的信號分別對應于8個調頻廣播基站的信號發射頻率f₁，f₂,…,f₈，即整個數字信道化接收單元共輸出8*8=64路信號給數據傳輸單元；

數據傳輸單元，用于將數字信道化接收單元獲得的64路數字基帶信號進行打包處理，并通過2塊千兆網卡寫入到數據處理單元中進行信號處理；

數據處理單元，采用插有4塊GPU顯卡的工作站，用于讀取從數據傳輸單元傳輸的64路數字基帶信號，并對這64路數字基帶信號先進行數字波束形成，得到8個頻點的參考信號和目標回波信號，繼而依次對獲得的8個頻點的參考信號和目標回波信號進行自適應雜波對消、距離-多普勒二維相關運算、恒虛警檢測以及對目標的比幅測角處理，每塊GPU顯卡負責2個頻點的信號處理，4塊GPU并行完成8個頻點的信號處理，處理結果通過網線傳輸給終端顯控單元；

終端顯控單元，它包括控制子模塊和顯示子模塊兩部分，該控制子模塊，用于向信號處理單元發送控制命令并設置初始參數，該顯示子模塊，用于對信號處理單元獲得的8個頻點的目標信息進行目標融合和航跡處理，通過點跡凝聚，航跡起始、點跡與航跡的關聯、航跡消亡的處理，得到目標距離-多普勒航跡信息，并根據目標角度信息解算出目標的位置，顯示出目標的真實航跡。

為實現上述目的，本發明提供的基于GPU的外輻射源雷達信號實時處理方法，包括以下步驟：

(1)分配內存和顯存空間，進行初始化：

(1a)輸入信號處理所需的基本參數，該基本參數包括：雜波對消階數、恒虛警檢測門限值、恒虛警類型值和天線尋北偏差角度；

(1b)在CPU上分配2塊內存緩沖區A和B，并建立數據傳輸握手工作標志FlagA和FlagB，將FlagA和FlagB都置為0，同時，在4塊GPU上分配顯存空間；