VTS雷達(dá)信號處理器的設(shè)計與實現(xiàn)

張榆皓 中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所

VTS雷達(dá)信號處理器的設(shè)計與實現(xiàn)

張榆皓 中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所

本文在對VTS雷達(dá)信號處理器分析研究內(nèi)，主要對VTS系統(tǒng)內(nèi)雷達(dá)信號處理系統(tǒng)研究。雷達(dá)信號處理系統(tǒng)是以DSP機(jī)制完成信號處理，由邏輯器件與高性能DSP實現(xiàn)，進(jìn)而對雷達(dá)視頻信號有效處理。利用DSP在信號處理內(nèi)優(yōu)勢，在噪聲及雜波狀態(tài)之下，精確獲取船舶信息，對港口內(nèi)船舶動態(tài)檢測，制定有關(guān)信息報告。VTS雷達(dá)信號處理器在實際應(yīng)用內(nèi)效果顯著。

雷達(dá) VTS DSP 實時處理

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

1 VTS系統(tǒng)簡介

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)計內(nèi)，采取并行流水模式，主要由四個模塊構(gòu)成，分別為定時控制模塊、處理模塊、儲存模塊及控制模塊，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

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。雷達(dá)子系統(tǒng)是以計算機(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，對檢測對象進(jìn)行識別跟蹤，自動生成檢測報告，并且將報告?zhèn)鬏數(shù)娇刂浦行膬?nèi)。VTS系統(tǒng)在設(shè)計內(nèi)，需要對雷達(dá)信號處理過程內(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)長度也會超過幾十米，進(jìn)而目標(biāo)點數(shù)也相對較多。保證匹配濾波器設(shè)計合理，進(jìn)而提升目標(biāo)檢測效果，有效減少干擾目標(biāo)數(shù)量。

其次，雷達(dá)信號預(yù)處理內(nèi)，包含大量數(shù)據(jù)信息，同時數(shù)據(jù)處理也應(yīng)該十分集中。因此，雷達(dá)信號相對集中。因此，提升儲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)在信號處理上優(yōu)勢。

最后，雷達(dá)子系統(tǒng)在完成信號預(yù)處理之后，需要符合實時性特征，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，及時將雷達(dá)信號傳輸?shù)缴衔粰C(jī)內(nèi)進(jìn)一步處理雷達(dá)信號。因此，雷達(dá)子系統(tǒng)應(yīng)用CPCI

本文所研究的VTS雷達(dá)信號處理器是以美國研究公司所研發(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)信號處理能力。在VTS系統(tǒng)芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)信息儲存空間具有算數(shù)邏輯形式，數(shù)據(jù)信息可以按照實際情況，合理分配儲存器，進(jìn)而有效滿足VTS系統(tǒng)對于儲存空間及系統(tǒng)系統(tǒng)需求，有效解決雷達(dá)子系統(tǒng)在儲存空間內(nèi)需求。

CPCI有效結(jié)合傳統(tǒng)CPI優(yōu)勢，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)計地方時，可以有效解決傳統(tǒng)雷達(dá)子系統(tǒng)在應(yīng)用內(nèi)所存在的實時性問題，有效提升VTS系統(tǒng)性能。

2.2 軟件算法設(shè)計

按照VTS系統(tǒng)特征，雷達(dá)處理器算法在實際應(yīng)用內(nèi)，可以有效保證數(shù)據(jù)信息處理效果，同時數(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)在運營內(nèi)靈敏性，進(jìn)而保證回波信號強度及距離。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

恒虛警檢測是近幾年所研發(fā)出的代表性VTS雷達(dá)信號檢測器，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。恒虛警檢測在應(yīng)用內(nèi)，可以按照參考單元順序，從大到小對模塊有序處理，進(jìn)而選擇專門采樣數(shù)值，對雜波功率客觀評估，完成整個檢測流程。

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

3 雷達(dá)子系統(tǒng)實現(xiàn)

雷達(dá)子系統(tǒng)可以對原始視頻信號形式化處理，主要包含三部分內(nèi)容，分別為雷達(dá)信號、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)備所存在的實時處理問題。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)高度表信號處理器的設(shè)計及FPGA實現(xiàn)[J].信號處理,2005,04:409-412

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