专利名称：基于tcp的全双工通信外辐射源雷达数据传输显控方法
技术领域：
本发明属雷达技术领域，具体来说是一种基于网络Socket-TCP协议实时全双工通信的外辐射源雷达终端监控-显示界面的实现方法，可用于设置参数和显示目标航迹。
背景技术：
常规有源雷达其发射信号易于被敌方侦听和截获，因而容易遭受电子干扰和反辐射导弹的袭击。近年利用广播、电视、卫星等民用照射源的无源雷达探测技术越来越受到大家的重视。无源雷达系统本身不需要发射信号，而是利用环境中已有的或者目标本身的发射的电磁波信号进行目标探测与定位，因此它具有抗干扰、抗反辐射导弹、抗低空突防和反隐身的综合“四抗”潜力。
基于外辐射源的无源雷达系统生存能力强，可多站多频段协调工作，甚至组网进行数据融合。由于外辐射源具有非协作、不可控、不可预知的特性，外辐射源雷达的探测性能受到较大的限制，导致外辐射源雷达探测精度明显低于传统雷达。因此工程中可以采取多辐射源，多接收站综合利用，融合多站处理结果，从而更有效的完成目标检测，提高定位精度，但同时会产生计算量大，处理复杂等问题。目前无源雷达系统的信号处理实现算法主要是通过开发专用信号处理板进行处理，因此信号处理结果与终端界面之间的数据传输主要通过串口通信机制来实现，其数据传输以“位”为单位进行，速率较慢，并且传输模式是单向的，即只能由信号处理板将处理结果传送给终端，对于其中各项参数的修改只能中断处理流程，进入源代码中进行，操作较为麻烦，查找修改的过程浪费了大量的资源。此外，传统的终端界面只有显示功能，不具备实时的监控功能，不能满足便捷、人性化的功能需求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种基于TCP的全双工通信外辐射源雷达数据传输显控方法，以提高数据传输速率，扩展传输模式，扩充终端界面功能，增强实时性和可操作性。实现本发明的技术思路是终端监控-显示界面利用百兆或千兆以太网卡基于网络Socket-TCP对信号处理机实时的设置和修改参数信息，同时接收信号处理后的目标数据进行后续的雷达数据处理，最终显示目标航迹，其实现步骤包括如下(I)启动整个雷达系统，在终端监控-显示界面初始化信号处理相关参数，即设置工作模式为标准模式，杂波相消阶数为4(Γ128，恒虚警检测系数为5. 5，天线寻北偏差为
O。，频点信息为I、个；(2)终端监控界面以TCP协议的客户机和服务器模式发送上述参数，在传输参数信息时，该客户机端是指监控界面，该服务器端是指雷达前端的信号处理机；(3)信号处理机根据接收到的参数值对每帧原始数据进行雷达信号处理和比幅测角处理，开启四个数据处理线程分别对8个频点数据进行处理，每个线程处理两个频点的数据，并将结果打包发送给终端显示界面；(4)终端显示界面以TCP协议的客户机和服务器模式接收信号处理数据，在传输信号处理数据时，该客户机端是指信号处理机，该服务器端是指显示界面；(5)终端显示界面对接收到的每一帧8个频点的数据进行点迹融合，即取出多普勒通道号和距离通道号相同，方位角接近的点迹，求得其平均值作为此时刻目标点迹的真实信息；(6)点迹融合后对目标进行距离解算，即根据目标的延时单元和方位角信息，将目标的双基地距离解算为目标到接收机的实际距离；(7)对距离解算后的点迹进行航迹起始、点迹与航迹关联、以及航迹消亡的航迹处理，最终显示航迹结果； (8)在上述各步骤执行过程中，如需更改参数信息，直接打开参数设置界面重新设置参数值，转步骤(2)，信号处理机从下一帧开始以新参数值进行各项处理，随后依次执行步骤⑶至步骤(7)。本发明具有以下优点(I)数据传输速率快。本发明基于TCP协议，利用百兆或千兆以太网卡以“字节”为单位传输数据，故能够提高通信速率，满足数据传输的实时性要求。(2)传输模式全双工化。本发明利用不同的网络端口进行通信，终端显控界面与信号处理机之间同时独立地进行双向数据传输，这与传统雷达系统中信号处理板和终端界面的单向通信机制相比，实现了实时全双工的数据通信模式。(3)可操作性好。本发明将信号处理机看作一个黑盒子，当整个雷达系统需要修改信号处理相关参数时，用户不需要中断运行中的系统，只需在监控界面更改信号处理相关参数并重新设置即可，操作简单方便，系统利用率高。(4)界面功能的多元化。本发明在传统的雷达终端显示界面上添加了实时监控功能，开发了集监控功能和显示功能于一体的雷达终端显控界面，丰富了传统的雷达终端界面。
图I是本发明应用的雷达系统示意图；图2是本发明全双工通信的数据传输显控总流程图；图3是本发明中的信号处理数据传输时的时钟同步子流程图；图4是本发明中的雷达数据处理子流程图；图5是用本发明对目标做航迹处理前的距离-方位角实验结果图；图6是用本发明对目标做航迹处理后的距离-方位角实验关联图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的内容和效果。参照图1，本发明应用的外辐射源雷达处理系统主要由八阵元天线、数据采集器、数字信道化接收机、信号处理机和终端监控-显示界面组成。其中，八阵元天线接收调频广播信号，接收的调频广播信号中主要包括目标信号，直达波信号，地物杂波及多径杂波信号，这些信号经数字信道化接收机接收，通道均衡和下变频处理后转换为原始数据，将这些原始数据传送至信号处理机，信号处理机根据终端监控界面设置的信号处理相关参数，对获取的原始数据进行自适应杂波相消、距离-多普勒二维相关运算、恒虚警检测和比幅测角处理，并将处理结果打包发送给终端显示界面，终端显示界面进行后续的多频点数据融合、目标距离解算和目标航迹处理，最终显示航迹结果。参照图2，本发明全双工通信的数据传输显控总流程图，其实现步骤如下步骤一启动整个雷达系统，在终端监控界面初始化设置信号处理相关参数，即设置工作模式为标准模式，相消阶数为4(Γ128，恒虚警检测系数为5. 0，天线寻北偏差为0°，频点信息为I、个。步骤二 终端监控界面以TCP协议的客户机和服务器模式发送上述参数。(2a)在服务器端建立服务器套接字sockSrv，绑定该套接字到本地端口 6000上， 并将该套接字设置为监听模式，监听等待来自客户机端的发送连接请求，这里传输参数信息时的服务器端是指雷达前端的信号处理机；(2b)在客户机端开启一个发送参数线程sendThread，建立客户机套接字sockClient，绑定该套接字到本地端口 6000上，连接服务器，当连接返回值为_1时，表示连接失败，退出该发送线程并提示用户检查连接设备，否则表示连接成功，准备发送数据，这里传输参数信息时的客户机端是指监控界面；(2c)客户机端连接成功后，将设置的信号处理相关参数值依次写入发送缓冲区中，即将步骤一设置的标准工作模式、杂波相消阶数、恒虚警检测系数、天线寻北偏差、频点信息，依次写入发送缓冲区中，开始发送数据；(2d)服务器端接收到连接请求后，开始接收数据，从接收缓冲区中依次提取出上述写入的信号处理相关参数值，并反馈确认信息给客户机端；(2e)客户机端接收到信号处理相关参数设置成功的反馈信息后，弹出对话框提示用户设置成功，参数设置完成。步骤三信号处理机根据接收到的信号处理相关参数对每帧原始数据进行雷达信号处理。信号处理机开启四个数据处理线程分别对8个频点的原始数据进行信号处理，每个线程处理两个频点的数据，即分别进行自适应杂波相消、距离-多普勒二维相关运算、恒虚警检测和比幅测角处理，并将该信号处理数据打包发送给终端显示界面。步骤四终端显示界面以TCP协议的客户机和服务器模式接收信号处理数据。(4a)在服务器端开启四个接收数据线程ReceiveThread，每个线程分别建立一个服务器套接字，一共建立了 4个服务器套接字sockSrvl, sockSrv2, sockSrv3, sockSrv4 ；绑定套接字sockSrvl到本地端口 6001上，绑定套接字sockSrv2到本地端口 6002上，绑定套接字sockSrv3到本地端口 6003上，绑定套接字sockSrv4到本地端口 6004上；将每个套接字设置为监听模式，监听等待来自客户机端的发送连接请求；这里传输信号处理数据时的服务器端，是指信号处理机；(4b)客户机端在每个数据处理线程中分别建立一个客户机套接字，一共建立了4 个客户机套接字sockClientl，sockClient2, sockClient3, sockClient4 ;绑定套接字sockClientl到本地端口 6001上，绑定套接字sockClient2到本地端口 6002上，绑定套接字sockClient3到本地端口 6003上，绑定套接字sockClient4到本地端口 6004上；连接服务器，当连接返回值为-I时，表示连接失败并退出该线程，否则表示连接成功，准备发送数据；这里传输信号处理数据时的客户机端是指显示界面；(4c)客户机端连接成功后，将信号处理数据依次写入发送缓冲区开始发送，发送的数据以帧为单位，每帧数据包的信息有目标帧号、目标频点号、目标总个数、目标多普勒单元、目标距离单元、目标幅度和目标方位角；(4d)服务器端接收到客户机端的连接请求后，四个接收数据线程同时独立地接收信号处理数据；(4e)在上述信号处理数据的传输过程中，需采用时钟同步控制分别对服务器端与客户机端之间、服务器端的四个接收数据线程之间进行时钟同步操作；参照图3，本步骤时钟同步控制的具体实现如下 (4el)客户机端的四个数据处理线程每发送完一帧数据后，分别等待一段时间，并且保证信号处理所用时间、发送该帧信号处理数据所用时间以及线程的等待时间三者之和为I秒，等待至I秒后，客户机端的四个数据处理线程同时继续下一帧数据的处理和发送；(4e2)在服务器端设定一个公用计数器recv count,并将其初始化为0，每个接收数据线程触发一次数据接收操作后，recv count自加I,当recv count等于4时,表示8个频点的数据接收完毕，即接收到一帧的数据；(4e3)服务器端接收完这一帧数据后，接收数据线程发送自定义处理消息丽PROCESS给主线程，触发主线程中的雷达数据处理函数，随后主线程继续等待下一帧的自定义处理消息；(4e4)公用计数器recv count清O,四个接收数据线程同时开始,等待接收下一中贞的信号处理数据。步骤五终端显示界面对接收的信号处理数据进行雷达数据处理，显示最终航迹结果。参照图4，本步骤的具体实现如下(5a)如需要做点迹凝聚处理，终端显示界面对接收到的信号处理数据进行点迹融合，即取出多普勒通道号和距离通道号相同，方位角接近的点迹，求得其平均值作为此时刻目标点迹的真实信息；若不需要做点击凝聚处理，则直接进入步骤(5b)；(5b)点迹凝聚后对目标进行距离解算，即根据目标的延时单元和方位角信息，将目标的双基地距离解算为目标到接收机的实际距离；(5c)对距离解算后的目标点迹，采用滑窗法的3/4逻辑进行航迹起始判断，即当连续的四帧数据中任意三帧出现相关联的目标点迹，并且不属于已经建立的航迹，则认为有新航迹起始并且输出该新航迹，否则直接舍弃目标点迹；(5d)对每条建立的航迹进行点迹与航迹关联，建立一组航迹记录，分别记录每条航迹的最后一个点迹的信息，对这一帧接收到的目标点迹和每条航迹最后一个点迹的信息在目标距离单元、目标多普勒单元和目标方位角三个分量下做航迹相关，若关联成功则更新该条航迹最后一个点迹的信息为这一巾贞的目标点迹，否则直接舍弃该目标点迹；(5e)点迹与航迹关联后，对每条航迹进行航迹消亡判断，采用基于序列概率比检验算法SPRT，定义k时刻的航迹撤销门限为T (k)，检验统计变量为STi (k)，此处的STi (k)是指航迹i在截至k时刻为止连续未关联上新点迹的巾贞个数，即若航迹i此时刻关联上新点迹则将STiGO置为0，若航迹i此时刻没有关联上新点迹则STiGO自加1，此处的T(k)是指航迹消亡门限，设为常数10;当STiGO ^T(k)时，即当航迹i连续未关联上新点迹的帧个数超过10个时,认为该追踪目标超出探测范围,航迹i撤销；反之，当STiGiXTGO时,航迹i继续保留；(5f)对经过航迹消亡处理后依然保留的航迹记录，在显示界面上显示航迹结果。步骤六在上述各步骤执行过程中，如需更改参数信息，直接打开参数设置界面重新设置参数值，转步骤二，信号处理机将从下一帧开始以新参数值进行各项处理，随后依次执行步骤三至步骤五。本发明的效果可通过以下实验结果进一步说明I)实验条件 实验中终端监控-显示界面的软件平台为Visual Studio 2005，网卡类型为Intel通用百兆以太网卡，信号处理机的软件平台为Visual Studio 2008+CUDA，硬件平台采用GPU+CPU异构并行架构的高性能工作站，网卡类型为Intel通用千兆以太网卡；仿真数据采用8个调频台100秒连续帧的信号数据，仿真数据中包含三个运动目标，其中目标I沿正北偏东38°直线飞行，目标2沿正南偏东20°直线飞行，目标3沿正北偏西63°直线飞行，编程构建一个雷达监控界面用于设置和修改信号处理相关参数。2)实验内容及效果实验1，在雷达监控界面设置雷达信号处理的对消阶数为40、横虚警门限值为4. O的参数下，对3个仿真目标依次进行雷达信号处理、比幅测角、雷达数据处理和航迹结果显示，得到最终的目标距离一方位角结果如图5所示。图5中，圆周径向方向表示距离，单位为km,圆周角方向表不方位角，单位为°，竖直方向代表南北方向，水平方向代表东西方向，天线基线为正北方向，假设天线寻北偏差为0°，天线沿顺时针方向覆盖360°。由图5可以看出，在该组信号处理相关参数下，显示界面能够实时接收并显示结果，但目标航迹不够清晰，虚警点较多。实验2，在雷达监控界面修改雷达信号处理的对消阶数为128、横虚警门限值为6. O的参数下，对3个仿真目标依次进行信号处理、比幅测角、雷达数据处理和航迹结果显示，得到最终的目标距离一方位角结果如图6所示。图6中，圆周径向方向表示距离，单位为km,圆周角方向表不方位角，单位为°，竖直方向代表南北方向，水平方向代表东西方向，天线基线为正北方向，假设天线寻北偏差为0°，天线沿顺时针方向覆盖360° ;图中检测到的目标I的航迹在正北偏东38°的方向上，由A点被截获，一直追踪到B点位置；检测到的目标2的航迹在正南偏东20°的方向上，由C点被截获，一直追踪到D点位置；检测到的目标3的航迹在正北偏西63°的方向上，在E点被截获，一直追踪到F点位置。由图6可以看出，在显控界面对信号处理相关参数进行了调整，使得目标航迹结果清晰直观，可见本发明能够实现对外辐射源雷达系统数据传输的实时显控。
权利要求
1.一种基于TCP的全双工通信外辐射源雷达数据传输显控方法，其特征在于包括如下步骤 (1)启动整个雷达系统，在终端监控-显示界面初始化信号处理相关参数，即设置工作模式为标准模式，杂波相消阶数为4(T128，恒虚警检测系数为5. O，天线寻北偏差为0°，频点信息为I 8个； (2)终端监控界面以TCP协议的客户机和服务器模式发送上述参数，在传输参数信息时，该客户机端是指监控界面，该服务器端是指雷达前端的信号处理机； (3)信号处理机根据接收到的参数值对每帧原始数据进行雷达信号处理和比幅测角处理，开启四个数据处理线程分别对8个频点数据进行处理，每个线程处理两个频点的数据，并将该信号处理数据打包发送给终端显示界面； (4)终端显示界面以TCP协议的客户机和服务器模式接收信号处理数据，在传输信号处理数据时，该客户机端是指信号处理机，该服务器端是指显示界面； (5)终端显示界面对接收到的每一帧8个频点的数据进行点迹融合，即取出多普勒通道号和距离通道号相同，方位角接近的点迹，求得其平均值作为此时刻目标点迹的真实信息； (6)点迹融合后对目标进行距离解算，即根据目标的延时单元和方位角信息，将目标的双基地距离解算为目标到接收机的实际距离； (7)对距离解算后的点迹进行航迹起始、点迹与航迹关联、以及航迹消亡的航迹处理，最终显示航迹结果； (8)在上述各步骤执行过程中，如需更改参数信息，直接打开参数设置界面重新设置参数值，转步骤(2)，信号处理机从下一帧开始以新参数值进行各项处理，随后依次执行步骤(3)至步骤(7)。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的终端监控界面以TCP协议的客户机和服务器模式发送上述参数，按如下步骤进行 (2a)在服务器端建立服务器套接字sockSrv，绑定该套接字到本地端口 6000上，并将该套接字设置为监听模式，监听等待来自客户机端的发送连接请求，这里传输参数信息时的服务器端是指雷达前端的信号处理机； (2b)在客户机端开启一个发送参数线程sendThread,建立客户机套接字sockClient,绑定该套接字到本地端口 6000上，连接服务器，当连接返回值为-I时，表示连接失败，退出该发送线程并提示用户检查连接设备，否则表示连接成功，准备发送数据，这里传输参数信息时的客户机端是指监控界面； (2c)客户机端连接成功后，将设置的信号处理相关参数值依次写入发送缓冲区中，即将步骤(I)设置的标准工作模式、杂波相消阶数、恒虚警检测系数、天线寻北偏差、频点信息，依次写入发送缓冲区中，开始发送数据； (2d)服务器端接收到连接请求后，开始接收数据，从接收缓冲区中依次提取出上述写入的信号处理相关参数值，并反馈确认信息给客户机端； (2e)客户机端接收到信号处理相关参数设置成功的反馈信息后，弹出对话框提示用户设置成功，参数设置完成。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤(4)所述的终端显示界面以TCP协议的客户机和服务器模式接收信号处理数据，按如下步骤进行 (4a)在服务器端开启四个接收数据线程ReceiveThread，每个线程分别建立一个服务器套接字，一共建立了 4个服务器套接字sockSrvl, sockSrv2, sockSrv3, sockSrv4 ;绑定套接字sockSrvl到本地端口 6001上，绑定套接字sockSrv2到本地端口 6002上，绑定套接字sockSrv3到本地端口 6003上，绑定套接字sockSrv4到本地端口 6004上；将每个套接字设置为监听模式，监听等待来自客户机端的发送连接请求；这里传输信号处理数据时的服务器端，是指信号处理机； (4b)客户机端在每个数据处理线程中分别建立一个客户机套接字，一共建立了 4个客户机套接字sockClientl，sockClient2, sockClient3, sockClient4 ;绑定套接字sockClientl到本地端口 6001上，绑定套接字sockClient2到本地端口 6002上，绑定套接字sockClient3到本地端口 6003上，绑定套接字sockClient4到本地端口 6004上；连接服务器，当连接返回值为-I时，表示连接失败并退出该线程，否则表示连接成功，准备发送数据；这里传输信号处理数据时的客户机端是指显示界面； (4c)客户机端连接成功后，将信号处理数据依次写入发送缓冲区开始发送，发送的数据以帧为单位，每帧数据包的信息有目标帧号、目标频点号、目标总个数、目标多普勒单元、目标距离单元、目标幅度和目标方位角； (4d)服务器端接收到客户机端的连接请求后，四个接收数据线程同时独立地接收信号处理数据； (4e)服务器端对接收的信号处理数据进行雷达数据处理，显示最终航迹结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(4e)所述的服务器端对接收的信号处理数据进行雷达数据处理，按如下步骤进行 (4el)在服务器端设定一个公用计数器recv count，并将其初始化为0，每个接收数据线程触发一次数据接收操作后，recv count自加I,当recv count等于4时,表示8个频点的数据接收完毕，即接收到一帧的数据； (4e2)服务器端接收完这一帧数据后，接收数据线程发送自定义处理消息WM PROCESS给主线程，触发主线程中的雷达数据处理函数，随后主线程继续等待下一帧的自定义处理消息； (4e3)公用计数器recv count清0,四个接收数据线程同时开始,等待接收下一巾贞的信号处理数据。
全文摘要
本发明公开了一种基于TCP的全双工通信外辐射源雷达数据传输显控方法，主要解决传统雷达系统的信号处理板和终端界面之间通信的数据传输速率慢，传输模式单向，修改操作复杂，终端界面功能单一的问题。其实现过程为在监控界面设置或修改信号处理相关参数，并通过TCP协议发送给前端雷达的信号处理机；信号处理机根据信号处理相关参数进行各项信号处理，并将其处理结果打包，通过TCP协议发送给显示界面；显示界面接收到信号处理数据后进行雷达数据处理，最终显示目标航迹。本发明具有数据传输速率快，可操作性好，功能多元化，系统利用率高的优点，可实时监控整个雷达系统的处理过程，显示最终航迹结果。
文档编号G01S7/02GK102809743SQ201210245518
公开日2012年12月5日 申请日期2012年7月17日 优先权日2012年7月17日
发明者王俊, 谢梦瑶, 夏斌, 刘田, 贾永胜 申请人:西安电子科技大学