基于多核数字信号处理器穿墙雷达运动目标跟踪成像方法与流程

本发明涉及数字信号处理技术领域，具体涉及一种基于多核数字信号处理器穿墙雷达运动目标跟踪成像方法。

背景技术：

随着科技生活的飞跃式发展，根据军事、保卫国民身体财产安全以及一些商业要求，雷达作为一种可以探测目标、跟踪成像的高端技术已经成为了各大研究机构和商业公司争先恐后所要研究的重要课题。当面对地质勘探、灾后救援、恐怖组织袭击时，超宽带（uwb）穿墙探测技术凭借其特有的强穿透性、极高的距离分辨率、清晰的成像结果等特点，在近距离探测场景中有着广泛的应用。

随着数字信号处理技术地不断发展，目标识别与定位对超宽带雷达成像技术实现提出了高分辨率、强实时性的要求，使得超宽带雷达成像系统能够处理海量数据、完成复杂的成像的算法，具有更高的数据吞吐能力。传统的雷达信号处理系统平台使用的是单核处理器，设备结构复杂，功能简单，难以满足高速处理的实时信号的要求。多核在这种情况下应运而生，多核相比单核，拥有更快的处理性能，占用更小的pcb面积，更低的功耗，成为了近些年数字信号处理器中的佼佼者。

穿墙成像雷达的特点是信号复杂度高、数据量巨大、处理实时性较难实现。就目前而言，硬件实现技术主要有现场可编程门阵列（fieldprogrammablegatearray，简称fpga）技术、专业asic(applicationspecificintegratedcircuits)芯片技术技术二大类。fpga普遍用来实现数字电路模块，拥有丰富的逻辑资源、i/o资源，适用于框图式编程、任务比较固定或者重复的情况下的场合，在信号处理的场景下主要利用自身的优势用来负责接口控制，完成较低复杂度的算法，一般普遍用于雷达信号的采集部分。专业asic芯片技术拥有较高的速度和尽可能小的面积以及完全满意的封装，但是其灵活较差，设计成本昂贵。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明所解决的问题是满足超宽带雷达成像实时性要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种基于多核数字信号处理器穿墙雷达运动目标跟踪成像方法，具体步骤如下：

（1）利用雷达信号采集设备对墙后移动目标进行信息数据采集输入pc端；

（2）pc端将所获取的移动目标的信息数据按时间间隔进行数据封装，依次通过千兆以太网传输至多核数字信号处理器进行处理，优选地，所述时间间隔为0.01秒；

（3）多核数字信号处理器将所接受的数据分为8份，存入公共存储区；

（4）以core0作为主核，控制系统的初始化，通过ipc核间通信通知其他从核执行各自任务；

（5）以core1-7作为从核，接受到主核core0命令后，访问公共存储区的数据，按照存储地址读取各自需要的原始数据；

（6）每一个核读取对应的通道信息数据，按照雷达bp成像算法进行时延计算，计算完成后将所得结果送至原有存储区；

（7）主核core0将每一个核的结果进行最后算法的叠加整理，并将结果通过千兆以太网原路送回至pc端。

步骤（2）、步骤(7)中，所述千兆以太网利用ndk（networkdevelopmentkit）网络开发套件，通过底层硬件驱动程序设计以tcp/ip协议创建网络端口、ip绑定和任务进程，采用用户端的网络应用程序设计，通过tcp网络，按照网络协议将需要处理的数据发送给多核数字信号处理器的服务器，多核数字信号处理器接收到数据后进行运算，运算结束后将运算结果，再发送给客户端，完成数据之间的交互；

所述底层硬件驱动程序采用硬件信号量来进行互斥，根据自己的需求使用相应的驱动函数，进行参数配置修改；

所述tcp/ip协议采用tcp协议；

所述用户端的网络应用程序采用套接字socket开发服务器，包括以下过程；

1）创建socket服务器对象，监听套接字；

2）建立连接，并等待客户端发起主动连接请求；

3）发送接收数据，服务器端则负责监听连接请求，请求通过后开始传输数据；

4）关闭文件对话，断开连接。

步骤(4)中，利用多核数字信号处理器的并行架构的特点，将计算的数据按照通道数划分，计算每一个通道的信息数据，最后做一个叠加运算；

步骤（6）中，多核数字信号处理器根据任务的分配选择主从拓扑结构，利用ipc中断作为通信方式，core0作为主核单元与外界进行数据交换，并通过核间中断与从核进行数据通信和状态同步，通过主核的中断触发执行任务，从核进行算法计算任务；

本发明的有益效果：实现了pc端与多核数字信号处理器之间的数据传输，根据主从模型对雷达bp成像算法进行任务规划，调用多核同步执行计算任务，提高了运算效率，实现运动目标跟踪成像的实时性。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明以太网程序设计的流程示意图；

图3为本发明中雷达bp成像算法的流程图；

图4为本发明并行架构设计的主从模型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的说明，但不是对本发明的限定。

实施例：选用ti公司的tms320c6678多核数字信号处理器来进行说明。

在本实施例中，如图1所示，将每一个通道的数据量划分为一个基本任务数据量，计算的数据量可划分为n个基本任务，n取决于雷达采集通道的数量。

图1示出了一种基于多核数字信号处理器穿墙雷达运动目标跟踪成像方法，具体步骤如下：

（1）利用雷达信号采集设备对墙后移动目标进行信息数据采集输入pc端；

（2）pc端将所获取的移动目标的信息数据按时间间隔进行数据封装，依次通过千兆以太网传输至多核数字信号处理器进行处理，优选地，所述时间间隔为0.01秒；

（3）多核数字信号处理器将所接受的数据分为8份，存入公共存储区；

（4）以core0作为主核，控制系统的初始化，通过ipc核间通信通知其他从核执行各自任务；

（5）以core1-7作为从核，接受到主核core0命令后，访问公共存储区的数据，按照存储地址读取各自需要的原始数据；

（6）每一个核读取对应的通道信息数据，按照雷达bp成像算法进行时延计算，计算完成后将所得结果送至原有存储区；

（7）主核core0将每一个核的结果进行最后算法的叠加整理，并将结果通过千兆以太网原路送回至pc端。

步骤（2）、步骤(7)中，所述千兆以太网利用ndk（networkdevelopmentkit）网络开发套件，通过底层硬件驱动程序设计、以tcp/ip协议创建网络端口、ip绑定和任务进程，采用用户端的网络应用程序设计，通过tcp网络，按照网络协议将需要处理的数据发送给多核数字信号处理器的服务器，多核数字信号处理器接收到数据后进行运算，运算结束后将运算结果，再发送给客户端，完成数据之间的交互；

所述底层硬件驱动程序采用硬件信号量来进行互斥，根据自己的需求使用相应的驱动函数，进行参数配置修改；

所述tcp/ip协议采用tcp协议；

所述用户端的网络应用程序采用套接字socket开发服务器，包括以下过程，如图2所示；

1）创建socket服务器对象，监听套接字；

2）建立连接，并等待客户端发起主动连接请求；

3）发送接收数据，服务器端则负责监听连接请求，请求通过后开始传输数据；

4）关闭文件对话，断开连接。

在本实施例中，选择静态ip（staticip）模式编程指定tms320c6678的ip地址。多核数字信号处理器的ip地址：192.168.2.100，pc端的ip地址：192.168.2.102。c6678网口和pc端之间是通过100mbps网卡模式的方式连接，pc端与c6678的ip端口握手协议达成后网络通路建立，开始传输数据。由于初始化程序需要在核0上完成，因此将核0选作实现网络通信的控制核，核0与其他核的数据交换在公共存储区上完成。

步骤(4)中,如图3所示，利用多核数字信号处理器的并行架构的特点，将计算的数据按照通道数划分，计算每一个通道的信息数据，最后做一个叠加运算；

在本实施例中，所述多核数字信号处理器的并行架构采用主从模型，如图4所示，主核核0为主控制核，负责系统的初始化，对数据进行初步操作，核1-7作为从属核，接收核0的指令进行相关运算，并将所得结果传送给核0做最后的数据整合。

步骤（6）中，多核数字信号处理器根据任务的分配选择主从拓扑结构，利用ipc中断作为通信方式，core0作为主核单元与外界进行数据交换，并通过核间中断与从核进行数据通信和状态同步，通过主核的中断触发执行任务，从核进行算法计算任务；

在本实施例中，在目标运动中，对运动目标轨迹进行追踪。以运动目标开始的时间为基准，以0.2秒的间隔对目标进行成像，以每秒6帧的帧率分别在目标运动的第0秒，0.2秒，0.4秒，0.6秒，0.8秒，1秒的时刻对目标进行成像。对每帧图像数据作为一个文件依次输入，在多核数字信号处理器中对其进行依次处理，将所得处理结果进行最后叠加就可以得到运动目标的运动轨迹，从而对目标运动方向和距离进行判断。

以上结合附图对本发明的实施方式做出了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，对这些实施方式进行各种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。