基于局域网和图形处理器的机载雷达实时信号处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达信号处理技术领域，特别涉及一种机载前视雷达实时信号处理方法。
【背景技术】
[0002]机载雷达具有前视高分辨率成像探测能力，可实现对飞行前方地面区域目标侦察、定位、识别和打击，能够有效提高战机的对地、对海的作战能力。前视实孔径雷达方位分辨率与发射波束宽度及探测距离成反比，方位分辨率随着波束宽度或作用距离的增加而急剧下降，不能对前视区域实现高分辨成像；单脉冲前视成像技术，仅适应于干净背景下的强点目标成像；正侧视合成孔径雷达和斜前视多普勒波束锐化技术，对前视区域存在成像盲区。然而由于前视雷达距离向回波可以视为雷达天线方向图垂直面和目标距离散射信息的卷积，方位向回波为雷达天线方向图与目标方位散射信息的卷积，因此可以通过解卷积技术来实现前视雷达方位向的高分辨成像。文献“Bayesian deconvolut1n forangular super-resolut1n in forward looking scanning radar，，(Sensors, 2015，15(3),pp:6924-6946)中提出了一种基于贝叶斯准则的解卷积方法，有效的提高了前视扫描雷达的方位分辨率。
[0003]在雷达信号实时处理领域中，目前，国内外一般的处理手段是采用DSP、FPGA或者其他专用处理器进行并行集群来获得大的通信带宽和高的数据处理效率，这些方法能够达到实时处理，但是这些设计方案具有开发难度高、系统复杂性高、工程量大、灵活性较低等弊端。图形处理器(GPU)近年来广泛应用于雷达数据的实时处理中，文献“Parallelprocessing techniques for the processing of synthetic aperture radar data onGPUs”(Signal processing and informat1n technology, 2011, pp: 573-580)中，在GPU 中并行实现了 SAR 中的 BP 成像算法，文献“Processing of synthetic aperture radar datawith GPGPU”(Signal Processing Systems (SiPS)，2009，pp: 309-314)利用 GPU 并行实现了距离多普勒SAR成像算法，达到了加速处理SAR雷达数据的目的。
【发明内容】
[0004]本发明针对机载前视雷达实时成像的问题，提出一种机载前视雷达实时信号处理方法及系统。
[0005]本发明的技术方案为:基于局域网和图形处理器的机载雷达实时信号处理方法，包括以下步骤:
[0006]S1:将雷达系统的计算机作为服务器，处理雷达数据的计算机作为客户端，并且服务器与客户端通过网线电缆连接，组成服务器至客户端的局域网；
[0007]S2:服务器接收原始雷达数据，并对原始雷达数据进行第一预处理和重组；
[0008]S3:服务器通过局域网数据传输通道，将经预处理和数据重组的原始雷达数据实时传输给客户端计算机；
[0009]S4:在客户端中并发地接收雷达数据和处理雷达数据，然后协同采用CPU和图形处理器实现机载前视雷达成像。
[0010]进一步地，步骤SI中所述雷达系统的计算机为具备网卡的计算机，所述处理雷达数据的计算机为具备网卡和图形处理器的计算机。
[0011]进一步地，所述步骤S2中的服务器端计算机对原始雷达数据进行第一预处理具体为:将服务器接收到的原始雷达数据进行雷达回波数据和惯导数据分割，并转化雷达回波数据和惯导数据的数据格式。
[0012]更进一步地，所述步骤S2中的服务器端计算机对原始雷达数据进行重组具体为:雷达回波数据和惯导数据的重组处理。
[0013]进一步地，步骤S3中所述的局域网数据传输通道具体为:采用套接字接口，建立基于TCP/IP协议的局域网数据传输通道。
[0014]进一步地，所述步骤S4中在客户端中并发地接收雷达数据和处理雷达数据在客户端雷达信号处理进程中实现，在客户端雷达信号处理进程中创建两个线程，第一线程用于接收服务器传输过来的经第一预处理和重组的原始雷达数据，第二线程用于处理第一线程接收的原始雷达数据，并且第一线程与第二线程之间通过CPU全局内存进行通信。
[0015]更进一步地，所述的第一线程与第二线程之间通过CPU全局内存进行通信具体为:第一线程将接收的原始雷达数据，以循环入队列的形式存入CPU全局内存中；第二线程以循环出队列的形式从CPU全局内存中取出原始雷达数据。
[0016]更进一步地，步骤S4中所述协同采用CPU和图形处理器实现机载前视雷达成像具体包括以下步骤:
[0017]S41:第二线程从CPU全局内存中读取一扫原始雷达数据；
[0018]S42:在CPU中对原始雷达数据进行第二预处理，所述第二预处理包括:将经第一预处理得到的原始雷达数据进行雷达回波数据和惯导数据分割，并转化雷达回波数据和惯导数据的数据格式；
[0019]S43:将经第二预处理得到的雷达回波数据和惯导数据复制到图形处理器的全局存储器中，通过CPU控制成像算法处理流程，在图形处理器中并行实现雷达回波数据的距离向脉冲压缩、基于惯导数据的距离走动矫正和方位向处理，得到图形处理器的前视雷达成像结果；
[0020]S44:将图形处理器的前视雷达成像结果复制到CPU中，最后通过CPU控制进行显不O
[0021]本发明有益效果:本发明的基于局域网和图形处理器的机载雷达实时信号处理方法，通过将雷达系统的计算机作为服务器，处理雷达数据的计算机作为客户端，组成服务器至客户端的局域网；服务器端计算机接收原始雷达数据，并对原始雷达数据进行预处理和重组；再在客户端计算机中并发的实现接收雷达数据和处理雷达数据；最后在客户端计算机中，协同利用CPU和图形处理器完成机载前视雷达成像算法实现。充分利用局域网的高速数据传输能力和GPU强大的并行处理能力，实现对机载前视雷达的实时成像和显示，与传统基于FPGA/DSP的实时成像方法相比，本发明具有系统复杂度低、开发难度低、工程量低、灵活度高等特点。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的一种机载前视雷达实时信号处理系统示意图。
[0023]图2为本发明的一种机载前视雷达实时信号处理方法流程图。
【具体实施方式】
[0024]为了方便描述本发明的内容，首先对以下术语进行解释:
[0025]术语1:局域网
[0026]局域网是在某一区域内，将各种计算机、外部设备和数据库等互相连接组成的计算机通信网，可以实现文件传输、文件管理、电子邮件、传真通信等功能。
[0027]术语2:图形处理器
[0028]图形处理器(Graphics Processing Unit (GPU))是一种专门用来进行图像运算工作的微处理器，近年逐渐广泛应用于医学、雷达、石油等领域的通用并行计算。
[0029]术语3:网卡
[0030]网卡就是以太网适配器，是局域网中连接计算机和传输介质的接口。
[0031]术语4:套接字接口
[0032]套接字接口是指一系列的套接字(Sockets)的接口函数，套接字是源IP地址、目的IP地址、传输层协议、源端口号、目的端口号的组合，用来区分来自不同应用程序和网络连接的通信，实现互联电子设备间的数据传输的并发服务。
[0033]术语5:TCP/IP
[0034]TCP/IP 即 Transmiss1n control protocol/Internet protocol 的缩写，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成，定义了电子设备如何接入因特网和数据如何在互联的电子设备之间传输的标准。
[0035]术语6:进程
[0036]进程是进程实体的运行过程，是计算机操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位，进程实体则由程序段、相关数据段和进程控制块组成。
[0037]术语7:线程
[0038]线程是进程中的一个执行单元，进程是一个应用程序的执行过程，一个进程中可以有多个线程独立的执行。
[0039]为了更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明做进一步详细描述。
[0040]本发明具体实施实例中雷达系统计算机采用的CPU型号为Intel i7_820QM，和网卡型号为Intel (R) I350Gigabit Network Connect1n，客户端计算机米用CPU型号为 Intel (R)Xeon(R)E5-2690, GPU 型号为英伟达 tesla K40c,网卡型号为 Intel (R)I350Gigabit Network Connect1n,连接雷达系统计算机和客户端计算机的网线为传输速率10Mbps的双绞线电缆。如图1所示为本发明系统示意图，具体方法流程如图2所示，包括如下步骤: