艇载雷达对海动目标检测系统设计与DSP实现

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随着无人控制技术的快速发展,各种无人设备相继问世,而水面无人艇作为维护海洋权益的工具和现代化武器,具有广泛的应用前景,已逐渐成为智能装备领域的研究热点。无人艇载雷达作为水面无人艇的主要探测仪器,其性能直接决定了水面无人艇的探测能力。在实际应用中,无人艇往往由技术人员远程操控,在各种极端复杂的场景下完成对目标的实时探测与跟踪。在这个过程中,实时性与稳定性是最基础的两项指标。因此,研究一种适应于无人艇应用场景的雷达实时处理系统变得尤为重要。本文通过对无人艇载跟踪雷达主要算法进行研究,在多核DSP C6678上设计并实现了一套能够满足无人艇性能需求的动目标检测系统,并对艇载雷达的跟踪系统进行了算法仿真与方案设计。本文主要研究的内容与完成的工作有以下几个部分:首先,给出了无人艇载雷达的信号系统处理流程,研究并分析了多普勒中心估计和动目标检测MTD的算法原理,重点对恒虚警检测处理的算法选择展开研究,仿真并对比了三种均值类恒虚警检测算法在均匀杂波背景和能量突变杂波背景下的检测能力,最终结合项目实际,选择GO-CFAR完成本系统的恒虚警检测处理。在完成动目标检测系统的算法设计后,对整个信号处理流程进行Matlab仿真,从而验证了系统的可行性。其次,基于海上动目标跟踪的应用背景,研究适合实际工程需求的数据处理算法。结合仿真实验,深入探讨了航迹处理流程中的点迹预处理,航迹起始以及航迹关联三个关键环节,为项目第二阶段的工程实现提供了理论支持与方案设计。在预处理环节,针对极-直坐标系转换带来的有偏估计问题,推导了坐标转换的补偿公式,从而保证补偿后的量测数据是无偏的。在航迹起始环节,研究了直观法和传统逻辑法的算法原理和实现方法,针对目标转向时航迹难以起始的问题提出了基于逻辑法的改进航迹起始算法并对改进后的算法进行仿真测试,结果表明相比传统逻辑法,改进算法提高了转向目标的航迹起始能力。在航迹关联环节,结合项目实际情况设置多种环境对NNSF、PDAF和联合数据关联滤波算法(JPDAF)展开仿真比较,根据仿真结果综合考虑算法的实时性与准确性,选择PDA算法作为航迹关联算法。最后,设计了基于8核的雷达动目标检测系统框架。以核0为控制中心,负责协调其他核心完成各自的处理任务并进行数据接收与下发,为了实现艇载雷达系统对实时性的要求,设计了基于6核的乒乓数据处理方案,将核2至核7共六个核分为乒乓两组,实时不间断的处理核0接收的脉压数据,处理后的结果由核1通过udp通信上报给上位机。此外,对该框架下的芯片初始化流程,核间同步,内存分配部分进行了详细的介绍。给出SRIO接口的实现流程与中断服务子程序的设计方案。在动目标检测算法的移植部分,给出各算法在DSP上的实现方案并通过多种手段对高耗时的模块进行封装与优化。接下来,对整个动目标检测系统展开测试,通过对比DSP和Matlab的处理结果,证明了算法移植的正确性。通过测试各模块的处理时间,表明系统符合实时性要求,最终证明了本框架的可行性。
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