软件化雷达系统实时性研究

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传统的雷达系统通常基于嵌入式硬件平台,在得到高效执行优势的同时也带来了一些弊端:如开发效率低、维护成本高、升级代价大、拓展功能难等。随着数字化技术以及高性能计算的飞速发展以及传统雷达迫切需要改革的事实,软件化雷达应运而生。软件化雷达将传统雷达的软硬件进行解耦,将传统雷达信息处理算法从嵌入式平台转移到通用服务器平台,由此带来开发、维护、拓展、灵活等方面的巨大提升。雷达信息处理算法对时间要求十分敏感,因此验证雷达信息处理算法在通用服务器平台上运行的时间可行性就尤为重要。本文从雷达系统算法模块——脉冲压缩、动目标检测、恒虚警率,雷达系统运行环境以及通信中间件这三个方面着手进行具体的优化。针对雷达系统的三个算法模块,本文在对其进行深入分析的基础上,提出了以下几点优化方向:使用C语言对三个模块进行源代码重构,旨在从循环、计算、Cache命中等方面提升模块性能;选择Intel C/C++Compiler对中间代码、目标代码进行深度优化,降低可执行程序的执行耗时;利用热点分析工具Perf——性能事件寻找模块中的热点区域,有针对性的对其进行优化;借助FFTW3——西方最快傅里叶变换库对雷达信息处理算法中的傅里叶变换进行加速提升;分析模块中算法的时间复杂度,对部分算法进行算法时间复杂度优化;使用OpenMP对雷达信息处理算法进行并行加速。针对雷达系统的运行环境,本文主要采用了两种方式对其进行优化:内核实时性抢占补丁的安装以及内核裁剪。基于提高运行环境——CentOS6.5的硬实时能力,提升系统中断响应速度,降低系统延迟,对系统安装Preempt-rt实时性抢占补丁;为了减少系统中无关服务、进程对算法模块的影响,对CentOS6.5进行内核裁剪,剪除冗余无用的内核模块。针对通信中间件方面,本文提出使用DDS通信中间件来对软件化雷达进行加速。通过将雷达信息处理算法模块化,使其分散于不同节点之上,使用DDS通信中间件实现不同节点之间的数据传输,实现流水式作业的雷达信息处理系统;由于传统的TCP/IP网络模型带宽、时延方面的限制,导致DDS不同节点之间数据交互带宽不足、时延过大,本文采用基于RDMA协议的Infiniband网卡对网络进行加速,最终满足了多节点间数据传输的高带宽、低时延的要求。经过上述三个层面的深度优化,雷达信息处理算法的耗时最终为0.796ms,由此可以说明将雷达从嵌入式平台转移到通用服务器平台上是完全可行的。
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