基于DSP的雷达数据处理算法研究和实现

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雷达数据处理是雷达系统的重要组成部分,其任务是在杂波和噪声背景中快速、准确地获取多目标的航迹。本文以某低空探测雷达为项目背景,对数据处理算法进行了系统的研究,探索最适合本雷达和应用环境的方法,并在高性能的多核DSP TMS320C6678上完成算法的软件实现,发挥产品的最佳性能。本文首先说明雷达数据处理的整体流程,对参数估计使用的卡尔曼滤波进行仿真。然后结合项目要求,深入探讨了以下四个关键环节,为工程实现提供理论支持:(1)预处理环节中,目标有可能被同一周期内的连续多个波束扫描,本文设计的滑窗最大值算法可对同一目标的点迹进行凝聚;此外,针对由极—直坐标系转换带来的有偏估计问题,本文推导了补偿公式,有效保证补偿后的转换量测数据是无偏的。(2)航迹关联环节中,针对最近邻域算法(NNSF)的最佳配对问题、概率数据互联算法(PDA)的杂波密度计算问题给出解决方案,设置多种环境对NNSF、PDA和联合数据互联算法(JPDA)进行仿真比较,综合考虑选择PDA算法以兼顾关联精度、正确率和运算速度。(3)滤波跟踪环节中,给出Singer、Jerk和CS三种模型对不同机动目标的跟踪结果,针对CS模型难以选取加速度极值的问题,本文结合交互式多模型(IMM)的思想对CS模型进行改进,仿真表明,与单一加速度极值的CS模型相比,改进的CS模型对机动目标的跟踪精度更高。(4)航迹起始环节中,讨论了工程上常用的直观法和逻辑法,由于本项目中数据处理模块以波束而非扫描周期为单位接收量测集,且目标转向运动时逻辑法难以起始航迹,本文结合工程提出了基于逻辑法的改进航迹起始算法。最后,以上述理论为基础,围绕数据结构和各功能模块的实现流程,充分说明基于硬件平台的数据处理的设计过程,并给出算法优化方法,主要表现在如何高效率地实现矩阵相乘、求逆等数学运算,以及合理利用DSP资源分配数据存储空间。本文利用Matlab模拟多目标与杂波并存的环境,采用改进算法进行完整的雷达数据处理,仿真结果显示假设的目标均能被正确跟踪。将基于DSP的运行结果与Matlab仿真结果进行对比,验证了硬件实现的正确性。经实际场景下的多组实验,雷达系统能够稳定产生航迹,且单次处理时间满足实时性要求,验证了算法的可行性,为本项目雷达的成功研制奠定了基础。
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