[发明专利]基于GPU的外辐射源雷达信号实时处理系统及处理方法

说明书

技术领域

本发明属雷达技术领域，涉及雷达信号处理技术，具体来说是一种基于GPU的外辐射源雷达处理实时系统及实现方法，可在Visual Studio+CUDA软件集成开发平台下实现数据的实时处理，对目标进行检测与定位跟踪。

技术背景

近年来，随着武器科技的日新月异，尤其是反辐射导弹等的出现，担负着战场“千里眼”角色的雷达系统本身的安全面临着日益严峻的威胁。通常以单基地形式出现的传统有源雷达面临着“四大威胁”，即电子干扰、超低空突防、反辐射导弹以及隐身武器。无源雷达作为一种特殊形式的双基地雷达，其发射站和接收站是分开的，且接收者站本身不发射电磁波，而是采用非合作式的民用机会照射源，因而隐蔽性好，面对“四大威胁”时有良好的对抗性，提高了系统的战场生命力，成为雷达领域研究的热点。

基于外辐射源的无源雷达除了本身战场生命力强、反隐身外，还具有如下优点：①工作频点低，分布范围广，便于多发射站联合定位；②信号形式多样，可选择性强，不易被干扰；③系统生存能力强，可多站多频段协调工作，甚至组网进行数据融合。然而由于外辐射源具有非协作、不可控、不可预知的特性，外辐射源雷达的探测性能受到较大的限制，导致外辐射源雷达探测精度明显低于传统雷达。因此工程中需采用更复杂的信号处理手段，可以采取多辐射源，多接收站综合利用，融合多站处理结果，从而更有效的完成目标检测，提高定位精度，但同时会产生计算量大，处理复杂的问题。

目前无源雷达定位跟踪系统的数据处理实现算法主要是通过开发专用信号处理板进行数据处理，但这种硬件平台搭建复杂，对于运算量大的数据处理，一般只能依靠增加硬件规模来实现，开发费用相对较高。此外，信号处理板的开发、调试周期长，可操作性较差，开发难度加大，处理速度慢，难以满足对外辐射源信号实时处理的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出了一种基于GPU的外辐射源雷达信号实时处理系统及处理方法，以提高系统数据处理速度，并简化系统结构，降低开发费用，提高可操作性，更好的满足对外辐射源信号实时处理的要求。

为实现上述目的，本发明提供的基于GPU的外辐射源雷达信号实时处理系统包括：

八阵元天线，用于同时接收8个调频广播基站的信号，得到8路输出信号；

数据采集单元，用于接收八阵元天线输出的8路信号，并对这8路信号依次进行宽带放大、带通采样、A/D变换和数字下变频处理，获得8路数字基带信号，输出给数字信道化接收单元；

数字信道化接收单元，用于对数据采集单元输出的8路数字基带信号进行数字化接收，将每路数字基带信号送入FPGA做数字信道化处理，在FPGA中经过抽取、多相滤波后选择输出8个频点的信号，这8个频点的信号分别对应于8个调频广播基站的信号发射频率f₁，f₂,…,f₈，即整个数字信道化接收单元共输出8*8=64路信号给数据传输单元；

数据传输单元，用于将数字信道化接收单元获得的64路数字基带信号进行打包处理，并通过2块千兆网卡写入到数据处理单元中进行信号处理；

数据处理单元，采用插有4块GPU显卡的工作站，用于读取从数据传输单元传输的64路数字基带信号，并对这64路数字基带信号先进行数字波束形成，得到8个频点的参考信号和目标回波信号，继而依次对获得的8个频点的参考信号和目标回波信号进行自适应杂波对消、距离-多普勒二维相关运算、恒虚警检测以及对目标的比幅测角处理，每块GPU显卡负责2个频点的信号处理，4块GPU并行完成8个频点的信号处理，处理结果通过网线传输给终端显控单元；

终端显控单元，它包括控制子模块和显示子模块两部分，该控制子模块，用于向信号处理单元发送控制命令并设置初始参数，该显示子模块，用于对信号处理单元获得的8个频点的目标信息进行目标融合和航迹处理，通过点迹凝聚，航迹起始、点迹与航迹的关联、航迹消亡的处理，得到目标距离-多普勒航迹信息，并根据目标角度信息解算出目标的位置，显示出目标的真实航迹。

为实现上述目的，本发明提供的基于GPU的外辐射源雷达信号实时处理方法，包括以下步骤：

(1)分配内存和显存空间，进行初始化：

(1a)输入信号处理所需的基本参数，该基本参数包括：杂波对消阶数、恒虚警检测门限值、恒虚警类型值和天线寻北偏差角度；

(1b)在CPU上分配2块内存缓冲区A和B，并建立数据传输握手工作标志FlagA和FlagB，将FlagA和FlagB都置为0，同时，在4块GPU上分配显存空间；