软件化雷达中间件的研究和设计

摘要

雷达系统正在向着开放式体系架构发展，硬件可重组、软件可重构、功能多样化等趋势越来越明显，软件化雷达应运而生。软件化雷达中进行软硬件解耦、提供相应通信计算功能的关键技术是中间件技术，该技术能够充分发挥标准化硬件和软件灵活性的优势，克服并改进了雷达信号处理的算法验证、型号研发和升级维护等过程中存在的问题。 本文首先分析了国内外软件化雷达实现技术的发展及现状，依次介绍了国外先进技术成果的原理和架构，以及国内各研究机构的研究动态。从现有的雷达信号处理的硬件系统出发，详细阐述并分析了多种处理器架构的优劣势，对异构雷达信号处理平台的编程模式进行了分析和总结，在充分借鉴现有成熟开源项目和雷达系统的经验的基础上，确立了中间件和软件化雷达在异构处理平台上的总体设计思路。 结合雷达系统设计经验和文献资料，本文给出了一种软件化雷达的总体软件架构，详细阐述了软件体系结构中各个层次的功能和调用关系，并分析了中间件为核心框架、雷达信号处理算法、雷达方案开发界面提供的服务。基于以上分析，通信中间件的设计方案确定了以中心化域管理者、分布式数据池和订阅发布为核心特征，并实现了一套兼容DDS的API。此外，计算中间件采用了POSIX和VSIPL为标准的设计方法，对关键函数进行了平台优化。由通信中间件和计算中间件构成完整的中间件层，为雷达应用层提供软硬件解耦的支持。为了评估中间件的性能，中间件在基于Intel处理器的COTS平台上进行了运行速度、带宽利用率等测试。对比无中间件的实现，该中间件的设计方案带来的开销较小。 在上述软件架构下，本文结合一部实际雷达的应用需求，使用软件化雷达开发环境实现雷达信号处理算法的快速部署，基于中间件提供的订阅发布机制，实现了多波束多模式的实时雷达信号处理系统。经过雷达系统性能指标测试，当前的软件化雷达软件架构能够满足实际雷达的功能需求，中间件能够达到信号处理所需的通信和计算性能指标。 最后回顾了软件化雷达和中间件项目研究和实现历程，总结出需要进一步深入研究的理论和技术问题，并展望了软件化雷达未来的发展。

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