基于銳華嵌入式實時操作系統(tǒng)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計

李浩正 羅利強(qiáng) 周 游 楊 璇 暢 言

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

長期以來，在我軍綜合電子信息系統(tǒng)和武器系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程中，軍事應(yīng)用軟件基本做到自主研制，但軍用關(guān)鍵軟硬件過分依賴國外商用產(chǎn)品，這種不可控的狀況已成為我軍戰(zhàn)略安全的重大潛在威脅，嚴(yán)重制約我軍信息化武器裝備體系的自主可持續(xù)發(fā)展。目前國家正在實施自主可控戰(zhàn)略，越來越多的國產(chǎn)芯片、基礎(chǔ)軟件運(yùn)用到武器裝備中。在某些領(lǐng)域，鑒于國產(chǎn)芯片與國外產(chǎn)品對比存在較大差距的事實，在國產(chǎn)部分硬件無法滿足需求的情況，可以先實現(xiàn)基礎(chǔ)軟件的自主可控。

ReWorks操作系統(tǒng)[1]是國內(nèi)某科研機(jī)構(gòu)開發(fā)設(shè)計的嵌入式操作系統(tǒng)，在我國部分軍用產(chǎn)品上已經(jīng)逐步開始推廣使用，本文在分析國產(chǎn)化嵌入式操作系統(tǒng)ReWorks特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于ReWorks的數(shù)據(jù)處理軟件，數(shù)據(jù)處理軟件不僅繼承了原來風(fēng)河公司VxWorks的優(yōu)點，而且國產(chǎn)化軟件提供了更豐富的調(diào)試手段，利于軟件的開發(fā)設(shè)計。

1 國產(chǎn)化實時操作系統(tǒng)(REWORKS)介紹

銳華嵌入式實時操作系統(tǒng)(ReWorks)是一款類VxWorks系統(tǒng),組件可裁剪,同時還兼容VxWorks。其體系結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 ReWorks體系結(jié)構(gòu)圖

ReWorks嵌入式操作系統(tǒng)，是一款提供了VxWorks兼容接口的實時操作系統(tǒng)，具備以下特點[2]：

1)實時性

ReWorks能夠及時響應(yīng)中斷和高效率的線程調(diào)度，同時還具備了線程的優(yōu)先級切換。

2)可裁剪性

ReWorks組件是可裁剪的，用戶根據(jù)自己需求進(jìn)行內(nèi)核優(yōu)化。

3)適用性

ReWorks支持當(dāng)前大部分的主流硬件設(shè)備，提供了與設(shè)備相對應(yīng)的板級支持包。

4)標(biāo)準(zhǔn)化

ReWorks支持C/C++,提供符合規(guī)范的系統(tǒng)接口，保證了可移植性。

5)VxWorks兼容性

ReWorks封裝了VxWorks底層接口，能夠直接兼容VxWorks源代碼。

類似于Tornado，ReWorks也有自己的一套嵌入式集成開發(fā)環(huán)境REDE：

6)可用性

支持X86、PowerPC、ARM等多種目標(biāo)機(jī)硬件平臺，方便簡捷。

7)易用性

集設(shè)計、開發(fā)、配置、調(diào)試、仿真為一體，提高應(yīng)用開發(fā)效率。

2 基于國產(chǎn)化操作系統(tǒng)ReWorks的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理設(shè)計

2.1 雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件概述

雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件[3]的主要任務(wù)是完成目標(biāo)的航跡建立、航跡與點跡相關(guān)、航跡質(zhì)量管理、航跡的濾波處理等，數(shù)據(jù)來源于雷達(dá)信號處理機(jī)，目標(biāo)處理結(jié)果輸出到雷達(dá)終端顯示計算機(jī)，并接受雷達(dá)終端顯示計算機(jī)的工作模式和狀態(tài)控制。

表1 雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件功能簡介

2.2 主要功能設(shè)計

2.2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)處理板接收雷達(dá)信號處理機(jī)輸出的目標(biāo)檢測結(jié)果，并對檢測結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理，處理內(nèi)容包括點跡合并。點跡合并[4]是對雷達(dá)信號處理機(jī)送來的在一定距離，方位和俯仰范圍內(nèi)的相關(guān)原始一次點跡進(jìn)行存儲并凝聚，凝聚點跡。

點跡合并是對雷達(dá)信處上報的一次點跡，當(dāng)原始點跡位置信息(距離、方位、俯仰)相互符合一定條件，可以進(jìn)行點跡合并，一方面用于航跡更新，一方面實時上報顯控計算機(jī)，合并采用線性加權(quán)求重心的方法。點跡合并公式如下：

(1)

其中，Q為經(jīng)過合并后的點跡的距離、方位或俯仰值，Qi為各分裂點跡的距離、方位或俯仰值，Vi為信號強(qiáng)度(Vi為線性值，信處送來的強(qiáng)度為對數(shù)值，必須化為線性值)。

2.3 航跡建立

當(dāng)目標(biāo)點跡符合起航準(zhǔn)則時(及運(yùn)動參數(shù)符合目標(biāo)特征)，數(shù)據(jù)處理應(yīng)能建立該目標(biāo)的運(yùn)動航跡，包括自動建航和手動建航。數(shù)據(jù)處理工作正常模式下采用了自動建航，當(dāng)虛警較高或者檢測概率比較低的情況可采用手動建航。

2.4 航跡相關(guān)

依據(jù)相關(guān)波門、系統(tǒng)航跡預(yù)測值和濾波器通道號，完成凝聚點跡和與已有系統(tǒng)航跡間所屬關(guān)系的判定，建立系統(tǒng)航跡與凝聚點跡的配對矩陣，并選擇統(tǒng)計距離最近的凝聚點跡作為系統(tǒng)航跡的更新點跡。

2.5 航跡質(zhì)量管理

根據(jù)航跡與點跡的相關(guān)情況，進(jìn)行航跡質(zhì)量的增減，航跡質(zhì)量決定了航跡的起始與撤銷。所以，在航跡處理的同時，根據(jù)航跡與點跡相關(guān)的情況，實時更新航跡質(zhì)量，并根據(jù)航跡質(zhì)量來判斷航跡是否轉(zhuǎn)確認(rèn)或者撤銷。

2.6 航跡批號管理

對于新起始的航跡信息，數(shù)處應(yīng)該能自動給該航跡確立目標(biāo)批號，新確定的批號應(yīng)該符合以下要求：

1) 對于特定已建立航跡的目標(biāo)，在該目標(biāo)航跡撤消前該目標(biāo)的目標(biāo)編號不得改變，目標(biāo)撤消后應(yīng)繼續(xù)外推一定時間(約3～5個周期)，當(dāng)新建目標(biāo)和外推目標(biāo)關(guān)聯(lián)時允許使用原有批號；

2) 新撤消的航跡批號應(yīng)保留一定時間方可重新使用；

3) 新建立的目標(biāo)航跡應(yīng)按照輪詢原則尋找允許使用的空目標(biāo)標(biāo)號分配給該目標(biāo)航跡。

3 工程應(yīng)用效果

在介紹具體項目應(yīng)用前，首先簡要介紹ReWorks嵌入式實時集成開發(fā)環(huán)境(ReDe)的特點以及與該操作系統(tǒng)配套的硬件平臺。ReDe以Eclipse開放體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合嵌入式軟件開發(fā)以及ReWorks操作系統(tǒng)的特點，實現(xiàn)了功能定制改造和工具鏈擴(kuò)展，可以運(yùn)行于Linux 、Windows等多種操作系統(tǒng)，對不同的系統(tǒng)具有很好的兼容性；數(shù)據(jù)處理硬件平臺選用基于龍芯3A-2000處理器的6U CPCI標(biāo)準(zhǔn)單板計算機(jī)，龍芯[5]3A-2000是龍芯3號多核處理器系列中最成熟的一款產(chǎn)品，其采用65nm工藝制造，在單個芯片內(nèi)集成了4個64位超標(biāo)量通用處理器核，最高工作主頻為1GHz，可有效服務(wù)于大型信息處理、顯示處理等實時系統(tǒng)，具有電源管理，音視頻接口、SATA存儲接口、USB接口保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)MAC、超級IO、鍵盤鼠標(biāo)、硬件自檢等功能模塊。圖2是REDE開發(fā)環(huán)境的界面布局；圖3是龍芯3A的6U標(biāo)準(zhǔn)的單板機(jī)；圖4是應(yīng)用ReWorks的數(shù)據(jù)處理軟件在某型號項目雷達(dá)中跟蹤目標(biāo)的航跡效果圖，從圖中可以看出，基于ReWorks實時操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定航跡跟蹤。

4 結(jié)束語

本文首先通過分析軟件國產(chǎn)化的必要性，同時介紹了從事項目中應(yīng)用到的國產(chǎn)操作系統(tǒng)的特點和性能，結(jié)合從事的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理工作，設(shè)計了能夠在國產(chǎn)操作系統(tǒng)下有效工作的數(shù)據(jù)處理軟件，解決了部分軍用軟件過分依賴國外商用產(chǎn)品帶來的隱患，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和軍事價值。

圖2 REDE開發(fā)環(huán)境的界面布局

圖3 龍芯3A單板機(jī)

圖4 基于ReWorks的航跡跟蹤效果圖

參考文獻(xiàn):

[1] 邱浩，奚培峰，楊帆，殷君.EtherNet/IP通信網(wǎng)關(guān)的研制和應(yīng)用[J].低壓電器，2009(15)：35-37.

[2] 鄭瑩瑩.基于Reworks平臺的點跡處理設(shè)計實現(xiàn)[J].科技視界，2016(15)：118.

[3] 何友，修建娟，張晶煒，等.雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006：1-2.

[4] 羅利強(qiáng)，張艷艷，高恒.雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件模塊化研究[J].火控雷達(dá)技術(shù)，2013.42(2)：38-41.

[5] 張瀟瀟，王士成，王未名.基于VPX標(biāo)準(zhǔn)的雙路“龍芯”3A計算機(jī)模塊設(shè)計[J].飛行器測控學(xué)報，2013.32(6):531-536.