雷達(dá)系統(tǒng)正在向著開放式體系架構(gòu)發(fā)展,硬件可重組、軟件可重構(gòu)、功能多樣化等趨勢越來越明顯,軟件化雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。軟件化雷達(dá)中進(jìn)行軟硬件解耦、提供相應(yīng)通信計(jì)算功能的關(guān)鍵技術(shù)是中間件技術(shù),該技術(shù)能夠充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化硬件和軟件靈活性的優(yōu)勢,克服并改進(jìn)了雷達(dá)信號(hào)處理的算法驗(yàn)證、型號(hào)研發(fā)和升級(jí)維護(hù)等過程中存在的問題。本文首先分析了國內(nèi)外軟件化雷達(dá)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀,依次介紹了國外先進(jìn)技術(shù)成果的原理和架構(gòu),以及國內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)的研究動(dòng)態(tài)。從現(xiàn)有的雷達(dá)信號(hào)處理的硬件系統(tǒng)出發(fā),詳細(xì)闡述并分析了多種處理器架構(gòu)的優(yōu)劣勢,對(duì)異構(gòu)雷達(dá)信號(hào)處理平臺(tái)的編程模式進(jìn)行了分析和總結(jié),在充分借鑒現(xiàn)有成熟開源項(xiàng)目和雷達(dá)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,確立了中間件和軟件化雷達(dá)在異構(gòu)處理平臺(tái)上的總體設(shè)計(jì)思路。結(jié)合雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)資料,本文給出了一種軟件化雷達(dá)的總體軟件架構(gòu),詳細(xì)闡述了軟件體系結(jié)構(gòu)中各個(gè)層次的功能和調(diào)用關(guān)系,并分析了中間件為核心框架、雷達(dá)信號(hào)處理算法、雷達(dá)方案開發(fā)界面提供的服務(wù)�；谝陨戏治�,通信中間件的設(shè)計(jì)方案確定了以中心化域管理者、分布式數(shù)據(jù)池和訂閱發(fā)布為核心特征,并實(shí)現(xiàn)了一套兼容DDS的API。此外,計(jì)算中間件采用了POSIX和VSIPL為標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法,對(duì)關(guān)鍵函數(shù)進(jìn)行了平臺(tái)優(yōu)化。由通信中間件和計(jì)算中間件構(gòu)成完整的中間件層,為雷達(dá)應(yīng)用層提供軟硬件解耦的支持。為了評(píng)估中間件的性能,中間件在基于Intel處理器的COTS平臺(tái)上進(jìn)行了運(yùn)行速度、帶寬利用率等測試。對(duì)比無中間件的實(shí)現(xiàn),該中間件的設(shè)計(jì)方案帶來的開銷較小。在上述軟件架構(gòu)下,本文結(jié)合一部實(shí)際雷達(dá)的應(yīng)用需求,使用軟件化雷達(dá)開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)處理算法的快速部署,基于中間件提供的訂閱發(fā)布機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了多波束多模式的實(shí)時(shí)雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)。經(jīng)過雷達(dá)系統(tǒng)性能指標(biāo)測試,當(dāng)前的軟件化雷達(dá)軟件架構(gòu)能夠滿足實(shí)際雷達(dá)的功能需求,中間件能夠達(dá)到信號(hào)處理所需的通信和計(jì)算性能指標(biāo)。最后回顧了軟件化雷達(dá)和中間件項(xiàng)目研究和實(shí)現(xiàn)歷程,總結(jié)出需要進(jìn)一步深入研究的理論和技術(shù)問題,并展望了軟件化雷達(dá)未來的發(fā)展。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN958
【部分圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文僅可以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而且在測試和評(píng)估階段也體現(xiàn)很大的優(yōu)勢。首先，不的雷達(dá)接口可以通過一些已經(jīng)穩(wěn)定的商業(yè)板卡實(shí)現(xiàn)，使得直接子系統(tǒng)級(jí)的測現(xiàn)，大大減少了子系統(tǒng)的開發(fā)周期。其次，不同的雷達(dá)子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立試，同時(shí)便于故障排查。ROSA-I 具備基本的開放式體系架構(gòu)的特點(diǎn)：該架構(gòu)是基于網(wǎng)絡(luò)中心化設(shè)計(jì)用于大量不同的應(yīng)用實(shí)例；能夠支持不同的計(jì)算框架，包括對(duì)稱多核計(jì)MP），集群計(jì)算系統(tǒng)，嵌入式計(jì)算平臺(tái)，以及其他高性能計(jì)算單元，如 GPUSA-I 能夠在盡可能少的改變軟件組件的條件下，實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算平臺(tái)的切換；命令和請(qǐng)求，以調(diào)整任務(wù)，并提供數(shù)據(jù)和結(jié)果。2010 年，鑒于不同的雷達(dá)應(yīng)用需求、異構(gòu)的處理器架構(gòu)、多種傳感器和數(shù)據(jù)等因素，美國 MIT 林肯實(shí)驗(yàn)室提出第二代雷達(dá)開放式體系架構(gòu)（ROSA-II）SA-II 中突出了系統(tǒng)的分層架構(gòu)，按照軟硬件層次將應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件和底離開，使雷達(dá)系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)更加容易[16][17]。

及功能模塊的劃分。ROSA 的發(fā)展還體現(xiàn)在軟件化開發(fā)平臺(tái)的研究發(fā)平臺(tái)的研究，國外起步早，已經(jīng)有很多商業(yè)和軍事領(lǐng)域的產(chǎn)品。tlab 中的 Simulink 工具和開源 GNURadio 等。ulink 是 MathWorks 公司推出的 MATLAB 科學(xué)計(jì)算套件中圖形化算工具集成了 MATLAB 中常用的算法，并作為模塊可以在圖形化界個(gè)模塊都支持使用界面進(jìn)行靈活配置，不同模塊間可以通過數(shù)據(jù)流中間結(jié)果可通過觀測模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。該工具為軟法開發(fā)人員提活全面的算法開發(fā)環(huán)境[19]。ulink 不僅在 PC 機(jī)仿真環(huán)境下可以使用，在 Xilinx、Altera 和 TI 公 FPGA、DSP 平臺(tái)的算法模塊，通過數(shù)據(jù)流描述自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)平應(yīng)的編譯器進(jìn)行編譯下載，極大地提高了算法開發(fā)人員在設(shè)備板卡。由于這些 FPGA、DSP 平臺(tái)的算法模塊和 PC 機(jī)的算法模塊具有相同的行為，所以將已驗(yàn)證的 MATLAB 算法移植至目標(biāo)平臺(tái)僅需點(diǎn)。

件的設(shè)計(jì)主要由 Name Server、Broker 和 Consumer 組成，在不同應(yīng)用場合下會(huì)有具體不同的變化。圖1.5 消息中間件通信示例常見的中間件有：RocketMQ、ZeroMQ、CORBA、Apache Kafka 等。RocketMQ是阿里巴巴公司研發(fā)的一款面向服務(wù)器集群高并發(fā)高吞吐量消息處理的消息中間件，主要特點(diǎn)是低延遲、可伸縮，同時(shí)支持訂閱發(fā)布和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)哪芰�。該消息中間件廣泛應(yīng)用于阿里云，能夠做到幾十億次的并發(fā)響應(yīng)。ZeroMQ 是一款開源的，輕量級(jí)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的消息中間件。精簡化的功能僅提供了通信必備的基本功能，同時(shí)也帶來非常低的內(nèi)存和性能開銷。CORBA（公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)）是一種面向?qū)ο髴?yīng)用程序設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，由 OMG 組織制定和維護(hù)，是面向?qū)ο蟮姆植际较到y(tǒng)中常用的中間件標(biāo)準(zhǔn)。在該標(biāo)準(zhǔn)下，各個(gè)公司可以由各自的具體實(shí)現(xiàn)，即使是不同的實(shí)現(xiàn)，都可以按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組件的通信和互操作。CORBA 被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的大型機(jī)系統(tǒng)中
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2865993