基于MPSoC的认知雷达系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于MPSoC的认知雷达系统和方法，系统包括上位机和信号处理机，信号处理机包括A/D采集控制模块、PL端预处理模块、ARM处理器模块和D/A波形发射模块；本发明专利技术方法的步骤为：A/D采集控制模块采集环境干扰信息，ARM处理器模块感知环境干扰信息，D/A波形发射模块发射模拟波形，A/D采集控制模块对模拟回波信号进行采样，PL端预处理模块对数字基带信号进行预处理，ARM处理器模块进行目标检测，上位机显示检测目标的位置段信息。本发明专利技术系统具有小型化、低功耗，高集成度的特点。本发明专利技术方法能针对环境信息变化而控制发射波形，提高雷达的抗干扰能力，实现对目标更有效、准确的检测。准确的检测。准确的检测。

【技术实现步骤摘要】
基于MPSoC的认知雷达系统及方法


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及雷达信号处理
中的一种基于片上多核系统MPSoC(Muti
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processor system
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on
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chip)的认知雷达系统及方法。本专利技术可用于雷达适应当前工作环境，更有效、准确的检测当前环境中的雷达目标。

技术介绍

[0002]随着雷达工作环境的日益复杂化、目标类型的多样化以及雷达执行任务的多元化，而传统雷达采用预先选定波形和接收处理方法的工作方式难以实时适应工作环境的变化，在受到蝙蝠在捕食过程中通过发射不同频率的信号探测环境的影响下，认知雷达的概念得以提出，以期在雷达发射和接收过程中具有自适应能力，并且目前用于构建认知雷达系统的硬件平台多采用FPGA+DSP的双核心架构，其最大缺点就是所构建的系统的体积大，集成度低和功耗大。
[0003]航天恒星科技有限公司在其提出的专利申请文献“一种支持多波形的雷达信号发射与接收系统及方法”(专利申请号2018112329319，公开号CN 109375175 A)中公开了一种支持多波形的雷达信号发射与接收系统及方法。该系统由FPGA模块和DSP模块组成，其中，FPGA模块包括波形发送模块、回波接收模块和芯片配置模块，但是，该系统仍然存在的不足之处是，由于采用FPGA+DSP的双核心架构，导致系统硬件平台尺寸大，从而导致整个雷达信号处理系统集成度低，功耗大，体积大。该专利申请方法的具体步骤是：波形发送模块采集外部输入的CPI信号和PRF信号，并对CPI信号和PRF信号均进行边沿提取得到波形发射脉冲信号；DSP模块发送指令给波形发送模块，波形发送模块根据指令输出波形标识；参数选择模块根据波形标识，得到相应的参数；当波形发射脉冲信号有效时，产生多路波形数据；将多路波形数据进行合成后发送DA芯片；接收信号控制模块采集外部输入的CPI信号和PRF信号，并对CPI信号和PRF信号均进行边沿提取得到接收回波脉冲信号；当波形接收回波脉冲信号有效时，对AD芯片转换后的4路数字信号进行采集，输出采集后的数字信号；接收采集后的数字信号，并进行一定处理后得到降采样后的基带信号；根据降采样后的基带信号，分别进行通道校准、和差差、多普勒补偿处理后，得到3路信号；将3路信号分别进行信号处理后得到3路脉压数据；将3路脉压数据进行组帧后发送给DSP模块，该方法利用波形之间的动态切换，提高系统抗干扰性，但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于发射机和接收机间通常采用开环系统，发射机发射的波形往往不受接收机接收的回波信号处理结果的控制，使得信号处理结果难以得到自适应改善。
[0004]北京无线电测量研究所在其提出的专利申请文献“雷达波形参数化控制方法及系统”(专利申请号2018112094648，公开号CN 109254268 A)中公开了雷达波形参数化控制方法。该专利申请方法的具体步骤是：S1，获取包含波形基本参数和波形应用策略的配置文件并解析，得到波形基本参数表和波形应用策略表；S2，遍历访问波形应用策略表，与待探测的空域位置进行匹配，确定所选择的波形应用策略；S3，从波形基本参数表中读取与所选择的波形应用策略对应的波形基本参数；S4，根据波形基本参数向空域位置发射波形。该方法
能够通过计算机软件对雷达工作波形进行自适应参数化控制，实现了雷达工作波形参数化控制，易于工程实现。但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于该方法确定所选择的波形应用策略是匹配待探测的空域位置，在环境信息具有很强干扰，无法检测出目标空域位置时，波形参数控制效果不佳，难以实现对目标准确的检测。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于片上多核系统MPSoC的认知雷达系统及方法，本专利技术采用单核心架构实现，性能优于现有技术下FPGA+DSP的双核心架构，旨在解决雷达信号处理系统尺寸大，集成度低，功耗大的问题。
[0006]实现本专利技术目的的思路是，提出一种基于片上多核系统MPSoC的认知雷达系统及方法，该系统通过对环境信息进行采集和感知，选出适应当前雷达工作环境抗干扰波形并发射出去，由采集到发射形成反馈闭环，提高雷达的抗干扰能力，再对该波形所对应的雷达回波进行一系列信号处理算法检测目标，调整雷达作用范围，至此实现依据环境信息的变化而控制发射波形的功能，使雷达具有智能化适应环境的能力，能有效、准确的检测目标，同时在雷达系统中发射机和接收机之间引入反馈系统，通过反馈闭环提高雷达的抗干扰能力，使雷达具有智能化适应环境的能力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术系统包括上位机和信号处理机，所述信号处理机中包括A/D采集控制模块、PL端预处理模块、ARM处理器模块和D/A波形发射模块；所述PL端预处理模块采用低功耗可编程逻辑器件，PL端预处理模块包括脉冲压缩子模块、脉冲存储子模块、逆傅里叶变换IFFT子模块和图像拼接子模块；所述ARM处理器模块采用ARM处理器，ARM处理器模块包括目标检测子模块和波形选择子模块：
[0008]所述上位机，用于接收并显示检测出的目标所处一位距离像中的位置段；
[0009]所述A/D采集控制模块，用于通过AD芯片采集环境干扰信息一个脉冲重复周期时长的数据，得到环境干扰信息的数据，或者按照帧同步和脉冲同步采集D/A波形发射模块发射的模拟波形的回波数据，并实现数字下变频的信号处理，得到数字下变频后的数字基带信号；
[0010]所述脉冲压缩子模块，用于对数字下变频后的数字基带信号依次进行傅里叶变换FFT操作、频域复乘的匹配滤波以及逆傅里叶变换IFFT操作，得到四路脉冲压缩后的数据；
[0011]所述脉冲存储子模块，用于对脉冲压缩后的数据按照与D/A波形发射模块发射模拟波形时相同的帧同步信号计数，并以乒乓方式将脉冲压缩后的数据存入PL端预处理模块外挂的DDR4存储器内；
[0012]所述逆傅里叶变换IFFT子模块，用于按照与发射模拟波形时相同的脉冲同步信号的次序，依次从DDR4存储器中读取每个脉冲处于同一距离单元中的脉冲压缩后的数据，对得到的每组相同距离单元排列下的数据进行逆傅里叶变换IFFT操作，将所有逆变换后的数据组成脉冲矩阵；
[0013]所述图像拼接子模块，用于利用改进的舍弃法，获取目标高分辨的一维距离像；
[0014]所述目标检测子模块，用于对目标高分辨的一维距离像进行目标检测，若判定一位距离像中存在目标，将检测出的目标所处一位距离像中的位置段上报上位机，否则，执行更新发射波形参数；
[0015]所述波形选择子模块，用于将当前波形参数中的发射脉冲宽度和脉冲重复周期的选值各自步进5微秒，并保留当前波形参数中的发射信号中心频率和发射信号频率步进量共同作为更新后的待发射波形参数，执行发射模拟波形。
[0016]所述D/A波形发射模块，用于通过DA芯片将待发射波形参数对应的波形数据转化成模拟波形，按照帧同步信号和脉冲同步信号发射模拟波形。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于片上多核系统MPSoC的认知雷达系统，包括上位机(1)和信号处理机(2)，其特征在于，所述信号处理机(2)中包括A/D采集控制模块(21)、PL端预处理模块(22)、ARM处理器模块(23)和D/A波形发射模块(24)；所述PL端预处理模块(22)采用低功耗可编程逻辑器件，PL端预处理模块(22)包括脉冲压缩子模块(221)、脉冲存储子模块(222)、逆傅里叶变换IFFT子模块(223)和图像拼接子模块(224)；所述ARM处理器模块(23)采用ARM处理器，ARM处理器模块(23)包括目标检测子模块(231)和波形选择子模块(232)：所述上位机(1)，用于接收并显示检测出的目标所处一位距离像中的位置段；所述A/D采集控制模块(21)，用于通过AD芯片采集环境干扰信息一个脉冲重复周期时长的数据，得到环境干扰信息的数据，或者按照帧同步和脉冲同步采集D/A波形发射模块(24)发射的模拟波形的回波数据，并实现数字下变频的信号处理，得到数字下变频后的数字基带信号；所述脉冲压缩子模块(221)，用于对数字下变频后的数字基带信号依次进行傅里叶变换FFT操作、频域复乘的匹配滤波以及逆傅里叶变换IFFT操作，得到四路脉冲压缩后的数据；所述脉冲存储子模块(222)，用于对脉冲压缩后的数据按照与D/A波形发射模块(24)发射模拟波形时相同的帧同步信号计数，并以乒乓方式将脉冲压缩后的数据存入PL端预处理模块(22)外挂的DDR4存储器内；所述逆傅里叶变换IFFT子模块(223)，用于按照与发射模拟波形时相同的脉冲同步信号的次序，依次从DDR4存储器中读取每个脉冲处于同一距离单元中的脉冲压缩后的数据，对得到的每组相同距离单元排列下的数据进行逆傅里叶变换IFFT操作，将所有逆变换后的数据组成脉冲矩阵；所述图像拼接子模块(224)，用于利用改进的舍弃法，获取目标高分辨的一维距离像；所述目标检测子模块(231)，用于对目标高分辨的一维距离像进行目标检测，若判定一位距离像中存在目标，将检测出的目标所处一位距离像中的位置段上报上位机(1)，否则，执行更新发射波形参数；所述波形选择子模块(232)，用于将当前波形参数中的发射脉冲宽度和脉冲重复周期的选值各自步进5微秒，并保留当前波形参数中的发射信号中心频率和发射信号频率步进量共同作为更新后的待发射波形参数，执行发射模拟波形；所述D/A波形发射模块(24)，用于通过DA芯片将待发射波形参数对应的波形数据转化成模拟波形，按照帧同步信号和脉冲同步信号发射模拟波形。2.根据权利要求1所述的基于片上多核系统MPSoC的认知雷达系统，其特征在于，所述PL端预处理模块(22)外挂一片2GB容量的DDR4存储器芯片，所述ARM处理器模块(23)外挂四片2GB容量的DDR4存储器芯片。3.根据权利要求1所述的基于片上多核系统MPSoC的认知雷达系统，其特征在于，所述A/D采集控制模块(21)采用四通道的14位500MSPS的AD9694芯片，采样时钟由外部参考时钟通过SMA接口输入到时钟芯片AD9516经倍频后得到。4.根据权利要求1所述的基于片上多核系统MPSoC的认知雷达系统，其特征在于，所述D/A波形发射模块(24)采用双收发通道、高性能和高集成度的AD9371芯片，其工作频率范围为300MHz至6GHz。
5.根据权利要求1所述系统的一种基于片上多核系统MPSoC的认知雷达方法，其特征在于，对环境干扰信息进行感知，选出适应当前雷达工作环境的波形参数，调用对应的波形数据，实现模拟信号波形发射，该方法包括如下步骤：步骤1，采集环境干扰信息：A/D采集控制模块(21)通过AD芯片采集环境干扰信息一个脉冲重复周期时长的数据，得到环境干扰信息的数据；步骤2，感知环境干扰信息：ARM处理器模块(23)中的波形选择子模块(232)对环境干扰信息的数据进行傅里叶变换FFT操作，提取变换后频谱中最大幅值点对应的频率，将大于且最靠近该频率的整数频率值作为待发射波形参数中的发射信号中心频率；步骤3，发射模拟波形：D/A波形发射模块(24)中的DA芯片，将待发射波形参数对应的波形数据转化成模拟波形，按照帧同步信号和脉冲同步信号发射模拟波形；步骤4，对模拟回波信号进行采样：A/D采集控制模块(21)中的AD芯片，按照帧同步和脉冲同步采集D/A波形发射模块(24)发射的模拟波形的回波数据，并实现数字下变频的信号处理，得到数字下变频后的数字基带信号；步骤5，对数字基带信号进行预处理：PL端预处理模块(22)中的脉冲压缩子模块(221)对数字下变频后的数字基带信号依次进行傅里叶变换FFT操作、频域复乘的匹配滤波以及逆傅里叶变换IFFT操作，得到四路脉冲压缩后的数据；PL端预处理模块(22)中的脉冲存储子模块(222)对脉冲压缩后的数据按照与步骤3相同的帧同步信号计数，并以乒乓方式将脉冲压缩后的数据存入PL端预处理模块(22)外挂的DDR4存储器内；PL端预处理模...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢荣，史琳恺，刘峥，王珊珊，何浪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：