用于优化雷达信号处理的VSIPL函数库

戴 健，张 琛，徐朝阳

(中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏 扬州 225101)

0 引 言

随着战争环境的信息化、复杂化，对雷达的技术及功能要求越来越高，相控阵雷达应运而生[1]。相控阵雷达虽然具有多功能、多目标跟踪和多种工作方式等优点，但为了能够充分发挥这些优点，以及提高相控阵雷达战术性能，在面对数据量大、重复性高、处理任务复杂的雷达信号处理时，运算量、运算数据、数据传输速度面临越来越大的挑战。

本文针对相控阵雷达信号处理具体的应用，在高性能的PowerPC处理器上，采用基于矢量信号图像处理函数库(VSIPL)的中间件[2]算法功能软件包开发脉冲压缩处理、动目标检测(MTD)处理等算法软件，在VSIPL单核高性能处理技术上，缩短数据处理时间，提高软件运行效率，通过模拟雷达回波数据进行雷达信号处理和性能评估，结果表明了该方法能有效提高软件运行效率，满足雷达信号处理实时性强、数据量大、高性能计算等需求。

1 基于VSIPL的雷达信号处理

1.1 处理器选择

目前常用于雷达信号处理的是PowerPC处理器系列，其内置的AltiVec模块提供了单指令多数据流(SIMD)结构的浮点矢量运算硬件加速单元，具有很高的运算性能[3]。飞思卡尔的8640D是目前使用较为成熟的型号，采用了双e600核结构，具有高集成度和低功耗等优点，其内部结构如图1所示。

图1 PowerPC 8640D内部结构

1.2 VSIPL中间件结构

VSIPL是一个支持开源、C语言规范，为向量与信号处理开发的算法库，由美国国防安全研究项目委员会(DARRA)发起，VSIPL联盟负责开发标准库，该标准库具有统一工业标准的应用程序接口[4]。VSIPL的软件结构如图2所示。

图2 PVSIPL软件结构

VSIPL API程序库主要用于军用级别的高端嵌入式信号、信息和图像处理，通过为所有支持平台提供一致的API和一个公共的数学函数集合，可以方便地处理向量、矩阵、张量等对象，增强了应用程序的平台可移植性，同时通过代码重用，也加快了新技术的开发速度，大大缩短了软硬件的开发周期。目前，硬件和软件供应商已经开发出许多VSIPL产品，作为开发高效率和可移植信号以及图像处理应用计算程序的中间件，正被日益广泛地使用。

1.3 脉冲压缩应用

采用VSIPL函数库对回波数据进行脉冲压缩处理，设计流程图如图3所示。采用VSIPL函数库将多个脉冲回波数据生成复数矩阵，然后对单个脉冲的矢量进行快速傅里叶变换(FFT)、点乘、逆快速傅里叶变换(IFFT)，然后根据脉冲数循环，通过矢量的属性偏移，得到第2个脉冲，依次进行，直到循环结束。

图3 基于VSIPL的脉冲压缩处理

1.4 MTD处理应用

用VSIPL函数库对回波数据进行脉冲压缩处理，设计流程如图4所示。采用VSIPL函数库将多个脉冲回波数据生成复数矩阵，用矩阵FFT函数、模值函数按列项做FFT处理、求模选大，直到完成矩阵所有列项数据。

图4 基于VSIPL的MTD处理

2 实验及分析

2.1 实验数据

实验在PowerPC8640D平台上，分别模拟了4种不同脉冲个数和4种不同距离采样点数的回波数据，4种不同脉冲个数和4种不同距离采样点数进行两两组合，生成16种组合的回波数据。实验中，分别采用VSIPL函数库和浮点计算2种方法对模拟的回波数据进行脉冲压缩处理和MTD处理，并对处理时间进行统计比较，验证基于VSIPL函数库的雷达信号处理方法的优越性。模拟的回波数据参数如表1所示。

表1 数据参数

2.2 处理性能分析

表2给出了采用VSIPL函数库和浮点计算2种方法对多组模拟回波数据进行脉冲压缩处理和MTD处理所需消耗的时间，对比了2种方法的处理效率。

表2 处理性能分析

从表2可以看出，采用VSIPL函数库明显比用浮点计算方式进行脉冲压缩处理所需时间短、处理效率高，并且随着脉冲个数的增加，处理效率不断提高，处理效率提升约9～15倍；采用VSIPL函数库浮点计算方式进行MTD处理所需时间短,处理效率高，处理效率提升约1.3～4.6倍。

3 结束语

本文提出了基于VSIPL函数库的雷达信号处理方法，利用模拟的多组回波数据，进行处理时间测试，并与传统的浮点计算方式进行比较。实验结果证明了该方法比传统浮点计算方式的处理时间更短，处理效率更高，实现了优化雷达信号处理算法的目的。