基于GPU的信号级雷达目标探测系统及探测方法

技术领域

本发明属于体系级复杂试验验证与评估技术领域，涉及基于GPU的信号级雷达目标探测系统及探测方法。

背景技术

体系级复杂试验验证与评估时需要对多频段的雷达，同时面对复杂环境条件下的干扰信号时，对目标实际探测效果进行评估，提升认知水平。信号级雷达探测模拟系统一般是按照固定功能设计，单部雷达难以同时满足以下三个方面需求进行扩展升级。

这些需求为：一是弹性适应体系复杂试验构建的柔性仿真场景，根据仿真场景进行目标双波段探测全过程仿真；二是能够产生指定的干扰信号，并进行闭环验证；三是能够集成到基于开放式框架的体系试验系统中，模拟实际使用中的多部雷达系统进行组网探测的过程。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出基于GPU的信号级雷达目标探测系统及探测方法，解决了一部信号级雷达分时复用模拟不同类型不同波段的雷达进行目标双波段探测全过程仿真的问题。

本发明解决技术的方案是：

基于GPU的信号级雷达目标探测系统，包括回波模拟器、干扰信号源模拟器和开关矩阵；

回波模拟器：实现对雷达回波的模拟，并接收干扰信号源干扰信号，与回波信号进行功合，生成叠加干扰的回波信号；同时，对探测到的目标回波信号进行信号处理，实现雷达信号处理、数据处理以及波束调度；订阅外部体系级试验大系统的场景信息；实时解算目标调制信息；根据解算出的目标调制信息实时产生目标回波信号；接收开关矩阵切换处理后的干扰信号源产生的干扰信号，并将其与目标回波信号功合；将叠加干扰的目标回波信号转换为数字回波信号；针对多目标探测结果，输出探测目标的航迹信息；同时完成系统的自适应调度；

干扰信号源模拟器：实现多部干扰信号源的接入和模拟；

开关矩阵：对干扰信号源接入状态的设置和切换，进行目标信号与干扰信号的功率合成，从而实现多部干扰信号源与多部雷达之间多对多的体系协同对抗试验场景。

在上述的基于GPU的信号级雷达目标探测系统，所述场景信息包括被探测目标的姿态、位置信息及指控信息。

在上述的基于GPU的信号级雷达目标探测系统，所述目标调制信息包括目标幅度、延迟、速度、角度。

在上述的基于GPU的信号级雷达目标探测系统，所述回波模拟器采用GPU高性能计算平台接收数字回波信号，对其进行旁瓣对消、脉冲压缩、CFAR、测距、测角、动目标显示处理，获得目标的点迹信息，利用卡尔曼滤波完成轨迹滤波。

在上述的基于GPU的信号级雷达目标探测系统，所述针对多目标探测结果采用NNDA数据关联算法，完成航迹的起始、维持和消亡，实现对多目标搜索和跟踪，输出探测目标的航迹信息。

在上述的基于GPU的信号级雷达目标探测系统，所述抗干扰模拟器根据调度指令，产生雷达发射信号，并按照干扰信号源的运动特性对其进行调制，产生包含干扰信号源运动信息的回波信号并通过DA输出，经上变频单元后输入到干扰信号源，输出调制后的干扰信号。

在上述的基于GPU的信号级雷达目标探测系统的探测方法，包括：

订阅外部体系级试验大系统的场景信息，实时解算目标调制信息，根据解算出的目标调制信息实时产生目标回波信号；

接收开关矩阵切换处理后的干扰信号源产生的干扰信号，并将其与目标回波信号功合；

将叠加干扰的目标回波信号转换为数字回波信号；采用GPU高性能计算平台接收数字回波信号，对其进行旁瓣对消、脉冲压缩、CFAR、测距、测角、动目标显示，获得目标的点迹信息，利用卡尔曼滤波完成轨迹滤波；

针对多目标探测结果采用NNDA数据关联算法，完成航迹的起始、维持和消亡，实现对多目标搜索和跟踪，输出探测目标的航迹信息；同时完成系统的自适应调度；

对抗干扰模拟器根据调度指令，产生雷达发射信号，并按照干扰信号源的运动特性对其进行调制，产生包含干扰信号源运动信息的回波信号并通过DA输出，经上变频单元后输入到干扰信号源，输出调制后的干扰信号；

对干扰信号源接入状态的设置和切换，进行目标信号与干扰信号的功率合成，从而实现多部干扰信号源与多部雷达之间多对多的体系协同对抗试验场景。

在上述的基于GPU的信号级雷达目标探测方法，所述场景信息包括被探测目标的姿态、位置信息及指控信息；所述目标调制信息包括目标幅度、延迟、速度、角度。

在上述的基于GPU的信号级雷达目标探测方法，所述回波模拟器采用GPU高性能计算平台接收数字回波信号，对其进行旁瓣对消、脉冲压缩、CFAR、测距、测角、动目标显示处理，获得目标的点迹信息，利用卡尔曼滤波完成轨迹滤波；所述针对多目标探测结果采用NNDA数据关联算法，完成航迹的起始、维持和消亡，实现对多目标搜索和跟踪，输出探测目标的航迹信息。

在上述的基于GPU的信号级雷达目标探测方法，所述抗干扰模拟器根据调度指令，产生雷达发射信号，并按照干扰信号源的运动特性对其进行调制，产生包含干扰信号源运动信息的回波信号并通过DA输出，经上变频单元后输入到干扰信号源，输出调制后的干扰信号。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明实现了分时复用，弹性适应体系复杂试验构建的柔性仿真场景，根据仿真场景进行目标双波段探测全过程仿真；

(2)本发明能够产生指定的干扰信号，并与多个干扰信号进行闭环验证；

(3)本发明能够集成到基于开放式框架的体系试验系统中，模拟实际使用中的多部雷达系统进行组网探测的过程。

附图说明

图1为本发明信号级雷达目标探测系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了基于GPU的信号级雷达目标探测系统及探测方法，解决一部信号级雷达分时复用模拟不同类型不同波段的雷达进行目标双波段探测全过程仿真的问题，提出一种基于GPU的信号级雷达目标探测方法，保证信号级雷达作为参试单元能集成到基于开放式框架的体系试验系统中。

基于GPU的信号级雷达目标探测系统，如图1所示，具体包括回波模拟器、干扰信号源模拟器和开关矩阵。

回波模拟器：实现对雷达回波的模拟，并接收干扰信号源干扰信号，与回波信号进行功合，生成叠加干扰的回波信号；同时，对探测到的目标回波信号进行信号处理，实现雷达信号处理、数据处理以及波束调度；订阅外部体系级试验大系统的场景信息；实时解算目标调制信息；根据解算出的目标调制信息实时产生目标回波信号；接收开关矩阵切换处理后的干扰信号源产生的干扰信号，并将其与目标回波信号功合；将叠加干扰的目标回波信号转换为数字回波信号；针对多目标探测结果，输出探测目标的航迹信息；同时完成系统的自适应调度。

其中，场景信息包括被探测目标的姿态、位置信息及指控信息。目标调制信息包括目标幅度、延迟、速度、角度。

干扰信号源模拟器：实现多部干扰信号源的接入和模拟。

开关矩阵：对干扰信号源接入状态的设置和切换，进行目标信号与干扰信号的功率合成，从而实现多部干扰信号源与多部雷达之间多对多的体系协同对抗试验场景。

回波模拟器采用GPU高性能计算平台接收数字回波信号，对其进行旁瓣对消、脉冲压缩、CFAR、测距、测角、动目标显示处理，获得目标的点迹信息，利用卡尔曼滤波完成轨迹滤波。

针对多目标探测结果采用NNDA数据关联算法，完成航迹的起始、维持和消亡，实现对多目标搜索和跟踪，输出探测目标的航迹信息。

抗干扰模拟器根据调度指令，产生雷达发射信号，并按照干扰信号源的运动特性对其进行调制，产生包含干扰信号源运动信息的回波信号并通过DA输出，经上变频单元后输入到干扰信号源，输出调制后的干扰信号。

基于GPU的信号级雷达目标探测系统的探测方法，具体包括如下步骤：

订阅外部体系级试验大系统的场景信息，实时解算目标调制信息，根据解算出的目标调制信息实时产生目标回波信号。

接收开关矩阵切换处理后的干扰信号源产生的干扰信号，并将其与目标回波信号功合。

将叠加干扰的目标回波信号转换为数字回波信号；采用GPU高性能计算平台接收数字回波信号，对其进行旁瓣对消、脉冲压缩、CFAR、测距、测角、动目标显示，获得目标的点迹信息，利用卡尔曼滤波完成轨迹滤波。

针对多目标探测结果采用NNDA数据关联算法，完成航迹的起始、维持和消亡，实现对多目标搜索和跟踪，输出探测目标的航迹信息；同时完成系统的自适应调度。

对抗干扰模拟器根据调度指令，产生雷达发射信号，并按照干扰信号源的运动特性对其进行调制，产生包含干扰信号源运动信息的回波信号并通过DA输出，经上变频单元后输入到干扰信号源，输出调制后的干扰信号。

对干扰信号源接入状态的设置和切换，进行目标信号与干扰信号的功率合成，从而实现多部干扰信号源与多部雷达之间多对多的体系协同对抗试验场景。

其中，场景信息包括被探测目标的姿态、位置信息及指控信息；所述目标调制信息包括目标幅度、延迟、速度、角度。

回波模拟器采用GPU高性能计算平台接收数字回波信号，对其进行旁瓣对消、脉冲压缩、CFAR、测距、测角、动目标显示处理，获得目标的点迹信息，利用卡尔曼滤波完成轨迹滤波；所述针对多目标探测结果采用NNDA数据关联算法，完成航迹的起始、维持和消亡，实现对多目标搜索和跟踪，输出探测目标的航迹信息。

抗干扰模拟器根据调度指令，产生雷达发射信号，并按照干扰信号源的运动特性对其进行调制，产生包含干扰信号源运动信息的回波信号并通过DA输出，经上变频单元后输入到干扰信号源，输出调制后的干扰信号。

实施例

基于GPU架构的信号级雷达目标探测方法可以实现信号级雷达探测系统模拟实际雷达的数量弹性扩展。作为参试单元通过基于中间件的LVC开放式集成框架的通信节点接入到体系级试验大系统中。

该方法主要包括回波模拟器、干扰信号源模拟器和开关矩阵。

(1)回波模拟器

实现对雷达回波的模拟，并接收干扰信号源干扰信号，与回波信号进行功合，生成叠加干扰的回波信号，同时，对探测到的目标回波信号进行信号处理，实现雷达信号处理、数据处理以及波束调度。

回波模拟器流程如下：

1)订阅外部体系级试验大系统的场景信息(包括被探测目标的姿态、位置信息及指控信息)，实时解算目标调制信息(包括目标幅度、延迟、速度、角度)，根据解算出的目标调制信息实时产生目标回波信号；

2)接收开关矩阵切换处理后的干扰信号源产生的干扰信号，并将其与目标回波信号功合；

3)将叠加干扰的目标回波信号转换为数字回波信号。采用GPU高性能计算平台接收数字回波信号，对其进行旁瓣对消、脉冲压缩、CFAR、测距、测角、动目标显示(MTI)等，获得目标的点迹信息，利用卡尔曼滤波完成轨迹滤波。

4)针对多目标探测结果采用NNDA数据关联算法，完成航迹的起始、维持和消亡，实现对多目标搜索和跟踪，输出探测目标的航迹信息；同时完成系统的自适应调度。

(2)干扰信号源模拟器

实现多部干扰信号源的接入和模拟。对抗干扰模拟器根据调度指令，产生雷达发射信号，并按照干扰信号源的运动特性对其进行调制，产生包含干扰信号源运动信息的回波信号并通过DA输出，经上变频单元后输入到干扰信号源，输出调制后的干扰信号。

(3)开关矩阵

实现对干扰信号源接入状态的设置和切换，进行目标信号与干扰信号的功率合成，从而实现多部干扰信号源与多部雷达之间多对多的体系协同对抗试验场景。

一般一部信号级雷达都是模拟单频段的、单类型的，功能单一，不支持分时复用，难以扩展并集成到体系试验系统中。本发明基于GPU的信号级雷达目标探测方法，相比而言具有以下特点：一是分时复用，弹性适应体系复杂试验构建的柔性仿真场景，根据仿真场景进行目标双波段探测全过程仿真；二是能够产生指定的干扰信号，并与多个干扰信号进行闭环验证；三是能够集成到基于开放式框架的体系试验系统中，模拟实际使用中的多部雷达系统进行组网探测的过程。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。