基于PCIE光纤接口卡的雷达目标分类系统

　　摘要为满足某型雷达对目标进行分类的需求，以我所自研的PCIE光纤接口卡作为对外数据接口，以高性能加固计算机作为处理平台，设计并实现了一种雷达目标分类系统。该系统除可以完成目标分类处理外，还可以对雷达原始回波数据进行实时记录和回放。
　　【关键词】PCIE总线 雷达目标分类 RAID0 SVM
　　1 引言
　　PCI Express（PCIE）总线是Intel公司开发的第三代高性能I/O总线，广泛应用于移动设备、台式电脑、工作站、服务器、嵌入式计算机及通信平台外围设备的互联，可实现点对点的高速串行传输。PCIE互联可以配置成xl、x2、x4、x8、x12、x16 或x32的点对点链路。PCIE1.0标准x1的单向传输速率为2.5Gbps，PCIE2.0标准x1的单向传输速率为5Gpbs，随着芯片技术发展这一速率可达10Gbps 。光纤传输具有抗干扰能力强、衰减小、传输距离远、传输速率高等优点，雷达回波数据在不同分系统之间多采用光纤传输。我所自研的PCIE光纤接口卡正是基于PCIE总线进行设计，通过光纤接口实现计算机对外数据交换。
　　2 PCIE光纤接口卡
　　PCIE光纤接口卡作为计算机对外数据接口，是整个雷达目标分类系统的核心硬件。该接口卡基于Altera公司Stratix II GX系列FPGA芯片EP2SGX90进行设计，该芯片提供PCIE 接口IP 核。接口卡提供4路光纤接口，每路的最高传输速率为2.5Gbps，提供8 Lane的PCIE总线接口，每路的单向传输速率为2.5Gbps，板卡实际的传输速率能达到600MB/s。工作过程中，PCIE光纤接口卡通过光口实现对外数据收发，通过DMA操作完成对计算机内存的存取。PCIE光纤接口卡结构框图如图1所示。
　　3 方案设计与功能描述
　　该雷达目标分类系统硬件组成包括PCIE光纤接口卡和一台高性能的加固计算机，PCIE光纤接口卡负责对外数据交换，将收到的雷达回波数据进行打包和预处理，然后经PCIE总线通过DMA操作完成到计算机内存的搬移，之后，计算机负责完成所有处理操作。
　　雷达目标分类算法运算量大，为实现准实时处理，计算机选用当前处理能力最强的Intel Core i7四核处理器，并配备2GB的DDR3内存。分类工作方式下，操作员在显控终端指出关心的目标，雷达系统根据数据处理提供的目标距离、速度选择最优PRF，数据处理通过网络送分类指令；在雷达扫描下一圈的目标方位处，雷达控制将回波数据帧置分类标记，并带入目标绝对速度、距离、航迹等参数。雷达目标分类系统对收到的具有分类标记的数据帧进行处理并记录成文件，分类结果通过网络送至显示终端。
　　该系统除完成目标分类功能外，还可实现雷达原始回波数据的高速实时记录，为突破单个硬盘写盘速度瓶颈，配备四个硬盘构建RAID0来提高写盘速度，总写盘速度可达100MB/s，磁盘总容量为2TB。对于所记录的雷达原始回波数据，可以通过PCIE光纤接口卡回放给雷达信号处理系统，供事后分析处理。
　　4 软件设计
　　该系统的软件是基于VC++设计的多线程Win32应用程序，根据工作方式分为目标分类模块、实时记录模块和数据回放模块。根据不同的任务要求通过控制界面进行操作，启动程序模块、调用相应线程，线程间通过事件Event实现同步。软件工作流程如图2所示。
　　4.1 目标分类程序模块
　　目标分类程序模块是整个软件的核心模块，该模块由网络接收线程、数据记录线程、分类处理线程和网络发送线程组成。当工作在目标分类方式时，PCIE光纤接口卡对输入的光纤数据完成光电转换后进行打包和预处理。程序模块调用PCIE光纤接口卡的驱动程序，打开设备并用SetFilePointer和WriteFile函数初始化相关寄存器，用DeviceIoControl函数控制设备并启动DMA操作，将数据通过PCIE总线搬移至计算机内存。
　　网络接收线程接收来自数据处理的分类指令启动分类处理线程；数据记录线程将内存中的雷达回波数据按照帧格式进行整理，并判断帧数据是否带有分类标记，将带有分类标记的帧数据送分类处理线程进行处理，同时将该帧数据写入计算机硬盘；分类处理线程启动目标分类处理算法，其中包括MTI、DPC、FFT、检测算法、特征提取、SVM分类算法等，得到目标分类结果；网络发送线程将分类结果上报。
　　4.2 实时记录程序模块
　　数据记录时，启动数据记录线程，其工作过程与目标分类程序模块类似，但对雷达回波数据不做任何处理，直接写入计算机硬盘形成文件。
　　4.3 数据回放程序模块
　　数据回放时，打开PCIE光纤接口卡并初始化为回放状态，然后启动数据回放线程，将所记录的雷达回波数据文件读至内存，并将数据按照雷达帧格式加入定时码字，调用DeviceIoControl函数启动DMA操作写PCIE光纤接口卡，PCIE光纤卡上的FPGA将数据中的帧定时码字转换为K码标示，数据经光纤送信号处理。
　　5 结束语
　　经试验验证，该基于PCIE光纤接口卡的雷达目标分类系统数据吞吐率高，处理能力强，稳定可靠，既可以准实时地完成对雷达目标的分类处理，又具有数据实时记录和回放功能，记录速度高达100MB/s,记录容量高达2TB。因采用通用计算机进行设计，在本机即可完成对实录数据的事后分析处理。
　　
　　参考文献
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　　作者简介
　　李申（1980-），男，山东省聊城市人。现为南京电子技术研究所工程师。主要研究方向为雷达数据记录、雷达信号处理。
　　
　　作者单位
　　南京电子技术研究所江苏省南京市210039