基于锐华嵌入式实时操作系统雷达数据处理软件设计

李浩正 罗利强 周 游 杨 璇 畅 言

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

长期以来，在我军综合电子信息系统和武器系统建设进程中，军事应用软件基本做到自主研制，但军用关键软硬件过分依赖国外商用产品，这种不可控的状况已成为我军战略安全的重大潜在威胁，严重制约我军信息化武器装备体系的自主可持续发展。目前国家正在实施自主可控战略，越来越多的国产芯片、基础软件运用到武器装备中。在某些领域，鉴于国产芯片与国外产品对比存在较大差距的事实，在国产部分硬件无法满足需求的情况，可以先实现基础软件的自主可控。

ReWorks操作系统[1]是国内某科研机构开发设计的嵌入式操作系统，在我国部分军用产品上已经逐步开始推广使用，本文在分析国产化嵌入式操作系统ReWorks特点的基础上，设计了一种基于ReWorks的数据处理软件，数据处理软件不仅继承了原来风河公司VxWorks的优点，而且国产化软件提供了更丰富的调试手段，利于软件的开发设计。

1 国产化实时操作系统(REWORKS)介绍

锐华嵌入式实时操作系统(ReWorks)是一款类VxWorks系统,组件可裁剪,同时还兼容VxWorks。其体系结构图如图1所示。

图1 ReWorks体系结构图

ReWorks嵌入式操作系统，是一款提供了VxWorks兼容接口的实时操作系统，具备以下特点[2]：

1)实时性

ReWorks能够及时响应中断和高效率的线程调度，同时还具备了线程的优先级切换。

2)可裁剪性

ReWorks组件是可裁剪的，用户根据自己需求进行内核优化。

3)适用性

ReWorks支持当前大部分的主流硬件设备，提供了与设备相对应的板级支持包。

4)标准化

ReWorks支持C/C++,提供符合规范的系统接口，保证了可移植性。

5)VxWorks兼容性

ReWorks封装了VxWorks底层接口，能够直接兼容VxWorks源代码。

类似于Tornado，ReWorks也有自己的一套嵌入式集成开发环境REDE：

6)可用性

支持X86、PowerPC、ARM等多种目标机硬件平台，方便简捷。

7)易用性

集设计、开发、配置、调试、仿真为一体，提高应用开发效率。

2 基于国产化操作系统ReWorks的雷达数据处理设计

2.1 雷达数据处理软件概述

雷达数据处理软件[3]的主要任务是完成目标的航迹建立、航迹与点迹相关、航迹质量管理、航迹的滤波处理等，数据来源于雷达信号处理机，目标处理结果输出到雷达终端显示计算机，并接受雷达终端显示计算机的工作模式和状态控制。

表1 雷达数据处理软件功能简介

2.2 主要功能设计

2.2.1 数据预处理

数据处理板接收雷达信号处理机输出的目标检测结果，并对检测结果进行预处理，处理内容包括点迹合并。点迹合并[4]是对雷达信号处理机送来的在一定距离，方位和俯仰范围内的相关原始一次点迹进行存储并凝聚，凝聚点迹。

点迹合并是对雷达信处上报的一次点迹，当原始点迹位置信息(距离、方位、俯仰)相互符合一定条件，可以进行点迹合并，一方面用于航迹更新，一方面实时上报显控计算机，合并采用线性加权求重心的方法。点迹合并公式如下：

(1)

其中，Q为经过合并后的点迹的距离、方位或俯仰值，Qi为各分裂点迹的距离、方位或俯仰值，Vi为信号强度(Vi为线性值，信处送来的强度为对数值，必须化为线性值)。

2.3 航迹建立

当目标点迹符合起航准则时(及运动参数符合目标特征)，数据处理应能建立该目标的运动航迹，包括自动建航和手动建航。数据处理工作正常模式下采用了自动建航，当虚警较高或者检测概率比较低的情况可采用手动建航。

2.4 航迹相关

依据相关波门、系统航迹预测值和滤波器通道号，完成凝聚点迹和与已有系统航迹间所属关系的判定，建立系统航迹与凝聚点迹的配对矩阵，并选择统计距离最近的凝聚点迹作为系统航迹的更新点迹。

2.5 航迹质量管理

根据航迹与点迹的相关情况，进行航迹质量的增减，航迹质量决定了航迹的起始与撤销。所以，在航迹处理的同时，根据航迹与点迹相关的情况，实时更新航迹质量，并根据航迹质量来判断航迹是否转确认或者撤销。

2.6 航迹批号管理

对于新起始的航迹信息，数处应该能自动给该航迹确立目标批号，新确定的批号应该符合以下要求：

1) 对于特定已建立航迹的目标，在该目标航迹撤消前该目标的目标编号不得改变，目标撤消后应继续外推一定时间(约3～5个周期)，当新建目标和外推目标关联时允许使用原有批号；

2) 新撤消的航迹批号应保留一定时间方可重新使用；

3) 新建立的目标航迹应按照轮询原则寻找允许使用的空目标标号分配给该目标航迹。

3 工程应用效果

在介绍具体项目应用前，首先简要介绍ReWorks嵌入式实时集成开发环境(ReDe)的特点以及与该操作系统配套的硬件平台。ReDe以Eclipse开放体系结构为基础，结合嵌入式软件开发以及ReWorks操作系统的特点，实现了功能定制改造和工具链扩展，可以运行于Linux 、Windows等多种操作系统，对不同的系统具有很好的兼容性；数据处理硬件平台选用基于龙芯3A-2000处理器的6U CPCI标准单板计算机，龙芯[5]3A-2000是龙芯3号多核处理器系列中最成熟的一款产品，其采用65nm工艺制造，在单个芯片内集成了4个64位超标量通用处理器核，最高工作主频为1GHz，可有效服务于大型信息处理、显示处理等实时系统，具有电源管理，音视频接口、SATA存储接口、USB接口保护、网络MAC、超级IO、键盘鼠标、硬件自检等功能模块。图2是REDE开发环境的界面布局；图3是龙芯3A的6U标准的单板机；图4是应用ReWorks的数据处理软件在某型号项目雷达中跟踪目标的航迹效果图，从图中可以看出，基于ReWorks实时操作系统的数据处理软件能够实现稳定航迹跟踪。

4 结束语

本文首先通过分析软件国产化的必要性，同时介绍了从事项目中应用到的国产操作系统的特点和性能，结合从事的雷达数据处理工作，设计了能够在国产操作系统下有效工作的数据处理软件，解决了部分军用软件过分依赖国外商用产品带来的隐患，具有较高的经济价值和军事价值。

图2 REDE开发环境的界面布局

图3 龙芯3A单板机

图4 基于ReWorks的航迹跟踪效果图

参考文献:

[1] 邱浩，奚培峰，杨帆，殷君.EtherNet/IP通信网关的研制和应用[J].低压电器，2009(15)：35-37.

[2] 郑莹莹.基于Reworks平台的点迹处理设计实现[J].科技视界，2016(15)：118.

[3] 何友，修建娟，张晶炜，等.雷达数据处理及应用[M].北京：电子工业出版社，2006：1-2.

[4] 罗利强，张艳艳，高恒.雷达数据处理软件模块化研究[J].火控雷达技术，2013.42(2)：38-41.

[5] 张潇潇，王士成，王未名.基于VPX标准的双路“龙芯”3A计算机模块设计[J].飞行器测控学报，2013.32(6):531-536.