基于国产化计算平台的雷达数据融合软件设计与实现
杨 璇 畅 言 李浩正
(西安电子工程研究所 西安 710100)
摘 要： 本文阐述了国产化计算平台的概念及应用意义，对国产化计算平台的软、硬件的构成、技术指标以及主要特点进行详细描述；在此基础上，结合工程实际，完成了基于国产化计算平台的雷达数据融合软件设计与实现，仿真结果表明，研制的雷达数据融合软件功能和性能均满足要求，有效提升了装备软件国产化水平，具有较高的工程应用价值和军事价值。
关键词： 国产化计算平台；雷达数据融合；ReWorks；ReDe
0 引言
近年来，随着高新技术的迅速发展和广泛应用，快速推动了武器装备的更新和作战方式的演变，信息化战争将成为未来战争的基本形态。随着我国综合实力的日益提高和我军信息化建设的稳步推进，研制和应用国产化计算平台已成为研究热点。
国产化计算平台是涵盖了国产硬件、操作系统以及其它基础软件的一个集合[1]。使用国产化信息平台不仅有助于消除我国电子国防的安全隐患，更有利于改变我国一直以来在信息安全领域的被动局面，符合国家安全和利益的战略选择，其重大意义不言而喻。
1 国产化计算平台
目前主流的国产计算机硬件主要是基于MIPS架构的龙芯系列和基于ARM架构的飞腾系列，国产操作系统主要有中标麒麟操作系统、深度操作系统、锐华(ReWorks)实时嵌入式操作系统、“道”实时嵌入式操作系统等。鉴于龙芯的生态环境比较完善以及锐华实时嵌入式操作系统对VxWorks的完美兼容，故本次国产化平台硬件选用龙芯系列，操作系统选择锐华操作系统。
学历方面，要求本科学历的招聘信息占比34．8%，要求硕士研究生学历的招聘信息占比57．6%。与本科院校相比，高职高专院校的人才需求停留在本科与硕士研究生层面，对博士研究生的需求较低。
1.1 硬件平台
龙芯3A-2000是龙芯3A多核处理器系列中最成熟的一款产品，采用65nm工艺制造，主频1GHz，功耗小于15W。可应用于通用服务器、云计算服务器、云存储服务器、高性能桌面等，可有效服务于大型信息处理、显示处理等实时系统。
龙芯3A处理器主要特征如下[2]：
1)片内集成4个64位的四发射超标量GS464高性能处理器核；
2)片内集成四核共享的4MB二级Cache；
3)片内集成2个64位400MHz的DDR2/3控制器；
4)片内集成2个16位800MHz的HyperTransport控制器；每个16位的HT端口可以拆分成两个8路的HT端口使用；
5)片内集成32位33MHz PCI/ PCIX；
表1中，第一维度“交互性/信息性”反应的是语篇的交际特征和信息传达两个功能的强弱程度。一般认为，语篇的交际性和信息性是用来区分口语和书面语的重要指标之一，交际性强的语篇通常往往伴随着信息性的不足，反之亦然，二者成互补趋势。观察表1中《政府工作报告》的数值，发现其水平介于政府文件，和新闻报道之间，负值－16．78说明其呈现极强的信息性，交互性欠缺。从内容上看，我国的政府报告不仅包含对前一年的工作情况的总结，也包括对当年工作任务的归纳，以及对未来国家建设的规划。其较高的信息性与政府文件的特征相匹配，符合研究预期。而与此形成强烈反差的是《美国国情咨文》显示出较强的交互性，维度分值接近备稿演说。
从图3可知，在相同微波时间和微波功率条件下，3～6 mm堆积厚度范围内，紫菜的感官评分呈上升趋势；在6～9 mm范围内，紫菜的感官性状呈缓慢下降趋势；当堆积厚度为6 mm时，感官评分最高为87.6分。在干燥试验过程中，一开始堆积厚度太薄，导致紫菜干燥过度变焦，影响感官评分。而堆积厚大于6 mm时，紫菜干燥不完全导致水分含量过高，影响紫菜的品质。
7)支持多核芯片通过HyperTransport接口互连；
8)高带宽设计，高可靠性设计，良好的可扩展性。
三要提高网络化、信息化能力，成为网络信息化建设的“内行”。我国网络信息经济和科技发展要实现“弯道超车”，关键要从领导干部自身做起，在综合素质和执政能力上来一次彻底的“网络化”和“信息化”，努力提高对互联网规律的把握能力、对网络舆论的引导能力、对信息化发展的驾驭能力以及对网络安全的保障能力，成为网络强国建设和信息化建设的“内行”。准确把握互联网发展及传播规律，维护网络秩序；牢牢掌控网络舆论的话语权，形成正面的宣传舆论；深入推进信息化建设，破解新问题、推动新发展；全面加强网络安全检查，感知网络安全态势，维护网络空间安全。
“盈利”与否是否意味着盒马鲜生做到了自称的运用大数据、移动互联、智能物联网、自动化等技术和理念，大大提升了企业的经营效率？在记者看来，这才是更值得关注的。
1.2 操作系统
锐华(ReWorks/ReDe)是我国自主研制的国产嵌入式实时操作系统，其符合IEEE POSIX 1003.13-2003/POSIX 1003.1-2001实时接口规范[3]，并提供VxWorks兼容接口，其实时响应时间小于10μs；ReDe是与ReWorks相配套的、集嵌入式软件设计、开发、调试、仿真、测试和集成部署为一体的嵌入式软件开发环境。
1.3 锐华嵌入式实时操作系统(ReWorks/ReDe)主要构成
本车雷达空情 ：1路；
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，可支持与其它商用CASE工具的无缝集成，可以运行于Microsoft Windows和中标麒麟桌面操作系统等多种系统平台，具有开放性、跨平台、一体化等特点[4]。ReDe功能组成如图2所示。
图1 ReWorks体系结构图
图2 ReDe体系结构图
1.4 锐华操作系统主要特点
当融合航迹更新结束后，记录融合航迹更新数据信息，并完成融合航迹信息的反量化和上报。
2)根据网络接收的数据类型进行分类存储，判断信息为数据信息还是控制信息；
2)支持SMP并行处理多核架构，编程接口与单核兼容，中断响应、任务响应时间、核心接口性能与VxWorks相当；
3)装备硬件环境适配：支持主流CPU，支持龙芯系列国产处理器，以实现SMP模式多核操作系统，支持龙芯3A国产处理器；支持多串口、USB设备；
5)图形系统：高效的图像引擎，支持硬件加速及双屏显示，并实现与QT/GTK+图形系统的集成，实现多媒体播放器，支持H.264/MPEG格式；
4)具备系统监控、异常日志以及构件内存隔离保护功能，从而支持系统故障的记录、隔离、处理；
6)支持与人大金仓、天熠数据库，CORBA实时中间件的集成。
1.5 ReWorks与国内其他操作系统基本情况对比
锐华与国内其他操作系统的基本情况对比见表1。
学生在学习本课程过程中存在不同情况的困难，采用怎样的教学模式能让学生学习好这门课程，就成了我在教学过程中不断探索的问题。自我在广东理工学院任教本课程近两年的教学实践中，经过2016级财务管理、2017级会计学本科班的教学实践，对这门课的教学模式摸索出了一些体会，也希望同行研究和探讨。
表1 锐华与国内其他操作系统对比表
由表1可看出，锐华操作系统产品在多核支持、国产CPU支持、DSP支持、应用范围等方面，具有一定的优势。
打糖实际上就是麦芽糖，听说是用大米和麦芽熬制而成的。熬好的打糖被融化后凝固成一大块整体的圆形或方形，出售时根据顾客的需要用钢钎刀和小锤子敲下大小不一的一块来。买打糖的基本都是孩子，因此售价也总是1角至5角钱一小块居多。卖打糖的货郎们有时候也兼收废品，让孩子们拿家里的废品如牙膏皮、废塑料、鸡毛鸭毛或者是破铜烂铁，去折换一块小小的打糖。
2 基于国产化平台的雷达数据融合设计实现
2.1 系统功能概述
雷达数据融合软件实时收集作战区域内各作战单元的战时空情信息，通过空间配准、时间配准、目标跟踪、融合状态估计实现作战情报信息融合，完成情报信息的一致性判别，形成战场统一的空情态势，为协同级指挥员决策提供依据。
2.2 软件设计与实现
雷达数据融合软件功能包括参数装订、空间配准、时间配准、目标跟踪、属性判断、类型识别、空情上报和状态上报功能。功能描述如表2所示。
式中：和分别为语言变量和对应的三角模糊数，当Rij≻时，Fij表示Rij相对于产生的损失，Rij越优，产生的损失越大；当Rij时，Fij表示Rij相对于产生的损失，Rij越劣，产生的损失越大；当时，Fij表示Rij相对于既无获得收益也无产生损失。
表2 功能描述
其性能指标如下：
1)空情收集能力
ReWorks嵌入式实时操作系统采用微内核及组件技术，能根据应用需要对操作系统内核进行配置、裁剪、扩展与定制，具备较强的伸缩能力[4]。ReWorks的体系结构图如图1所示。
上级空情：1路(可选)；
2)从属作战空情：2路；
3)空情融合处理能力：500批；
事实证明，关注企业员工的工作满意度，注重员工自身的个性特点及需求差异，通过构建合适的个性化激励方式，能让员工个人的工作目标与企业发展目标实现深度结合，从而实现企业上下的“最佳配合”。所以，对于各个企业来说，在当前时代环境下，如何更加有效地激发广大员工的工作热情和创造性，深度挖掘员工自身的工作潜力，提高企业的运行效率，是当前企业需要积极思考的问题。特别是当前市场竞争越来越激烈，企业需要充分考虑自身实际，树立科学化、系统化的经营理念，构建适合企业自身发展的员工管理体系，完善员工激励体系，最大化的实现企业员工的自身价值，使得企业能够更好适应当前市场环境。
《钴鉧潭西小丘记》被收录于苏教版高中语文课本《唐宋八大家散文选读》，是柳宗元的“永州八记”之一。通常的教学只关注到作者通过“贺小丘之遭”来发泄胸中的积郁，却往往忽视了文章本身的“美”。本文单纯从审美的角度来透析文本。
4)目标处理速度范围：30m/s <V<1000m/s；
6)片内集成一个LPC、两个UART、1个SPI、16路GPIO接口；
系统航迹精度：优于网内雷达航迹精度平均值(匀速直线运动)。
2.2.1 参数装订
数据融合软件上电自动加载参数配置文件，完成空间配置所需参数的装订，并将加载参数上报终端予以显示；同时，工作过程中，支持上述装订参数的在线更新和实时文件存储。
2.2.2 空间配准
空间配准功能用于完成各个雷达站上报的一次航迹信息的空间统一，并将空间配准后的一次航迹作为时间配准模块的信息输入。空间配准功能模块包括位置配准子功能模块和速度配准子功能模块。其中，位置配准功能完成将各个雷达站上报的一次航迹位置信息从各雷达站所在的相对坐标系转换到融合中心所在相对坐标系；速度配准把不同地点的各个雷达站送来的一次航迹矢量速度信息从各雷达站所在的相对坐标系转换到融合中心所在相对坐标系。
2.2.3 时间配准
时间配准功能基于GPS/北斗系统授时，通过一次航迹内插或外推，完成各个雷达站的空情在融合中心的时间对准。时间配准功能模块包括初次时间对准子功能模块和二次时间对准子功能模块。其中初次时间对准模块将融合航迹外推到当前一次航迹的时间，查找相关一次航迹，依据关联紧密程度，获取对应凝聚权值；二次时间对准模块将融合航迹相关的一次航迹按照各自速度进行外推至当前时刻，并把所有相关的一次航迹进行凝聚和存储。
2.2.4 目标跟踪
目标跟踪功能模块是信息综合软件的核心功能，完成单站航迹和与已有融合航迹间从属关系的判定，实现对协同作战模式下对作战区域内所有目标实时跟踪。其包括航迹建立、航迹批号管理、航迹相关、航迹更新、航迹质量管理子功能模块。
其中航迹建立模块查找作战区域内未相关的一次航迹，如果符合航迹建立准则，系统就自动完成航迹的建立。航迹批号管理模块对于新建立的融合航迹，当没有达到批号容量上限时，数据融合软件应能自动赋给该目标一个目标批号，在航迹撤销前，该目标批号唯一。航迹相关模块完成凝聚点迹和已有融合航迹间从属关系的判定，建立凝聚点迹与融合航迹的配对矩阵，并通过计算选取最优的凝聚点迹作为融合航迹的更新点迹。航迹更新模块依据融合航迹更新点迹和融合航迹预测估计值，通过滤波处理，给出目标位置和速度估计，及时更新融合航迹数据，保证对融合航迹的有效跟踪维持。通过航迹质量管理判断哪些未确认航迹可以转换为确认航迹，哪些是虚假航迹应予以撤消。
2.2.5 属性判断
根据各作战单元上报一次航迹的目标属性或询问结果，经融合判断，获得融合航迹的目标属性判断结果。目标属性融合结果为敌、我、不明、民航四种，其中“敌”只能由人工指定。实际设计中，首先应服从上级以及人工对该目标的敌我识别结果；如果没有明确的识别结果，则利用各站上报航迹信息中的识别结果进行敌我识别综合判断。
2.2.6 类型识别
根据各作战单元上报一次航迹的目标类型识别结果，结合融合航迹空间运动特性，经融合识别，获得融合航迹的目标类型识别结果。在这些因素中，对于上级给定或操作手指定的目标类型，要无条件服从；若无上级相关信息，则根据位置、运动特性、综合判断目标类型识别结果，最后将识别结果随航迹一同上报。
2.2.7 航迹上报
锐华嵌入式实时操作系统采用全自主设计、自主实现，可替代国外同类先进产品VxWorks。主要特点如下：
2.2.8 状态上报
定时收集数据融合软件状态，包括系统工作模式、本站编号、主从状态、融合航迹数量等；并将状态信息量化后，通过网络定时上报。
综上所述，媒体融合时代，受众接触到的新闻信息更加纷繁芜杂，新兴传媒技术的发展对于传统电视新闻记者而言既是挑战，也是机遇。电视新闻记者应当积极转型全媒体记者，扭转播报落后、新闻深度不够、新闻模式老化的不利局面，通过在采编工作中融合新理念，刷新采编技术，拓宽新闻播报平台，为受众提供有时效、高质量的新闻报道。
2.3 工作流程
本次设计采用分布式融合架构，主要完成协同作战时多站的数据融合，兼顾目标属性判断和类型识别。雷达数据融合软件的工作流程图如图3所示，主要工作流程如下：
1)软件上电自动加载参数配置文件，完成空间配置所需参数的装订；
早期的贝多芬基本都在学习作曲，创作器乐曲，创作风格基本是以海顿莫扎特的风格为主。在维也纳时期贝多芬出现了听觉障碍，但他写下了《第一交响曲》《第二交响曲》，钢琴协奏曲，钢琴奏鸣曲（悲怆月光、暴风雨在内的20首）。创作风格已显示出自己的创作个性，具有朝气蓬勃的情感，对比强烈的特点。
1)高效的实时多任务管理，支持基于优先级的可抢占调度及防优先级反转策略；
3)若接收到控制信息，根据协议对控制信息进行解析并执行，并将执行结果实时反馈；
4)若接收到数据信息，则需判断是位置信息还是空情信息，若为位置信息，则调用参数装订模块进行位置信息更新；若是空情信息，则进入后续模块处理；
5)当有空情信息输入时，首先调用空间配准模块完成一次航迹信息的空间统一；其次调用时间配准模块完成各个雷达站的空情在融合中心的时间对准；
6)对经过空间配准与时间配准的一次航迹进行目标跟踪处理，完成在协同作战模式下，队各作战区域内所有目标实时跟踪与多站空情融合；
7)根据各作战单元上报一次航迹的目标属性或询问结果，调用属性判断模块，获得融合航迹的目标属性判断结果；
8)根据各作战单元上报一次航迹的目标类型识别结果，结合融合航迹空间运动特性，经融合识别，获得融合航迹的目标类型识别结果；
9)最后，雷达数据融合软件定时上报融合航迹数据信息与状态信息。
图3 雷达数据融合软件的工作流程图
2.4 软件优化适配
根据对雷达数据融合软件需求分析，结合ReWorks嵌入式实时操作系统实际使用特点，利用集成开发环境(ReDe)完成雷达数据融合软件的设计实现，具体实现方法如下：
“每一只生肖瑞兽都有独特的个性气质。描绘它们时，我试图摆脱其外在形象的束缚，用心感受亚洲文化，从而在狭小的表盘中展现这些气质。”Anita Porchet表示。“丰富的黑白色调能够创造出细腻的灰色动物毛皮质感，并形成风格低调的背景，凸显狗的昂扬神采。”
1)为了使软件具有良好的兼容性，在系统资源配置中选择VxWorks兼容层的全部内容；
2)由于ReWorks中的头文件路径为绝对路径，故在创建工程时需将头文件路径加入路径与符号选项中；
3)自旋锁锁住资源而非锁住任务调度，因此不能使用tasklock与taskUnlock，应在程序中具体临界资源处添加自旋锁spinlock_t datapro；
4)由于ReWorks与VxWorks辅助时钟函数的差异，在ReWorks操作系统中用函数sys_auxclk_rateset、sys_auxclk_connect、sys_auxclk_enable来适配辅助时钟；
5)系统默认未加载浮点处理，若工程需要，则要勾选支持浮点处理的选项；
6)导入融合软件源程序，并在usrInit文件中加入主函数完成编译。
2.5 仿真分析
利用上述设计方法在实验室进行动态仿真，图4为该雷达数据融合软件航迹融合处理效果。仿真结果表明，该雷达数据融合软件各个模块功能正确，实现对协同作战模式下对作战区域内所有目标的实时跟踪和空情融合，满足雷达数据融合对功能和性能的指标要求，能够替代国外的计算机硬件和操作系统。
图4 雷达数据融合软件航迹融合处理效果
3 结束语
本文通过对软件国产化必要性的分析，介绍了国产化平台的特点及性能，结合从事的雷达数据融合工作，设计了能够在国产化平台下运行的雷达数据融合软件，为数据融合系统的国产化提供了解决方案，降低了部分军用产品过分依赖国外厂商带来的隐患，具有较高的军事价值和经济价值。
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Design and Implementation of Radar Data Fusion Software Based on Domestic Computing Platform
YANG Xuan, CHANG Yan, LI Haozheng
(Xi’an Electronic Engineering Research Institute, Xi’an 710100)
Abstract : This paper describes the concept and application significance of the domestic computing platform, and illustrates the software and hardware components, technical specifications and main features of the domestic computing platform. On this basis, combined with engineering practice, the radar data fusion software based on domestic computing platform was designed and realized. The simulation results show that the function and performance of the developed radar data fusion software meet the requirements, and effectively improves the domestic level of equipment software. There is great value of this software in engineering and military application.
Keywords : domestic computing platform; radar data fusion; ReWorks; ReDe
中图分类号： TN95；TN919.3
文献标志码： A
文章编号： 1008-8652( 2019) 03-059-06
引用格式： 杨璇,畅言,李浩正.基于国产化计算平台的雷达数据融合软件设计与实现[J].火控雷达技术,2019,48(3)：59-64.
DOI ：10.19472/j.cnki.1008-8652.2019.03.011
收稿日期： 2019-04-15
作者简介： 杨璇(1987-)，女，工程师。研究方向为雷达信息处理技术。
标签：国产化计算平台论文; 雷达数据融合论文; ReWorks论文; ReDe论文; 西安电子工程研究所论文;