雷达信号处理中大数据量FFT实现分析

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电子技术与软件工程
Electronic Technology & Software Engineering 雷达信号处理中大数据量F F T实现分析
沈佳琪靳璐
(中国船舶重工集团公司第七二三研究所江苏省扬州市225001 )
摘要：本文将详细介绍大数据量FFT在雷达信号处理中的应用优势，通过专业的调查与研究，找出大数据量FFT的算法原理与实现 过程，并对雷达信号的处理开展了大数据量FFT试验，借助该试验中的算法、仿真效果、计算量与试验结果等掌握其在雷达信号处理上的 使用优势。

关键词：雷达信号处理；大数据量；算法试验
毫米波雷达带有小天线口径、高分辨率与高精度等特征，通常
来讲，其作用频率在30-300GHZ间，其发射信号内的宽带与距离分
辨率呈现反比，若想加强距离分辨率，其要拥有一定的宽带雷达信
号。

为促进毫米波类雷达信号的整体发展，要合理掌握信号处理的
运算速度与点数，使雷达信号处理体系更加具有实时性、大带宽、
高精度。

1大数据量FFT在雷达信号处理中的应用优势
雷达信号处理共分成两项内容，即通信与电子对抗，在进行通
信期间，为增强干扰能力，改进无线电信号的随机性与可行性，其 要采用科学的调制与编码技术，并对信号进行科学处理，增强信号 的准确率，降低错误率。

在开展电子对抗的过程中，技术人员要为 其配备意象适宜且带有输出性质的脉冲设备，全面分析雷达信号的 输入状况，为实现该项数据分析的准确率，在计算大数据量期间运 用了 FFT。

在使用FFT期间，其能适时改善雷达信号的处理效率、提升雷达测试的准确性及增强真实性，因而FFT测试在雷达信号处 理期间带有极大的应用优势。

1.1提升信号处理效率
在检测雷达目标的过程中，会发生回波状况，也会出现信息受 阻等不良情况，依照当前实际状况，根实物相比，阻碍信号与回波 会产生较大区别，运用FFT测试法不仅能精准找出雷达信号目标，还能有效增强信号的处理效率，促进目标数据的精准度。

基于FFT 测试法的内部优势，如高精度，其能有效改进受阻碍的信号，增强 目标的准确性。

1.2加强雷达测试的精准度
传统雷达系统在进行测试时，其主要借用模拟法来识别对应目 标，并将电路流通当作信号处理的纽带。

在信息化快速发展的同时，雷达信号的识别难度也逐渐升高，其信号处理的手段也朝着数字化 方向迈进。

针对现代雷达系统而言，其在处理信号的过程中，可采 用FFT测试，能切实处理大数据量与高精度信号，提升雷达测试的 精准度。

此外，当前雷达系统的测试都应带有极强的实时性，技术 人员运用多项技术将信息化与信号处理完美融合，在改进信号处理 效果的同时，进一步加强其精确性，促进雷达信号处理的整体效率。

1.3加大真实性
一方面，当前的新型雷达系统已经过多重发展，其整体性能也 得到了不同程度的优化，在不断优化与改进期间，雷达信号与检测 目标也有了一定的更新，其信号处理的方法应放置在数据的识别与 解析上，因此，FFT测试将会对雷达信号的处理起到较大促进作用。

基于目前雷达系统内的数据规模较大、信号检测难度较高，运用 FFT可切实加强雷达信号的处理效果，提升其目标数据的准确性。

另一方面，FFT测试中还带有较强的仿真效果，在开展雷达信
图1:并行处理法
图2:雷达监测仪器
号测试的过程中，针对其生成的测试结果，可进行不同程度的仿真 试验，借助雷达系统内部的模拟功能来加强该次测试的真实性。

技 术人员也需在雷达信号监测中查找出其精准位置。

众所周知，雷达 信号的处理或监测多用在军事领域，其探测出的数据会给本国军事 带来极大帮助，因而信号探测中的真实性较为重要。

运用FFT测 试能准确发现雷达系统内各项数据的真实情况，了解与掌握各类信 号的实际位置，为国家军事领域提供更为精准的数字m。

2雷达信号处理中的FFT实现过程
2.1大数据量FFT的算法原理
当前处理雷达信号的方式有两种，即利用算法的改动来适当削 减算法运算量：采用并行处理法，通过处理器个数的增加来改变信 号处理效果。

具体来说，在当前的大数据量FFT中，其使用并行 处理法，如图1所示，借助在同一数据中的多片DSP开展并行处理，增加该系统的成本与体积。

并行处理法的主要工作程序为进行信号 输入，并将其分配到对应的并行处理模块中，通常来讲，该模块的 数量要至少为2-3个，继而实行统一的结果输出，确认对应的数据 信息。

当前D SP的主要功能为处理芯片内的主要数据，利用FPGA 开展芯片控制的协助工作，而系统外部可借用总线连接到DDR3，DSP与FPGA的串行传输则会依赖于SRIO。

在架构信号处理器的过程中，其架构内的核心频率需在1.25G Hz左右，其运算能力 需带有极强的浮点与定点作用。

芯片内部还会带有多重外设，如
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表h不同点数FFT的算法精度
点数2000400060008000
直接FFT298.2297.9298.01298.05
分解FFT297.6297.66297.83297.81
误差％0.0130.0110.0090.006
EDMA、HyperLink、PCIe、RapidIO及千兆以太网口等。

基于芯片内部带有各类硬件加速器，其外设功能较丰富，且带有较强的信号 处理能力，可用在多种图像处理或信号处理中，如电子对抗、声纳、雷达与通信等系统中，尤其是在雷达的信号处理中[21。

此外，分析毫米波雷达内中频信号频谱的过程中，其主要的运 用方式为FFT法，其在处理雷达数字信号期间扮演着关键角色，并 广泛作用在信号处理领域内。

FFT算法可处理多重信号，如多媒体 信号、生物医学、卫星通讯与雷达信号等，属此类技术中的核心算 法。

在运行FFT算法的过程中其计算精度与计算量存有些许矛盾，受技术条件限制，二者较难达成一致。

随着信息技术的飞速发展，在处理信号时对其整体精度提出了一定的要求，针对信号的精度需 求，多点数信号也需进行一定的FFT处理，基于信号处理中的实时 性需求，技术人员应适当改进其运算过程。

2. 2实现过程
对于FFT分解算法原理的实现过程来说，技术人员可假定某 堆数组的长度属N，并开展相应的FFT计算。

具体来说，由于N 的数值较大，在采用FFT运算期间可将其分解成N,*N2的二维数 组，当其点数不足时可采用数据补零法，保证其数据内的地址都 能按行相邻。

针对N点DET的公式为y (k)=x (n)*d(27t/N)n k，k=l,2，...，N。

通过精准计算后，技术人员可获得FFT数值，了解雷 达信号的处理状况。

在计算FFT数值的过程中，技术人员应依照顺序，将N2数值 当作N,点的FFT，在完成该步骤的运算后，可将每项结果与旋转 因子相乘，该旋转因子为d27N，在得出对应性结果后，将N,数值 当作N2点的FFT进行实际运算，继而获取真正的雷达数据信号。

3大数据量FFT在雷达信号处理中的试验
3. 1算法试验
为展现FFT在雷达信号处理中的效果，技术人员需对其进行专 业试验，-般来讲，分解DSP算法的关键为了解与掌握该访问设 备中所有系统的存储空间，并将FPGA内的数据高效传输到DDR3 的存储器中，也就是说要将主核内的数据放置到公共储存区内，利 用灵活的核间通信法来完成对应任务的调度与分配，技术人员还需 继续读取与处理公共储存区中的数据[3]。

FFT处理器的结构共分成三级，在第一级别中其借助缓冲存储 器来保存对应形态的运算核，随着级别的升高，如第二级别与第三 级别，其运算核的计算基准也发生了较大改变，比如，当第一级别 的运算核为16蝶形时，则第二、三级别的运算核基准为4蝶形，通过运算核内数值的改变，可看出FFT处理结构中的存储性能。

针对核间通信方式，其主要运用主辅拓扑架构，在该结构内外 部存储器DDR可与EDMA实行数据交换，主核利用该结构中的中 断功能来与从核开展通信连接。

主核与从核的功能不同，前者的主 要作用为控制，而后者的任务多为计算，因而各核间难以有通信产 生。

在开展算法试验前，技术人员需利用FPGA将数据信息放置到 外部设备DDR3中，将此类大数据量内的数据转换形式，如可将其变成以N2*N1为主的矩阵形态，放置在共享内存内，若其点数不足，可采用补零法进行适当补充。

该试验主要程序为将DDR3分解成核0、核1-7与核0，由核0到核1-7可设置成就绪指令，而反过来需 设计为返回指令；核1-7与DDR3可带有双重数据处理功能；在完 成数据的计算与处理后，核1-7可对核0下达运算完成指令，而核 0也可对核1-7实行存储指令，从而使其顺利完成数据保存，有效 开展多核算法试验。

此外，通过对该算法试验的掌握，技术人员应看出在分解大数 量FFT时，若分解后的乂与!^仍未能达到试验要求，可对数值 较大的项目进行继续分解，如在分解完成后发现％数值较大，可 将其分解成N3*N4或N5*N6等，直到该数值达到试验要求为止。

3.2实现仿真效果
在完成算法试验后，针对其生成的数值，技术人员要进行适时 验证，比如，其可在MATLAB中开展对应性仿真，并设置其发射 信号为s=exp (jO fo t+T iut2])，在该公式中fD的数值在35GHz，其也属该发射信号的起始频率，其中T值代表调制周期、B属 带宽调制，也就是说u=B/T,其目标位置在298m左右。

针对静 止目标来说，时延数据为常数，其目标距离信息的公式为s=exp (j[27C f〇t+7lUt2+27Ult] ) 141 〇
在分析仿真结果的过程中，技术人员需假定其调制周期不变，将其对应的带宽分别设置成B,=lGHz、B2=500MH z、B3=250MH z，其调制周期大约在2m s左右，此类设计不仅满足了大带宽要求，还达到了大数据量的整体需求。

与带宽相对应的采样率则分别是 4MHz、2MHz、1MHz,此后技术人员可将采样数据补充到8192点、4096点与2048点，即4096点中的FFT可分解成64*64的频谱图；8192点的FFT可改变成对应的64*128点的频谱图，并依照点数的 不同来确认对应的目标距离，具体数值如表1所示。

通过表1可知，由于FFT的点数不同，其测出的目标距离也不 尽相同，针对同一种输入信号而言，其点数越多，FFT的分解精度 就会越高。

若点数超出4000,则FFT算法的精确程度就会在0.01% 以内。

相较于直接FFT，分解FFT的误差仍然较大，在分配到各个 核内后，其误差量将会大幅缩减。

通过仿真效果的整体分析，技术 人员可看出随着算法复杂度与数据量的提升，其性能优势正逐渐凸 显。

3. 3分析计算量
针对计算量的分析，借助N点开展FFT运算，当技术人员采 用传统的运算方式时，其运算量多为N(N-1)次复数加与N2次复 数乘；而采用FFT算法后，若D FT的N数值为2的整次幂，也就 是常说的N=2M，都可进行一定的分解，直到DFT的指数为2,该 计算模式下的计算量为l〇g2N*N次的复数加与log2N*N/2次的复数 乘，通过逐步分解，在适时缩减该算法的运算量的同时，帮助各个 从核进行并行运算，并及时缩减运算时间，降低计算成本。

在分析 计算量的过程中，技术人员需详细考察核间通信要耗费的时间，若 雷达信息的数据量较小或算法的复杂程度较低，则D SP难以凸显 出其技术上的优势；当管理者对雷达信号处理带有高精度与大数据 量需求时，技术人员可适时运用该算法，改进雷达信号的处理效率。

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Electronic Technology & Software Engineering 符合国六排放监控要求的车载终端设计
钱国平夏宝华武锡斌刘莲芳田俊涛
(北京福田汽车股份有限公司北京市102206 )
摘要：本文在分析了目前现行智能网联系统中上代远程信息系统车栽终端（Telematics-Box, T-Box)解决方案的缺陷，精准解读 了国六标准对于车栽系统的要求，使用业界模块化设计方法重新设计出能全面覆盖国六标准的4G T-Box解决方案。

该方案继承了上代T-Box 的所有功能，同时实现覆盖国六标准的全部功能。

本案首先阐g了结构设计、硬件设计以及软件设计，然后展示了本案实现数据加密解密 技术的过程以及安全访问，最后论述了实现福田企业标准对T-’B ox休眠电流要小于3毫安（mA)的要求。

本案实现的第四代移动通信（the 4th Generation mobile communication technology, 4G) T-Box解决方案，可以说“既继承了上代T-Box的功能，又实现了覆盖国六标 准的定义”，充分体现了新解决方案设计上的新颖性与概念上的超强性。

关键词：智能网联；T-Box;国六标准；糢块化设计；安全访问
在我国，互联网汽车正处于高速发展，智能网络设备在汽车上 的应用越来越广泛。

T-Box做为现代智能网联系统中一个非常重要 的部件，目前对于车辆接入智能网联系统来说，国家是没有强制的 标准要求汽车整车制造产商将汽车整车接入智能网联系统，但是汽 车整车制造厂商对于上市车辆接入智能网联系统，这事实上己经是 一个默认的标配了。

对于重型商用车辆（本案简称重卡），为了保护生态防止车辆 尾气污染大气，2018年我国国家环境生态部和国家市场监督总局 联合制定发布了《GB17691-2018重型车国六排放标准》（本案简 称国六标准）[11，标准强制规定重型商用车辆必须安装车载终端用 以收集车辆发动机尾气排放等相关数据，并将采集数据实时上传到国家平台、企业平台以及地方平台，以便国家环境部门能实时监控 重卡尾气排放即时调整我国生态环境保护策略。

因此T-Box将做为重卡强制安装的车载终端，其除了实现上代 远程信息系统（Telecommunication-Informatics，Telematics)功能外，还必须按照国六标准实时收集数据并将数据上传到相关的平台。

1当前的现状与本案目标
1.1分析现状与T-Box功能说明
做为实现远程控制功能的车载部件，T-Box部件首先是接入车 辆的控制器局域网络（Controller Area Network，CAN)，连接车身 控制模块（Body Control Module，BCM)、发动机控制单元（Engine
在完成计算量的分析后，技术人员可了解到此类数据的存放形 式，具体来说，在进行存储的过程中其只能依照顺序进行读取，若 其读取与存储的方向一致，其读存都较为方便；当二者方向不一致 时，应率先将出现变化的数据取出，将正常顺序的数据读取，并对 变化数据进行适当修改或及时剔除。

在完成数据挑选与运算后，要 将其输入到各自的存储单元中，相较于此后的审查工作，在此阶段 确认数据的对应单元，有助于帮助其节约时间成本，降低数据变换 的损耗，增强数据运算的精准度[5]。

在F FT中技术人员还可采用直接储存法，不仅给数据信息的 搜索与挑选带来便利，还有助于数据的保存与读取。

在记录每项数 据的过程中，工作人员不仅要严格遵守其放置顺序，还要明确标出 每项数据的实际含义，利用机器的自动搜索来完成信息读取工作。

此外，由于FFT运算的方向不同，在存放与读取时应严格遵从正 确的读取顺序，如（J=1,N、1=1，N、M=I，J)与（1=1，N、J=l，N、M=I，J)，此两种读取顺序皆可用在运算程序中。

值得一提的是，采用无格式读取，其存放的速度会更快。

3. 4试验结果
通过具体的算法试验，技术人员可看出基于不同点数，FFT分 解算法带有极强的精准度，对于点数数值的提供，该系统给出了一 定的要求，即其要以2的整次幂为基准，若其雷达信号的数据不足 2的整次幂，要进行适宜的补零操作，其点数要与2的整次幂接近，通过高效率的计算增强雷达信号处理的准确度。

一般来讲，技术人员多将此试验运用在雷达信号处理过程中，如图2所示，针对雷达信号而言，通过大数量FFT试验能有效探测 其精准位置，确认其各项信号的数据，此技术不仅能增加雷达监测 的真实性，还会帮助其覆盖更广的面积，满足人们对雷达信号的精度要求。

4总结
综上所述，为满足算法的高精度与实时性需求，技术人员采用 了大数据量FFT,在其点数增加的过程中，其算法精度会获得快速 提升。

FFT分解算法的点数需以2的整次幂为基准，若其雷达信号 处理中的数据未达到2的整次幂，应开展一定的补零操作，确保数 据的精准度，增强雷达信号处理的试验效果。

参考文献
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作者简介
沈佳琪（ 1990-),男，辽宁省新民市人。

大学本科学历，工程师。

研究方向为雷达系统。

靳璐（ 1987-)，男，陕西省山阳县人。

大学本科学历，工程师。

研究方向为雷达系统。

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