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基于DeltaOS的测量定位雷达对动目标处理和显示研究∗

更新时间:2009-03-28

1 引言

雷达系统是一种具有强实时性应用的系统。随着计算机和嵌入式技术的迅速发展,现通常采用Vxworks嵌入式操作系统来满足其可靠性和实时性需求[1]。为了国家武器装备的安全性,可靠性的考虑,国产化处理器和国产化操作系统的开发的需求越来越受重视,国产操作系统陆续推出,其中道系统(DeltaOS)便是其中的代表。

道系统(DeltaOS)是目前中国依靠自己技术和力量,自主研发的实时操作系统之一,龙芯3A是新一代的64位多核高性能通用处理器。处理器采用RISC架构,兼容MIPS指令,原生四核设计,基于龙芯3A处理器在DeltaOS操作系统被大量的运用于军工武器装备领域。本文主要研究基于龙芯3A处理器在DeltaOS操作系统下DeltaGUI图形库的开发和实时任务调度机制的研究,同时采用运动目标跟踪算法和动目标轨迹外推算法,实时进行任务调度计算,并对动目标的动态势图进行显示[2]

2 DeltaGUI设计架构

DeltaOS操作系统支持抢占式多任务、任务的优先级调度、时间片轮转、任务的优先级继承等特点,DeltaGUI是为嵌入式系统提供图形用户界面的支撑软件,是扩展操作系统人机交互功能的一个模块[3]。DeltaGUI位于操作系统核心之上,如果要用它来构建一个实时任务系统,必须将它与实时操作系统内核集成。DeltaGUI以库的形式为应用提供各种工具和组件来实现图形界面[4]

热水器的进水流量是影响加热时间的重要因素,也会影响热水器加热过程中热水所能达到的最终温升。同样将热水温升与加热时间的数学模型导入MATLAB软件进行模拟计算,进水流量按文献[5]确定的合理进水流量区间9~16 L/min以2为步长进行划分,其余参数见表1,热水温升与加热时间的关系曲线如图4所示。

公司应优化组织结构层级,合理调整管理幅度,完善各部门组成结构,做好工作团队的管理,以增强公司适应环境的能力。健全人力资源管理体系,重视岗位工作分析,设立能衡量个体在团队中的行为表现和对团队贡献的指标,合理安排员工任务,正确处理权、责、利的关系,部门间也需要相互协调共同达成工作目标。

目标从运动到点的速度

DeltaGUI与外围相接,以类库的形式向应用程序提供编程接口,通过操作系统抽象层与具体实时操作系统联系,而硬件抽象层使DeltaGUI无需直接和硬件交涉就能轻易挂接各种输入、输出设备[5];DeltaGUI通过消息来进行对象与对象间的通信与协作,采用数据结构DMessage来表示消息。该数据结构中的各个域分别表示了消息的类型、发送者、接收者以及消息所包含的其他信息等;DeltaGUI不断调用消息队列提供的各种函数对所有消息进行有序的处理。用户也可以自己调用消息队列的入队函数把创建的消息加入到消息队列中供DeltaGUI的对象处理[6]

  

图1 GUI体系架构组成框图

DeltaGUI图形库与外围系统的组成关系原理如图1所示。

3 显示图形系统设计与实现

基于龙芯3A处理器,采用GUI组件的显示,主要包括,其主要实现对设备的工作控制、分设备状态监视显示、节点信息态势,目标特点等基本功能显示。系统设计包括了显示模块、控制模块以、接口模块、网络接收模块和GPS接收模块5部,系统采用了嵌入式实时操作系统DeltaOS,开发调试在lamdaPRo下进行,显示图形系统组成框图如2所示。

  

图2 显示图形系统组成框图

GPS接收模块,主要为基准测量目标信号提供经度、纬度,高度和时间信息,以及保证设备运转的秒信号。

接口模块收到GPS信号后,通过PCI总线将收到的数据转发给控制模块。

(3)在LISP的封装数据包送达出口隧道路由器后,进行数据包的解封装,并将身份标识EID1和位置标识RLOC1之间的映射关系缓存,然后按照身份标识为EID2的目的地址将解封装后的内层数据包向LISP主机Y发送。

已知时刻t0目标的位置S0(x0,y0,z0),航向角φ0,俯仰角 φ0,速度V0(vx0,vy0,vz0),经过时间 Δt后得到t1时刻目标的位置为

控制模块,将接收到信息,进行分批处理,提取不同类型目标节点信息进行数据处理。

显示模块,根据不同的信息,通过任务优先级的,进行任务调度。

显示软件包括动目标轨迹的动态势图、被测量目标的实时距离和方位的显示等信息,以及控制操控显示。

4 运动目标跟踪算法

测量定位雷达是通过两部雷达之间按时隙周期进行接收和发射互测量原理,对被测目标的位置和方位进行精确定位,由于对测量精度的要求,需要进行实时预估,对测量得到的异常数据或误差较大数据需要采用滤波算法进行处理。

为满足舰船运动目标状态的更新频率的需求,还需要对目标进行航迹平滑外推。测量过程汇总目标的运动状态信息一般以秒级速度发布,若以接收到的信息频率显示会存在跳变现象,因此需要更短的时间更新目标运动状态就需要对接收到的目标状态信息和目标当前状态信息对目标未来的运动状态进行推算。

α-β-γ滤波最常用的目标运动模型是匀加速运动模型[7],在该模型中,目标做匀加速直线运动,方程如下:

位于山东省莱阳市姜疃镇的老工厂里,挂着一块“为人民服务”的牌子,这是山东鲁花集团创始人孙孟全多年前挂出来的,当时他的职务是姜疃物资站站长。当时有职工嘀咕:“一个小油坊,能让这七八个干活的人吃饱饭就不错了,用得着这样唱高调么?”孙孟全却告诉他们:“要让中国人都吃上咱们的花生油。”

 

式中:xẋ、ẍ分别是运动目标的位置、速度分量和加速度分量;n(t)是均值为零的高斯白噪声。

α-β-γ滤波是运动方程为匀加速的卡尔曼滤波的稳态解形式,运动目标中包含位置、速度和加速度,运动目标的状态方程为

 

进而根据t1时刻的信息可推算得到t2时刻的位置为

 

其中,量测矩阵量测噪声W(k)为零均值高斯白噪声。则状态更新方程为

 

新信息为

 

其中,增益

5 动目标轨迹外推算法

在李淑荣心里,诚信不仅仅是一种品德,更是一种根深蒂固的习惯。外闯市场14年,让李淑荣深知,要想在市场大潮中站稳脚跟,不仅要有精湛的技术和优质的服务,而且要有勇于担当、有诺必践的决心和勇气。

简而言之,道不可言说,要从无和有这对既相同又相异的范畴中去领悟道。道是玄妙又玄妙、深远又深远。它是宇宙万物之奥妙的总原则。

正常情况下运动目标从当前位置,经过时间Δt后能够由预测推算位置

网络发送模块,通过组播发送模式,将外部输入导航信息,作战信息发送控制模块。

 

其中,状态转移矩阵为:过程噪声分布矩阵为为零均值高斯白噪声。量测方程为

 

一直以来,A股上市公司任性停牌、长时间停牌的顽疾一直为投资者所诟病,始终影响着市场的健康发展。“A股上市公司随意停牌是一块‘牛皮癣’。”武汉科技大学金融证券研究所所长董登新直言,随意停牌的乱象既损害投资人利益,也导致市场低效,从某种意义上降低了市场流动性。总体来看大多数违规停牌是一种不诚信表现,企图利用停牌来操纵股价或规避股价波动。

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其中,,则目标在的推算航向角为

 

目标从运动到点的航向转向角速度为

 

目标在的推算俯仰角为

目标从运动到点的俯仰角转向角速度为

 

6 现场实测实验

根据现场实验测量,第20个节点舰船为基准节点,称为测量节点,采用α-β-γ滤波算法,对1~19个舰船进行测量,即被测节点,运动被测目标舰船做圆周匀速运动,初始距离分布在2km~20m之间,初始速度在20kn~40kn之间匀速运动,被测节点实时测量态势图如图3~5所示。图3表示为初始状态下,被测目标未经过滤波处理,真实位置与预估目标位置存在较大的误差;经过一定时间运动后,被测目标与外推值位置无限接近,如图4所示,当经过较长时间稳定运动后,真实动目标位置与预估外推位置重合,如图5所示,1~19被测节点实时测量值与外推值误差值,图6所示。

  

图3 动目标初始运动位置

  

图4 动目标运动中

  

图5 动目标运动稳定

  

图6 动目标与外推值误差

7 结语

由上述试验结果表明,采用α-β-γ滤波算法可以有效地对干扰进行剔除,通过外推算法可以精确地预估目标的运动轨迹,从而提高测量定位雷达的测量与定位精度,运用国产龙芯3A-1000处理器下的道系统(DeltaOS)开发,可以保证雷达的实时性和精度指标要求,提高了雷达的保密安全性,在军队武器装备具有很大的推广应用意义。

矿床地处察布查尔山西段,察布查尔山是在以前震旦系为基底的伊犁地块上发育起来的晚古生代裂谷型坳褶带。在石炭纪早期形成一套从海陆交互相到浅海相的中酸性火山岩和凝灰质碎屑岩、碳酸盐岩建造(图1)。

参考文献

[1]丁鹭飞,耿富录,陈建春.雷达原理[M].西安:电子工业出版社,2010.

[2]道系统使用手册[M].北京科银京成技术有限公司,2017.

[3]航空电子应用软件接口要求[M].中国人民解放军总装备部,2015.

[4]邓中亮,段大高,崔岩松.嵌入式系统设计[M].北京:北京邮电大学出版社,2008.

[5]郭兵,熊光泽,陈丽蓉,蔡建平.嵌入式应用软环境Del⁃taOS/Lamtool的设计与实现[C]//第十届全国抗恶劣环境计算机学术年会,2001:28-31.

[6]李阳,曹万华.基于DeltaGUI的双屏显示技术研究[J].舰船电子工程,2004,24(6):82-84.

[7]朱瑞丰,张军.基于修正α-β-γ滤波的多目标跟踪算法研究[J].天津职业技术师范大学学报,2013.9,23(3):12-14

[8]张萍萍,孙永侃,张莉,林宗祥.舰船科学技术.视景仿真中运动目标的航迹平滑外推算法[J].2013.4,35(4):49-53.

[9]陈亮,吴小俊.基于常增益组合滤波器的目标跟踪算法[J].计算机应用与软件,2009(7):16-17.

[10]韩宏亮.基于IMM的雷达目标跟踪算法研[D].南京:南京信息工程大学,2011.

[11]何友.雷达数据处理及应用[M].第二版,北京:电子工业出版社,2009.

[12]王继森.船舶航迹智能控制系统研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2008.

 
刘铎,黄晓燕
《舰船电子工程》 2018年第05期
《舰船电子工程》2018年第05期文献

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