Reutech 雷达系统公司采用基于模型的设计流程,开发舰载海空搜索雷达

“若不采用基于模型的设计,要想按时完成本项目将会非常困难。使用HDL Coder自动生成HDL代码,以及将信号 处理算法的设计与详细的硬件实现分离开来,这两项能力帮我们节省了两个工程师人年。”

挑战

为舰载海空搜索雷达系统,开发核心信号处理 子系统

解决方案

使用MATLAB和Simulink工具,采用基于模型的 设计流程,来开发算法、模型的关键单元,继而 完成系统级的仿真,最后生成HDL代码。

结果

  • 设计开发时间减少两个工程师人年
  • 信号处理模块可复用
  • 交付高可靠的固件

RSR 210N 多用途两坐标雷达系统。

RSR 210N是一部由Reutech雷达系统公司(RRS)所设计和建造的多用途两坐标雷达,它可以用于直升机支援任务,也可用作通用警戒或舰船防卫。这是一部三通道脉冲多普勒雷达系统,设计要求它能够在严苛的环境下有效地工作,并能在各种气象条件和地杂波/海杂波干扰下,精确检测到快速移动的小目标。

RRS的工程师们使用MATLAB®和Simulink®,采用基于模型的设计(Model-Based Design)流程,为RSR 210N开发出了自适应的检测和信号处理系统,并基于FPGA实现。

“基于模型的设计可以将底层的信号处理架构设计(包括相应的IO和数据传递通道等)与核心信号处理算法的开发工作分离开来。”RRS的系统工程师Kevin Williams这样说。“这种方法节省了时间、降低了风险,使我们从以上两个不同领域的工程师团队得到最优的设计。”

挑战

设计舰载雷达的首要目标是它能够在动态变化的环境中,适应较大范围的多种海况。RRS团队必须在航海试验时收集到的数据基础上,对设计进行快速的更新和修正。这一挑战,因信号处理的复杂性,变得更加困难,比如,要在一段时间内对雷达杂波进行统计,以确定自适应检测器的阈值。

过去,RRS工程师们是通过替每个信号处理器设计单独的单元,并手工编写HDL代码来完成类似的系统开发。但是,如果整个设计无法放入单个FPGA的话,那么团队就不得不为各单元之间的数据通信开发一个架构。系统级的查错功能只能等到每个单元都集成到一起之后才能开始。

现在,RRS工程师们想要在开发流程的早期就开始系统级验证,并尽快解决错误。他们也希望不需要用手写而是采用自动生成HDL代码的方式来加速开发中的迭代。

解决方案

RRS工程师们用MATLAB和Simulink开发出了RSR 210N的信号处理系统,并用HDL Coder™自动生成的代码予以实现。

首先,工程师们用MATLAB为信号处理器的核心单元开发出算法。经过对所有单元进行调试和验证之后,工程师们在Simulink中创建算法模型,并用Stateflow®为状态机控制单元建模。

他们把信号处理器中的数字脉冲压缩模块、多普勒滤波器、导航视频处理器、以及自适应恒虚警率(CFAR)检测器等的模型集成为一个完整的系统模型。

工程师在Simulink中进行仿真,验证这些算法的准确性之后,他们使用Fixed-Point Designer™把浮点数据模型设计转化为定点数据模型。随后,工程师们用HDL Coder从这些模型中自动产生出了75,000多行HDL代码。

在FPGA测试中,团队获得了各种结果和诊断数据。这些数据在MATLAB中进行后处理,来验证HDL实现与Simulink模型之间的结果一致。

这一雷达系统最后完成了探索性的海上试验。团队使用所收集到的数据,对设计进行了修正,并对Simulink中的关键参数进行了优化,并再次生成HDL代码,以供下次海试之用。

结果

  • 设计开发时间减少两个工程师人年. Williams说:“相比于手写代码,基于模型的设计让我们的开发时间节省了大约两个工程师人年。从开发算法到功能验证再到HDL实现,这一过程我们节省了大量的时间。”
  • 信号处理模块可复用. “在RSR 210N项目开发过程中,我们建立起了一套将Simulink模块参数化的最佳实践,以此可以对诸如数据类型、内存深度、总线宽度以及设计的其他方面便捷地进行重新设置。其结果是我们可以把许多信号处理单元复用到其他项目中去。” Williams又说。
  • 交付高可靠的固件. “我们使用基于模型的设计开发的信号处理器固件,在第一套系统交付之前的两年内,基本上没有大的改动。基于过去项目的经验,在整个项目的早期阶段,能达到这种水平的可靠性和准确性,确实是我们不敢奢望的。” Williams最后说。