基于軟件構件技術的軟件化雷達

劉　鳳

(南京電子技術研究所,　南京 210039)

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·總體工程·

基于軟件構件技術的軟件化雷達

劉鳳

(南京電子技術研究所,南京 210039)

摘要：分析了軟件構件技術在軟件化雷達開發過程中的作用，并將軟件構件技術引入到雷達系統軟件開發過程中。對雷達系統進行領域工程建模，生成了軟件化雷達體系結構和層次化的軟件體系結構，用于指導后續的領域設計與構件設計實現。在軟化件雷達開發過程中使用構件，可以充分復用雷達系統的開發過程、需求分析、軟件體系結構和領域構件等，進而有效提高軟件化雷達的開發效率和軟件質量。

關鍵詞：軟件化雷達；軟件構件；領域工程；復用構件

0引言

雷達的種類眾多，不同用途、不同功能的雷達對信號參數(載頻、脈寬等)有不同的要求。目前，設計研制的雷達往往無法適應在不同的環境下對不同屬性的目標進行智能化跟蹤檢測的需要。正是由于這個原因，才提出軟件化雷達的概念。簡單地說，就是要搭建一個通用的硬件平臺，用軟件實現各種不同體制雷達的設計，從而縮短研發時間、降低研發成本和開發風險。

從實戰角度出發，現代戰爭中為了奪取戰爭初期制空權、打贏電磁戰，雷達已成為導彈和各國空軍的首批重點戰術打擊對象。因此，提高雷達的生存能力成為現代雷達研制中不得不考慮的關鍵指標。一方面，軟件化雷達可由軟件定義功能，通過下載新程序和發布新參數就可以很容易地改變雷達信號體制，通過跳頻、變頻和變信號(時寬、帶寬、調頻斜率)形式等方法實現電子對抗[1-2]。另一方面，由于使用了高性能的數字化器件，采用了嵌入式系統的體系結構，軟件化雷達從體積和質量上大大小于傳統的硬件雷達。因此，其機動靈活性得到了較大提高，這對于提高雷達在現

代戰場上的生存能力具有深遠的意義[3-4]。

1軟化件雷達

軟件化雷達是軟件無線電技術在雷達領域的擴展，是不斷變化的軍事需求與當今快速發展的IT產業相互結合的產物。跟軟件無線電相比，由于雷達自身情況，發展相對滯后，但也到了必須發展的階段[5]。無線電通信發展歷程與雷達發展歷程的對比圖如圖1所示。

圖1　無線電通信發展歷程與雷達發展歷程對比圖

軟件化雷達可定義為基于標準化、模塊化的數字平臺(除射頻單元外)，具有通用的開放式體系結構，采用面向應用的開發模式，系統功能通過軟件定義、擴

展和重構的新一代雷達。基本思想是順應時代發展的潮流，把傳統“以硬件為核心實現專用功能”的雷達系統構建方法，轉到“以面向應用為核心，實現任務和功能的靈活配置”的設計思想。

對比傳統雷達，軟件化雷達的特點具有如下五點：

(1)硬件通用化。采用標準化、模塊化的通用硬件平臺；雷達系統部分或全部的底層硬件功能模塊可以通過軟件定義、編程，具備了更大的動態配置范圍和更靈活的動態配置能力。

(2)可重構多功能。選擇不同的軟件構件可以在通用硬件平臺上設計出不同體制和功能的雷達，實現探測、干擾、偵察、通信的綜合一體化。

(3)可擴展。通過軟件的升級、重構實現功能性能的提升，有效解決目前雷達改造升級困難的問題，快速提升戰斗力。

(4)構件化開發。采用以面向應用為核心的開發模式，可以實現底層硬件和上層任務軟件的解耦，軟件開發方法逐漸由“面向過程”轉向“面向對象”，使雷達系統的體系結構由封閉式向開放式發展。

(5)高性價比。雷達各功能由軟件實現，不涉及硬件電路設計和驅動程序的開發，降低了研制費用和開發人員的工作負擔。

從雷達的發展過程看，隨著現代電子器件性能的提高，硬件平臺的性能將不再是制約軟件化雷達發展的條件，意味著通過先進的軟件工程技術可以提高雷達軟件部分的開發效率和質量。因此，如何利用軟件工程的先進理論和方法，提高系統的開發效率和產品質量在當前軟化件雷達領域顯得尤為重要。軟件工程的發展為軟件化雷達的設計、開發帶來了巨大的便利，將進一步促進軟件化雷達的發展[6]。

2構件化技術

從一般意義上講，構件是指軟件系統中可以明確辨識的構成成分。而復用構件是指具有相對獨立功能和可復用價值的構件。軟件構件技術是針對某一特定領域的軟件開發技術，是一種系統的、全生命過程的軟件復用技術。它可以有效提高軟件的開發效率和軟件質量，并能縮短開發時間、降低開發費用[7]。

從系統需求分析開始就采用構件的思想，以構件為中心的思想涵蓋整個軟件生命周期。

基于構件的軟件開發過程是運用以構件為中心的思想來指導軟件生命周期的各個階段，包括需求分析、架構設計、軟件設計、測試驗證、維護和升級，甚至應用系統創建過程中的項目管理也是基于構件的。特點如下：

(1)核心是將應用系統劃分為不同粒度的構件；

(2)以構件為中心的思想貫穿軟件生命周期；

(3)支持高度并行開發；

(4)支持迭代和持續開發；

(5)支持高度復用。

基于構件基線軟件開發過程包括兩個并發的子過程：一個是領域工程，另一個是基于構件的應用軟件開發過程，如圖2所示。

圖2　基于構件的軟件開發過程

領域工程完成一系列工作，實現共性技術的研究、梳理、提煉，完成一組可復用構件的標示、構造、分類和應用，以建立一組可以被其他軟件工程師復用的模型和軟件構件，用于構造新的應用系統。

3構件技術的軟件化雷達開發過程

3.1軟件化雷達領域分析

軟件化雷達領域涉及模擬子系統、數字子系統兩大部分內容[8]。下面將按照構件技術對軟件化雷達系統的功能、軟件和硬件組成及接口關系進行領域工程建模，生成軟件化雷達體系結構和軟件體系結構，用于軟件化雷達的領域設計實現，如圖3所示。

圖3　軟件化雷達體系結構

3.2軟件系統領域分析

軟件系統的體系結構是指該系統由哪些構件組成，這些構件如何協作構成一個系統，以及裝配的模式和約束等。軟件化雷達采用開放的分層結構規范，它使系統應用和操作環境分離，為上層應用的系統應用開發提供統一的、開放的底層支持和服務。特點如下：

1)分層的軟件架構，把應用與底層硬件相分離；

2)分層式處理環境，實現應用軟件的可移植性、可重用性和可擴展性；

3)盡可能利用商用標準和產品，比如：商用硬件總線結構(VPX，PCIE)，vxWorks、Linux操作系統等。

如圖4所示，采用分層次架構設計，分為：(1)通用組件、專用部件；(2)應用管理；(3)中間件；(4)操作系統；(5)硬件平臺。

圖4　軟件體系結構圖

3.3構件化的信息處理子系統實現設計

信息處理子系統軟件的應用層次結構如圖5所示：(1)系統層，實現不同類型雷達的作戰能力需求；(2)應用層，實現雷達功能所需的各種工作方式控制，供系統層進行調度應用；(3)計算層，實現各種工作方式下的信息處理計算功能，供應用層根據需要進行調用。

圖5　軟件內部功能結構圖

如圖6所示，硬件是基于8640D處理芯片嵌入式高性能計算板卡。硬件系統由8640D處理模塊、交換模塊、交換接口模塊、背板、機箱等組成，機箱內部的板間信號通過RapidIO來實現互聯。嵌入式操作系統VxWorks，8640D處理模塊、交換模塊驅動支持包。

圖6　信息處理系統框圖

信息處理子系統軟件的實現方法采用了層次化體系結構，如圖7所示，通過層級之間的接口規范實現了對底層硬件的屏蔽和封裝；通過管理層實現了硬件層與系統層/應用層的功能解耦。即頂層雷達系統設計人員可針對信息處理系統需求，直接利用應用層構件來構造系統層的信息處理流程，無需考慮具體的底層硬件結構、數據通信和處理過程。因此，可以支持上層應用需求對底層軟/硬件的升級和跨平臺移植。

圖7　信息處理軟件構件組成圖

系統層構件：1)空中監視，集成常規搜索、常規跟蹤的工作模式，實現對空警戒功能；2)地面火控，集成PD搜索、PD跟蹤的工作模式，實現地面火控、炮位偵校等功能；3)目標識別，集成PD跟蹤、步進頻工作模式，實現空中目標識別功能。

應用層構件：1)常規搜索/常規跟蹤工作模式，集成空間處理、干擾抑制、匹配濾波、目標檢測、航跡評估、綜合顯示等計算構件；2)PD搜索/PD跟蹤工作模式，集成空間處理、干擾抑制、匹配濾波、目標檢測、模糊解析、彈道外推、綜合顯示等計算構件；3)目標識別，集成空間處理、匹配濾波、特征提取、綜合顯示等計算構件。

管理層構件：1)實現信息處理子系統的硬件管理，對計算模塊、數據交換模塊完成包括中斷、信號量、RapidIO、系統交換路由枚舉等管理；2)實現對信息處理子系統的數據總線管理，計算構件間的數據交互方式以軟總線的方式進行管理，實現通用數據接口。

上述不同類型構件，在應用管理層的組織下，通過構件裝配方式，經過軟件編譯，下載到通用處理硬件平臺，可根據系統需要靜態或動態的實現不同雷達系統功能，實現軟件化的雷達設計方式。

4結束語

軟件化雷達的技術發展，預示著現代雷達系統技術已經逐步進入以“軟實力”為核心的技術發展階段。通用軟件層次架構、可復用軟件構件技術等都是雷達系統技術“軟實力”的重要內容。本文所述的分層軟件構件設計方式，實現了管理層、系統層、應用層、計算層的軟件構件的設計開發和復用，該方法已成功應用于雷達信息處理系統設計中，后續多型雷達借用經過嚴格測試的構件，有效提高了軟件質量和效率。

參 考 文 獻

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劉鳳女，1977年生，本科，高級工程師。研究方向為雷達信號處理、軟件構件技術。

Software Radar Based on Software Components Technology

LIU Feng

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology,Nanjing 210039, China)

Abstract：The significance of software engineering theoretic applied in radar system developing is summarized, and software component technology is introduced to the software developing. Domain engineering modeling of software radar is done, and software radar system architecture as well as software architecture is generated which would be used in domain design process. Software radar developing with software component could make full reuse of system's developing process, requirement analysis, software architecture, domain components, et al, which could improve developing efficiency and software quality effectively.

Key words：software radar; software components; domain engineering; reusable component

DOI：10.16592/ j.cnki.1004-7859.2016.05.004

通信作者：劉鳳Email：64890739@qq.com

收稿日期：2015-12-24

修訂日期：2016-02-29

中圖分類號：TN958

文獻標志碼：A

文章編號：1004-7859(2016)05-0012-04