雷達軟件化的關鍵技術研究

麻進玲

摘 要雷達作為一種電子探測裝置，在軍事領域中的應用較為廣泛。常規的雷達系統在功能方面比較單一，為改變這一現狀，軟件化雷達的概念被提出。基于此點，本文首先簡要闡述了雷達的基本結構原理，隨后對雷達軟件化的產生背景及發展現狀進行分析，在在此基礎上論述了雷達軟件化的關鍵技術。期望通過本文的研究能夠對推動雷達軟件化的發展有所幫助。

【關鍵詞】雷達 軟件化 技術

1 雷達的基本結構原理

雷達這一概念出現于上個世紀初期，它的英文縮寫為Radar，翻譯成中文是無線電檢測與測距設備，常規雷達的基本結構如圖1所示。

在圖1中，觸發電路每間隔一段時間會產生出一個作用時間相對較短的尖脈沖，這個脈沖信號會分別發送給發射機、接收機以及顯示器，發射機在脈沖信號的控制下，會產生一個寬度為0.05-2.0μs的超高頻發射脈沖信號；天線系統會將發射脈沖聚集成細束后，向指定的方向發射，并接受該方向物標反射的回波，通過波導饋線傳給接收機，接收機則會將發射回來的回波信號進行放大（約可放大100倍左右），變成中頻回波信號，通過檢波、放大，轉換為可供顯示器顯示的視頻回波信號，這就是雷達的基本工作原理。

2 雷達軟件化的產生背景及發展現狀

2.1 產生背景

雷達軟件化概念的出現與軍事應用需要有著密切的關聯，從雷達在軍事應用需求的背景上看，具有以下幾個方面的特點：

2.1.1 復雜化

這里的復雜化既包括探測環境，還包括電磁環境，兩者的存在要求雷達應當能夠按照實際背景，通過自適應處理等途徑，增強對目標的探測能力。

2.1.2 多樣化

該特點具體是指探測模式的多樣化，不同的探測對象以及種類繁雜的探測任務要求雷達能夠對資源進行靈活配置。

2.1.3 一體化

在海陸空三種平臺上，要求雷達系統可以實現主動與被動探測、多元信號與信號融合等多種功能的一體化。

從支撐雷達系統的關鍵技術上看，雷達軟件化的特點主要體現在如下幾個方面：一是數字技術的發展和完善，使雷達上一些重要組成部分可以通過軟件進行定義和配置；二是隨著模塊化技術的成熟，使雷達上各個子系統的通用性獲得了大幅度提高；三是集成優化技術的進步，使第三方技術可以融入到雷達系統當中，從而使雷達具有了開放性的特點。

2.2 發展現狀

2.2.1 國外的發展現狀

在最近幾年里，國外對雷達軟件化相關技術的研究取得了一定的成果，其中較具代表性的有：MIMO雷達系統，它是由美國俄亥俄州立大學研制開發的一套系統，其帶寬為500MHz，中心頻率能夠達到2-18GHz，性能處理系統由DSP和FPGA實現。除了該雷達系統之外，俄亥俄州立大學還研發出了小型化的雷達軟件庫。ONR（美國海軍研究局）授予了國防合作商RC一項合同，其內容是分布式陣列雷達，該雷達系統具備多種功能，主要包括通信、情報以及電子戰等等，其采用的是軟件定義的技術，由此使得該雷達系統具備了實現多種功能于一身的潛力，能夠進行重新配置，這在一定程度上提高了雷達的靈活性。在雷達軟件化的發展中，美國無疑是領軍人物，由美國軍方研制開發的軟件化雷達系統基本都完成了技術演示，有些已經投入使用。

2.2.2 國內的發展現狀

我國在雷達軟件化方面的研究起步較晚，但隨著科技的不斷發展和進步，推動了雷達軟件化的發展。我國的清華大學在雷達軟件化的研究方面取得了進展，獨立研發出了Radar Lab2.0系統，這一款軟件化雷達信號處理系統，它的核心技術包括模型化開發技術和可視化技術，該系統除了具備靈活的擴展能力之外，還支持多種硬件平臺，由此提高該系統的可移植性。國內其他的科研單位在雷達軟件化相關技術的研究方面也取得了一定的進展，如DSP處理器、Open VPX雷達信號處理平臺等等，這些技術為雷達軟件化的發展提供了強有力的技術支撐。近年來，我國多所大學聯合進行了雷達軟件化試驗平臺的研制工作，對其中的關鍵技術進行了深入的研究，其中較具代表性的有射頻信號數字采樣、雷達信號直接處理、波形信號發射等等。從總體上，我國在雷達軟件化方面的研究主要集中在數字化技術和雷達工作模式的驗證等方面，與美國相比略顯落后。

3 雷達軟件化的關鍵技術

3.1 技術內涵

雷達是一種電子裝置，在這個裝置中集成了各種資源，如陣面、波形、軟件、處理等等，對上述資源的優化和控制，可以形成不同的系統功能，從滿足各種任務需要。雷達軟件化是以操作環境為核心構建起來的一套具有開放性特點的結構體系，借助軟件對雷達的各種功能進行重新定義和構建，從而獲得新一代的雷達系統，具體如圖2所示。

雷達軟件化的基本特征體現在如下幾個方面：一是可對任務需求進行自定義。開放式的架構可以使軟件化雷達對各種任務需求進行靈活響應，能夠滿足多功能、多任務的需要，同時還能按照具體的任務對雷達系統的相關功能進行重新構建。二是系統硬件能夠進行重組，由于軟件化雷達系統中的計算平臺和陣面采用的都是開放式架構，從而使雷達可以按照實際的功能需要對孔徑和資源進行重新組合。三是系統軟件可以進行重新構建。軟件化的雷達系統在各種功能的設計上采用了構件化的方法，通過雷達本身所處的操作環境，可以實現系統各項功能的即插即用。

3.2 關鍵技術

雷達軟件化的關鍵技術包括天線技術、數據采集技術、信號處理技術以及軟件技術。

3.2.1 天線技術

可重新進行構建是雷達軟件化最為突出的特點之一，具體是指在同一個硬件平臺上，通過對不同軟件的配置，實現雷達系統的不同功能。由于雷達系統的工作頻率是從低頻到毫米波，其相當于一個寬帶系統，在這一前提下，要求軟件化雷達系統上的天線需要工作在寬度較大的頻帶范圍內。常規的天線系統很難滿足上述要求，而新一代智能收發天線的出現，為該問題的解決提供了途徑，由此使得天線技術成為軟件化雷達系統中的關鍵技術之一。

3.2.2 數據采集技術

軟件化雷達的實現主要取決于DSP、ADC和DAC的性能。通用性強、功能多樣是軟件化雷達較為突出的特點，除此之外，軟件化雷達的發射信號也比較復雜，這就要求A/D轉換器件能夠在相對較寬的頻帶范圍內將中頻或射頻信號直接轉化為數字信號，并且A/D轉換器的采樣速率至少要在幾百到幾千兆之間。為確保信號處理的精確度，A/D和D/A的量化位數也必須足夠，鑒于此，使得數據采集與存儲成為雷達軟件化的關鍵技術。

3.2.3 信號處理技術

可對功能進行重新構建是軟件化雷達的又一特點，該特點決定了信號處理系統應滿足通用性的需要，從而適應不同功能的自定義。在軟件化雷達中，對信號的處理可以通過軟件來實現，為使A/D輸出的信號進行實時處理，信號處理系統必須具備高速處理能力，這一目標可以借助并行處理技術予以實現。并行處理具有三種形式，即時間并行、空間并行和時間+空間并行，雖然前兩種形式在處理器系統中也得到了廣泛的應用，但從效果上看，第三種形式能夠帶來更好的高速效益。

3.2.4 軟件技術

對于軟件化雷達而言，其需要構建一個具有通用性和可擴展性的硬件平臺，并利用軟件編程的方式實現信號處理功能。同時，為降低各種干擾源對軟件化雷達系統工作性能的影響，需要借助軟件提高雷達的抗干擾性。由此可見，相關的軟件技術是軟件化雷達系統不可或缺的核心，為進一步提升軟件化雷達的性能，必須采取先進的軟件技術。因此，應加大對軟件技術的研究力度，開發各種功能軟件模塊，并合理應用于軟件化雷達的設計當中。

4 結論

綜上所述，雷達軟件化現已成為雷達系統的主流發展趨勢，通過軟件編程實現雷達的各種功能，從而滿足具體的任務需求。常規的雷達系統只能利用硬件的配置來實現相關的功能，而軟件化的雷達系統則可借助軟件使單部雷達具備多種功能，這種雷達系統不但性能更高、靈活性更強，而且成本還會大幅度降低，它的應用領域必將越來越廣。在未來一段時期，應當加大對雷達軟件化關鍵技術的研究力度，除對現有的技術進行改進和完善之外，還能開發一些新的技術，從而為雷達軟件化提供強有力的技術支撐。

參考文獻

[1]張榮濤，楊潤亭，王興家，李路野.軟件化雷達系統技術綜述[J].現代雷達，2016，38（10）：1-3.

[2]湯俊，吳洪，魏鯤鵬.“軟件化雷達”技術研究[J].雷達學報，2015，4（04）：481-489.

[3]周麗明.軟件化雷達顯控終端的研究[J].大連海事大學，2011.

作者單位

四川省綿陽市九洲電器集團 四川省綿陽市 610021