雷達信號處理軟件化設計

沈佳波 施治國

摘要

為了適應復雜的戰場環境，軟件化雷達成為了現代雷達的主要發展方向。本文介紹了國內外軟件化雷達的發展現狀和部分研究成果。

【關鍵詞】雷達 信號處理 軟件化

1 引言

隨著電子對抗技術的迅猛發展，使雷達面臨的作戰環境更加的復雜，其頻率特性、發射波形、工作模式等重要信息極易在擔負日常的戰備值班任務時，被敵方獲取。導致雷達真實的作戰性能在有意干擾影響下急劇下降。

因此未來雷達的發展是功能可重構、系統智能化、處理節點化、設備通用化，即從數字化雷達向軟件化雷達發展。信號處理系統作為雷達的核心處理單元，承擔著從雷達接收到的外界電磁信號中實時檢測出空氣動力目標、TBM目標、臨近空間目標等信號的任務。針對其工作特點進行軟件化設計是軟件化雷達研制的重要基礎。

本文將分析國內外的發展現狀，并結合自身的研究對雷達信號處理軟件化設計進行介紹。

2 國外發展現狀

國外對軟件化雷達的研制起步較早，20世紀90年代，美國國防部（DoD）提出了基于模塊的開放式系統方法（MOSA）。由于MOSA采用開放式的松耦合標準化模塊，可選擇的供應商多，新技術滲透快速，升級改造便利，同時又有效地控制和降低成本。因此，在商業和軍事方面得到了重要的應用和推廣。

2009年10月，美國國防研究與工程局成立了開放式雷達體系結構國防支援團隊（OADST），該團隊的主要任務是推動通用化開放式雷達體系結構ROSA（Radar Open Systems Architecture）。目前ROSA已經形成了相關標準和設計原則。同時，美國空軍三坐標遠程雷達（3DELRR）作為ROSA的示范性推廣項目正處在研制階段，到2013年底，3DELRR已經基本完成了技術演示驗證。

林肯實驗室從2003年開始開發了開放式雷達體系結構（ROSA），它是一種開放式的設計方法，強調通用性、標準化和模塊化，選用市場上業己成熟的商用產品（COTS），充分利用商用技術發展的結果來開發雷達系統。

林肯實驗室的雷達設計工作者們運用ROSA的方法，在2010年左右成功的改造了4部著名的雷達，改造后COTS產品的使用占了全部雷達設備的85%左右。頻率綜合子系統有80%的部分是COTS產品，而數字脈沖壓縮子系統（digital pulse-compression subsystem）COTS產品的使用更是占到了90%以上。而在這些子系統內部都是采用標準的VME/VXI總線結構，數據傳輸速度、系統性能都得到了保障，并且很容易擴展。經過ROSA方法的改造，降低了設計與制造成本，維護與升級也變的更為容易。

2010年左右，林肯實驗室第二代開放式雷達體系結構（ROSAII）己得到發展并投入實踐中，相比第一代，第二代體系結構擴展開放的概念到所有的傳感器以及控制系統軟件。它通過一個分層的軟件架構將傳感器應用與底層的硬件、軟件組件，如操作系統、中間件、通信線纜以及計算平臺等隔離開。

2014年，美國海軍研究局授予雷神公司一項價值850萬美元的分布式陣列雷達合同，該雷達具有多功能、動態多任務的能力，功能包括確保、通信和電子戰。該雷達采用軟件定義的技術，使得系統具有了可具備未來多種能力的潛力，是的雷達具有重新配置的能力并更為靈活，美軍認為這是改變雷達系統設計游戲規則的一項重大進步。

總體看來，美國在“軟件化雷達”系統和開放式體系結構技術等方面發展迅速，已經基本完成技術演示驗證，進入型號研制階段。

3 國內發展現狀

我國的雷達研制長期以來采取的是硬件設計為核心的設計思路，雷達的整機性能與硬件設計緊密關聯。導致出現了以下問題：

3.1 品種繁多

現役雷達按搜索、制導、警戒和火控等具體功能需求進行研制，導致雷達功能單一，裝備體系復雜，給雷達的研制和維護帶來了極大的困難。

3.2 工作模式固定

由于硬件性能的制約，其工作模式多采用固定模板式設計。面對復雜的作戰環境只能機械循環地按固定模板中的處理流程進行工作，

而無法根據感知外界環境的特性，自適應或人為地調整處理策略。

3.3 通用性差

處理單元按功能定制設計，接口、傳輸協議和核心處理器件均不能保持一致。導致雷達插件種類繁多。不同型號雷達的插件更是難以通用。

針對上述情況，我國從“十一五”開始組織相關的院校和研究所對“軟件化雷達信號處理系統”進行技術論證和研究。至今己初步完成“軟件化雷達信號處理系統”的軟件開發工作，現處于開始平臺測試和試驗階段。

我司根據軟件化雷達的設計思路對信號處理軟件進行了重新設計。具體情況如下：

4.1 平臺選擇

選用市場上業己成熟的商用產品（COTS）作為信號處理軟件的運行平臺。

4.2 架構設計

以開放式架構標準設計信號處理軟件的軟件框架。

4.3 模塊設計

對常規的信號處理功能模塊進行標準化接口設計，然后將其封裝為一個可以被調用的功能模塊。

4.4 處理流程設計

采用可視化圖形技術，將信號處理流程以流程圖形式展現出來。處理流程中的每個功能模塊在規則允許的條件下可以人為調動其在流程中的順序，如圖1所示。

通過上述設計手段完成的信號處理軟件已經完在商用產品上的運行測試，且只需進行少量的驅動軟件適配即可實現軟件的跨平臺移植。而且基于圖形化的流程設計可以實現軟件的快速重構。基本實現了信號處理軟件化。

5 結束語

軟件化雷達是現階段雷達技術的主要發展方向，通過對其相關技術的不斷研究，有助于提升我國雷達研制水平，提升國防能力。

參考文獻

[1]湯俊，吳洪，魏鯤鵬.“軟件化”雷達技術研究[J].雷達學報，2015.