軟件無線電技術在電子戰裝備領域的應用

苗東

摘 要 文章介紹了軟件無線電技術的工作原理和體系結構，分析了軟件無線電技術在電子戰裝備中的幾種典型應用，探討了現代電子戰系統的軟件無線電技術應用構想。

關鍵詞 SDR；SCA；JTRS；電子戰裝備；仿真評估；增強軟件無線電

中圖分類號 TN92 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）220-0086-03

20世紀90年代以后逐漸興起一種全新的設計思想——軟件無線電（Software Defined Radio，SDR），其核心思想以開放式、標準化、模塊化的通用硬件平臺為基礎，結合面向對象的標準化軟件規范，可以通過改變軟件的方式改變設備所具備功能屬性，降低裝備的復雜程度，具備優越的靈活性、集中性、維護性，現已逐步在現代化軍事電子裝備中得到推廣應用，并成為了一個重要的行業標準。

在現代信息化戰爭中，如何在復雜電磁環境中有效開展電子偵察與反偵察、電子干擾與反干擾、電子欺騙與反欺騙、電子摧毀與反摧毀等一系列電子戰行動，是衡量軍事電子平臺作戰能力的一個重要標準，并對電子戰裝備系統的硬件設計架構、信號處理能力、綜合集成能力等方面提出了較高要求。在先進綜合化電子系統技術發展引領下，研制寬帶化、通用化、可擴展的先進電子戰系統設備成為了現代軍事裝備發展的迫切要求，軟件無線電技術的發展則為此提供了較好的解決途徑。

1 軟件無線電的原理和體系結構

1.1 工作原理

所謂軟件無線電，其關鍵思想是以通用硬件平臺為基礎，將各種功能（如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等）用軟件來完成，以實現無線電子裝備系統的高度靈活性、開放性[ 1 ]。

具體而言，軟件無線電強調了軟件的可控制和再定義，裝備研制單位通過調用不同軟件單元即可實現特定作戰功能，業務功能的提升由軟件模塊體現，并且軟件可以持續升級更新甚至換代；對于軟件無線電硬件，由于基于標準化模塊設計思路，支持不斷迭代生存。鑒于軟件無線電功能的軟件化特點，支持各種通信波形和無線鏈路協議，還可兼容舊體制裝備，在裝備的生存周期、成本、維護性等方面提升綜合費效比。

1.2 體系結構

由于軟件無線電的諸多優點，美軍的聯合戰術無線電系統（JTRS）計劃采用了軟件無線電的設計思想，定義了軟件通信體系結構（SCA）規范，并在世界各國得到應用[2]。通過SCA軟件平臺，硬件層與波形功能軟件層彼此隔離，使軟件和硬件具備可移植性、可配置性、可擴充性和可重用性，形成標準化軟件無線電平臺。

硬件體系結構如圖1所示。為支持面向對象的應用，硬件體系結構以類和屬性繼承方式存在，可在統一的框架內通過不同的接口、屬性和方法來定義不同的硬件，涵蓋了所有電子裝備應用領域通用硬件。

為適應通過軟件配置無線通信設備的基本需求，并且支持通用化硬件設備和開放式、可擴展性系統設計，SCA定義了一個以軟件為核心、硬件通用化的無線電信號處理平臺，其軟件體系結構如圖2所示。

2 軟件無線電技術在現有電子戰裝備中的應用

2.1 在偵察接收機上的應用

軟件化電子對抗偵察接收機是指基于軟件無線電原理而實現的用于對目標信號進行分析識別、特征提取和參數測量，對電子信號進行信息解調的電子對抗偵察分析接收機[2]。這種電子對抗偵察接收機工作頻段覆蓋廣，從短波至毫米波（0.1MHz-60GHz），基本覆蓋整個無線電電磁頻段。根據當前電子偵查處理技術狀況，若直接在寬帶內采用射頻直采技術實現代價較大，可借助于軟件無線電通用化硬件架構技術，先對模擬電路進行專用混頻下變頻，再采用中頻抽樣進行數字化處理，如圖3所示。

軟件無線電偵察接收機采用與通信中接收機基本一致的處理架構，具備更明顯的功能軟件化和組成開放性特征。寬帶化的偵察接收機需要基于多路射頻電路，結合針對不同偵察對象的各種數字信號處理算法，以實現偵察設備的綜合化、可擴展性和技術性能提升，可擴展未來新形式下出現新問題能力需求，支持偵察設備的作戰能力可持續發展。

基于無線電技術，電子對抗偵察接收機可根據復雜電子環境不同和偵察對象多樣化特點，采用基于可定制化的軟件組合思路，結合可迅速更換的通用化處理模塊單元，對差異化的環境作出最佳策略響應，提高目標信號識別正確率，提高基于無源偵察的對抗設備的生存能力。

2.2 在干擾發射機上的應用

在電子戰系統領域，與軟件無線電偵察接收機對應的是軟件化的干擾發射機，以支持作戰策略多樣化的需求。可在通用硬件處理平臺上，采用不同干擾特征的軟件波形快速實現多種干擾樣式，如圖4所示。

針對軟件無線電干擾發射機，開放式的硬件平臺主要在于基帶信號處理的通用性，發射信號載頻特征需要根據不同干擾對象的要求進行擴展，并且發射信號的具體特征（包括干擾樣式）將由不同的軟件來實現，支持裝備或偵察模塊的升級更新，以適應多樣化干擾策略需求。在射頻化之前，軟件無線電接收機需要對于信號跟蹤干擾的調制形成，可采用基于DDS數字本振的數字上變頻，以支持快速調制波形的轉換。

針對圖4所示的軟件化干擾樣式產生，可通過DSP軟件產生基帶正交數據，由軟件來決定硬件的發射頻率，支持快速干擾波形生成。

3 電子戰裝備領域的軟件無線電技術應用構想

3.1 基于SDR的電子戰仿真評估系統

電子戰裝備在實戰中有沒有用、如何使用、怎么樣才能發揮最大作戰效能，這些都是非常迫切需要研究清楚的問題。通常的做法是建立裝備仿真論證系統、評估系統、實驗系統進行裝備單裝論證、系統運用論證。這里面存在兩個主要問題：一是純軟系統論證中數據來源和可信度都存在疑問；二是傳統軟硬結合成本較大，受環境、人員、場地等限制較多。采用軟件無線電的系統設計方式，遵循SCA軟件體系結構，基于軟件無線電技術產生、接收數據可以較好地解決上述問題，如圖5所示。

該架構在原有電子戰裝備評估、實驗系統的基礎上，引入軟件無線電技術進行底層設備模擬。由于軟件無線電的靈活性，可以更加方便、快捷、逼真地模擬現代戰場環境，同時進行數據的真實發送和接收，這些數據又作為整個系統評估和實驗的基礎，初步解決了原來數據靠仿而產生的可信度不高問題。

3.2 增強軟件無線電電子戰系統

未來電子戰系統，應當能夠對目標和周邊環境進行自適應偵察感知，基于快速準確分析的大數據和深度學習處理，自適應選擇最佳電子對抗策略，并結合戰場態勢圖形成電子戰效能評估，最終可根據評估結果更新電子戰系統的策略資源庫。

從架構上來說，主要采用“觀察、定位、決策、行動”的閉環結構（如圖6所示）。為了應對信號體制多變、樣式多變等現代電子戰特征，有必要在其中逐漸加大軟件無線電成分，形成智能認知電子戰能力，基于戰場感知學習自適應調整電子戰設備的工作參數，使得電子戰系統對未來電磁領域的爭斗更具有靈活性和適應性。

軟件無線電技術率先在電磁頻譜認知環節起支柱性作用，以戰場復雜電磁環境中通信、雷達、光電等信號為重點，基于偵收、測量、特征提取、分類和識別等信號處理流程，結合大數據處理和深度學習等現代化智能處理技術對目標進行認知定位，為決策和行動提供依據。其中，軟件無線電技術增強設備的硬件通用性和軟件功能化，可使得偵查對象多樣化，并能夠實時調整偵察策略使得偵察裝備更具有通用性。

在決策和行動環節，軟件無線電技術使得裝備可不局限于傳統的干擾樣式和方式，可結合知識庫和干擾策略資源進行資源分配和干擾波形選擇，并可根據對抗行動后的對象行為特征變化來評估對抗效果，指導對抗策略優化，能更好地應對未來戰場需要。

本增強型軟件無線電技術設備的技術特點是，在傳統接收機、發射機和天線等射頻硬件裝備的基礎上，突出現代軟件、組網等技術，以先進算法為電子戰增加智能化功能，結合軟件無線電相關前沿技術，使射頻電子類設備具備更強的生存能力。

4 結論

軟件無線電技術的應用對無線電通信領域帶來了一場深刻的技術變革，對其它領域尤其是電子對抗領域裝備的技術發展也起到了很好的借鑒和引領作用。可以預見在不久的將來，隨著軟件無線電技術的不斷成熟，它在電子戰裝備的研制、評估、試驗、實戰應用等環節都必將發揮巨大的作用。

參考文獻

[1]徐根深.軟件無線電導言[J].現代通信技術，1996（4）：27-31.

[2]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2001：227-257.