雷達(dá)軟件化的技術(shù)探討

李 烽，劉正義

92823部隊(duì)二中隊(duì)，海南 三亞 572021

0 引言

隨著科技的日益創(chuàng)新，微電子、計(jì)算機(jī)和通信等領(lǐng)域的新技術(shù)不斷發(fā)展并逐漸成熟運(yùn)用。這些技術(shù)在軍事領(lǐng)域的迅速推廣和應(yīng)用使現(xiàn)代戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)方式帶來了極大改變，使得電子對抗日益成為當(dāng)前乃至今后相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)決定戰(zhàn)爭勝負(fù)的重要因素。這就要求新型雷達(dá)具有很強(qiáng)的戰(zhàn)場適應(yīng)性、反應(yīng)能力和可擴(kuò)展性，在未來的局部戰(zhàn)爭中才能立于不敗之地。

1）目前雷達(dá)裝備的主要缺陷

（1） 種類繁多

雷達(dá)擔(dān)負(fù)的任務(wù)多樣，而目前的雷達(dá)基本是單一功能的設(shè)備，致使雷達(dá)裝備多種多樣，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、更新?lián)Q代慢、成本高，給雷達(dá)裝備的研制、生產(chǎn)、使用和維修帶來極大的不便。

（2） 功能單一且固定

目前雷達(dá)裝備功能單一且絕大部分功能都由硬件電路來實(shí)現(xiàn)，這大大限制了它的應(yīng)用范圍和戰(zhàn)場適應(yīng)性，更不具備可擴(kuò)展性，已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要。

2）未來雷達(dá)的重要特征

根據(jù)對現(xiàn)役雷達(dá)存在的主要問題和目前雷達(dá)面臨的主要挑戰(zhàn)進(jìn)行分析，未來雷達(dá)的重要特征包括：

（1）低截獲，以適應(yīng)隱身目標(biāo)和反輻射武器的發(fā)展；

（2）同時(shí)多功能，即一部雷達(dá)在同一時(shí)刻可以執(zhí)行多種功能，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)功能的集成；

（3）可重構(gòu)，利用系統(tǒng)軟件的重新定義，即可實(shí)現(xiàn)功能的改變，只需更換少量硬件、甚至無需更換硬件；

（4）網(wǎng)絡(luò)化，通過標(biāo)準(zhǔn)化接口，多部雷達(dá)可形成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以便組網(wǎng)。

1 相關(guān)新技術(shù)

1）微電子：DSP、FPGA等可編程數(shù)字器件性能優(yōu)異，發(fā)展迅速，為雷達(dá)系統(tǒng)的軟件化提供器件保障。

2）計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)處理速度不斷提高，內(nèi)存和硬盤容量不斷擴(kuò)大，可滿足系統(tǒng)控制和海量信息存儲的需要。

3）通信：衛(wèi)星通信、光纖通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為雷達(dá)系統(tǒng)的組網(wǎng)并行奠定了基礎(chǔ)。

2 軟件化雷達(dá)構(gòu)想

軟件化雷達(dá)的核心思想是寬帶A/D 變換盡可能地將接收到的模擬信號數(shù)字化，最大限度地通過軟件來實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的各種功能。

2.1 軟件化雷達(dá)硬件平臺構(gòu)想

根據(jù)對軟件化雷達(dá)的設(shè)想與功能要求，軟件化雷達(dá)的硬件平臺必須具有很強(qiáng)的通用性和可擴(kuò)展性。

為實(shí)現(xiàn)射頻信號的產(chǎn)生和處理功能，硬件平臺中設(shè)置有專用超寬帶射頻組件。根據(jù)中心管理計(jì)算機(jī)的控制指令，雷達(dá)工作時(shí)組件內(nèi)部處理機(jī)控制組件產(chǎn)生雷達(dá)發(fā)射信號和對接收信號進(jìn)行相應(yīng)的處理。寬帶射頻組件主要完成雷達(dá)探測信號的生成和接收信號的低噪聲放大等功能，其工作性能與工作狀態(tài)主要由中心處理計(jì)算機(jī)下的微處理器的軟件完成。

雷達(dá)天線系統(tǒng)完成雷達(dá)發(fā)射和接收信號的定向功能。中心控制計(jì)算機(jī)的通過指令控制天線系統(tǒng)工作參數(shù)的變化，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)對目標(biāo)的探測或跟蹤。

雷達(dá)的射頻前端發(fā)射時(shí)主要完成上變頻、功率放大等任務(wù)，接收時(shí)完成低噪聲放大、下變頻等功能，轉(zhuǎn)換為中頻信號，再送到高速A/D變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后送中心處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號處理。雷達(dá)信號的檢測和處理都由軟件來實(shí)現(xiàn)。

2.2 實(shí)現(xiàn)雷達(dá)軟件化的關(guān)鍵技術(shù)

雷達(dá)的軟件化是雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，也將是雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，就目前的技術(shù)現(xiàn)狀而言，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)軟件化的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

1）天線技術(shù)

軟件化雷達(dá)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是“可重構(gòu)”，即通過配置不同的軟件在同一硬件平臺上來實(shí)現(xiàn)不同的功能，而雷達(dá)工作頻率應(yīng)從低頻到毫米波，是一個(gè)寬帶系統(tǒng)，這就要求軟件化雷達(dá)的天線系統(tǒng)必須在一個(gè)相當(dāng)寬的頻帶范圍內(nèi)能正常工作。這在技術(shù)上有相當(dāng)大的難度，需要研究開發(fā)智能收發(fā)天線。

2）數(shù)據(jù)采集與存儲技術(shù)

通常ADC、DAC及DSP的性能共同決定了軟件雷達(dá)的實(shí)現(xiàn)。由于軟件化雷達(dá)的功能強(qiáng)大、通用性強(qiáng)以及發(fā)射信號形式復(fù)雜，因此，要求A/D變換器件在一個(gè)很寬的頻帶范圍內(nèi)直接將中頻信號、甚至射頻信號數(shù)字化，并且要求A/D 器件至少具有幾百兆甚至幾千兆的采樣速率。同時(shí)為保證信號處理的精度，要求A/D、D/A要有足夠的量化位數(shù)。在這么高的采樣速率下實(shí)現(xiàn)高精度A/D、D/A變化并存儲下來，目前在技術(shù)上尚有很大難度，但從發(fā)展觀點(diǎn)看，是可以實(shí)現(xiàn)的。

3）信號處理技術(shù)

軟件化雷達(dá)的“可重構(gòu)”特性決定了其信號處理系統(tǒng)必須滿足通用性要求，以適應(yīng)不同功能定義的需要。信號處理過程中，數(shù)字信號產(chǎn)生、調(diào)制與解調(diào)、信號檢測和目標(biāo)識別等用數(shù)字信號處理器和中心處理計(jì)算機(jī)處理，由軟件來實(shí)現(xiàn)。為了對A／D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，必須要求數(shù)字信號處理系統(tǒng)具有高速處理能力。但就目前的技術(shù)條件來說，不管是采用專用數(shù)字信號處理器還是采用通用計(jì)算機(jī)，要實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)采樣信號的數(shù)字處理在技術(shù)上都存在一定的難度。解決此問題的有效途徑之一是采用并行處理技術(shù)。

4）系統(tǒng)軟件技術(shù)

軟件雷達(dá)需構(gòu)造具有較好通用性和可擴(kuò)展性的硬件平臺，同時(shí)把盡可能多的信號處理功能用軟件編程實(shí)現(xiàn)，另外軟件化雷達(dá)的多種抗干擾措施也是由相應(yīng)的抗干擾軟件來實(shí)現(xiàn)的。因此，要提高軟件化雷達(dá)的工作性能.必須研究和開發(fā)性能先進(jìn)的數(shù)字信號處理方法和豐富的功能軟件模塊，使軟件這個(gè)新一代雷達(dá)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞反應(yīng)更快。

3 結(jié)論

軟件化雷達(dá)是基于軟件面向通用化，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)雷達(dá)功能的設(shè)計(jì)思想。在單一硬件平臺上，通過不同的軟件編程實(shí)現(xiàn)單部雷達(dá)的多功能化。基于軟件化的雷達(dá)將在抗干擾技術(shù)，低截獲概率和相控陣技術(shù)等方面有得天獨(dú)厚的優(yōu)越性。可以預(yù)見，軟件化雷達(dá)必將因其高性能、高靈活性、低成本的特點(diǎn)，成為雷達(dá)技術(shù)的重要發(fā)展方向。但是，軟件化雷達(dá)目前尚處于起步階段，有很多問題有待進(jìn)一步探討。

[1]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002，6.

[2]鈕心忻，楊義先.軟件無線電技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2000，9.

[3]張思敏，方云，許建文.軟件無線電在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用和前景[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2003，l(3)：l37-142.