一種軟件化雷達后端訓練平臺設計

航天南湖電子信息技術股份有限公司 楊 柳 陳 剛 鄧 興

本文介紹了一種基于軟件化雷達后端的模擬訓練平臺，采用開放式系統架構，以標準化、模塊化為基礎，使用通用計算機平臺，構建訓練場景，并生成雷達IQ數據輸出到雷達終端軟件，支撐操縱員完成多元化場景下的終端操作訓練。

雷達模擬訓練是保障戰斗力必不可少的訓練科目。由于裝備往往數量有限、價格高昂，如果使用實裝設備進行訓練，會大大提高訓練成本。雷達模擬設備可以模擬出與實戰情景相似各種場景元素，可用于士兵實戰化訓練，提升了訓練的有效性和可用性，所以使用模擬訓練設備替代實裝進行訓練是有必要的。

以往，受限于計算機硬件性能的限制，基于PC機和計算機軟件技術，無法實現雷達回波信號產生與信號處理流程的復現。所以常規的模擬訓練設備主要是基于終端效果的模擬，不是基于回波信號的模擬，沒有對真實雷達的信號處理流程進行還原，無法保證雷達模擬訓練的真實性和有效性。

隨著計算機硬件技術的迅速發展，PC機的處理能力得到了很大的提高，商用計算機的性能可滿足雷達回波數據模擬實時產生與信號處理算法的實時處理，將這些前沿技術運用到雷達模擬訓練中，結合模擬訓練大綱的訓練科目，便可以設計出滿足現有訓練需求的模擬訓練產品。此外，相比常規的基于終端顯示效果的雷達模擬，使用這種基于回波信號的模擬訓練可以有效提高模擬的真實性與有效性。

本文的目的在于設計與實現一種軟件化雷達后端訓練平臺，該平臺可定義為基于開放式體系架構，采用標準化、模塊化和通用計算機硬件平臺的新一代雷達訓練系統。該平臺具有如下特點：

（1）系統采用開放式體系架構；

（2）系統引入標準化、模塊化軟件設計技術；

（3）系統無需雷達前端設備即可生成數字級模擬數據；

（4）硬件平臺為通用計算機，系統提供可移動操縱平臺。

1 模擬訓練場景

場景設置內容包括：

（1）設置雷達的模式狀態、部署位置；

（2）圖形化顯示導調中心發送的場景態勢，生成場景想定參數；

（3）提供場景構建人機交互界面，以圖形化的方式錄入目標、干擾、雜波，并能夠圖形化顯示當前構建場景態勢，生成場景想定參數；

（4）實時干預想定場景，臨時加入新的想定內容，生成想定參數并下發；

（5）根據直視距離，威力范圍等完成目標可預見性評估；

（6）根據雷達架設點完成高程地圖的導入和顯示；

（7）簡單航路規劃；

（8）記錄訓練過程數據。

系統提供人機交互式的模擬訓練場景元素包括目標、干擾、雜波、地圖四類。

（9）目標

支持的目標類型包括：民航飛機、戰斗機、隱身飛機、直升機、高超音速飛行器。

（10）干擾

支持的干擾類型包括：射頻噪聲干擾、噪聲調幅干擾、噪聲調頻干擾、噪聲調相干擾、距離欺騙干擾、噪聲卷積干擾、切片轉發干擾、切片重排轉發干擾、箔條干擾。

（11）雜波

支持的雜波類型包括：氣象雜波、地雜波、海雜波。

（12）地圖

支持的地圖主要為90m精度的數字高程地圖。

2 數字級模擬

數字模擬生成雷達接收機接收到的回波信號，其主要完成以下幾個部分的功能：

（1）按照設定的參數產生運動的目標，并根據目標自身的特性及運動情況計算出目標散射特性和目標相對于雷達的信息，實時計算目標回波信號；（2）按照設定的作戰環境，實時計算地、海、空作戰環境下的地雜波、海雜波、氣象雜波和箔條雜波回波信號，雜波信號可生成多種并疊加；（3）按照設定的參數和干擾類型、干擾機的軌跡，實時模擬干擾信號；（4）根據設定的接收機參數中的噪聲參數，實時模擬接收機接收到的噪聲信號，并可以與實際接受的數據疊加，效果一致。

3 信號處理

模擬訓練器直接采用原雷達型號信號處理使用的處理流程和相關參數，將原來DSP硬件平臺的處理算法直接使用高級語言實現，功能與原雷達型號信號處理保持一致，同時保留原信號處理的所有參數。

4 雷達終端

終端直接采用原型號雷達終端，將原CPU+FPGA的終端直接使用高級語言實現，功能與原雷達型號終端保持一致，保留原終端的所有控制參數及人機交互界面。

5 功能重構及擴展升級

（1）采用了由硬件資源、操作環境、應用軟件構成的分層系統架構，實現雷達軟硬件解耦；（2）雷達各數據流均采用開放式、標準化的接口和數據、控制傳輸協議，應用構件采用統一的設計規范；（3）采用商用服務器平臺，具備高性能、高可用、通用化等特點；（4）精細設計模擬訓練參數，分為導調參數、監控參數、錄取參數、數字模擬參數、信號處理參數幾大類，涵蓋六百多項。

6 軟件開發平臺

開發軟件：使用Qt5.7.1及以上版本作為開發平臺，Qt具有跨平臺的優勢，開發的應用軟件，只需要少量的改動，便可以實現在Windows操作系統和Linux操作系統之間移植。

操作系統要求：至少windows 7及以上版本的64位操作系統，或者CentOS 7.3或以上版本的64位Linux操作系統；

計算機硬件配置要求：

（1）處理器最低配置為Intel Core i3 7100或Intel Xeon E5 2640V4；（2）內存容量大于等于8GB；（3）硬盤存儲余量大于30GB；（4）顯示分辨率至少1920×1080或1600×1200。

7 可移動結構平臺設計

后端訓練平臺結構上包括導調平臺、終端操縱平臺兩個部分，其中導調平臺1個，終端操縱平臺2個，均由移動的折疊平臺組成，三個平臺外形尺寸一致。

平臺設計箱式結構，內部安裝服務器，上部安裝顯示器支架，支架可手動升降，正面安裝可折疊翻板，用于放置鍵盤鼠標。平臺設計箱式結構分為移動折疊狀態和工作展開狀態，移動折疊時方便在工作場所轉運，外形尺寸為：870×394×809（mm），如圖1所示；工作使用時可展開成工作臺形式，外形尺寸為：870×624×1120（mm），如圖2所示。

圖1 移動折疊狀態

圖2 工作展開狀態

平臺采用鈑金結構機柜，具有結構強度高，剛性好，制造成本低等優勢。機柜主體骨架采用厚度為2mm的冷軋鋼板（St37-2G，Q/BQB410-2009）經折彎后再焊接成型。平臺上各面板、鼠標/鍵盤翻板平臺厚度為4mm防銹鋁板（5A06，GB/T3880-1997）加工制造。為方便測試維護，在平臺背面設計可打開的柜門，側面設計穿墻電源連接器、網絡連接器及電源開關。平臺底部均安裝帶支撐腳輪，可同時滿足室內固定使用和移動的需求。

結束語：本文闡述了一種軟件化雷達后端訓練平臺的設計與實現方案。驗證結果表明，基于本方案實現的場景構建軟件能夠進行各種場景元素的想定，可以用于模擬雷達機上訓練、戰術訓練與雷達信息處理算法的驗證等項目中，具有實用、界面簡潔、易操作的特點，滿足操縱員基本錄取訓練的需要，成本低且相對便攜，使用條件低。