雷达软件化的关键技术研究

麻进玲

摘 要雷达作为一种电子探测装置，在军事领域中的应用较为广泛。常规的雷达系统在功能方面比较单一，为改变这一现状，软件化雷达的概念被提出。基于此点，本文首先简要阐述了雷達的基本结构原理，随后对雷达软件化的产生背景及发展现状进行分析，在在此基础上论述了雷达软件化的关键技术。期望通过本文的研究能够对推动雷达软件化的发展有所帮助。

【关键词】雷达 软件化 技术

1 雷达的基本结构原理

雷达这一概念出现于上个世纪初期，它的英文缩写为Radar，翻译成中文是无线电检测与测距设备，常规雷达的基本结构如图1所示。

在图1中，触发电路每间隔一段时间会产生出一个作用时间相对较短的尖脉冲，这个脉冲信号会分别发送给发射机、接收机以及显示器，发射机在脉冲信号的控制下，会产生一个宽度为0.05-2.0μs的超高频发射脉冲信号；天线系统会将发射脉冲聚集成细束后，向指定的方向发射，并接受该方向物标反射的回波，通过波导馈线传给接收机，接收机则会将发射回来的回波信号进行放大（约可放大100倍左右），变成中频回波信号，通过检波、放大，转换为可供显示器显示的视频回波信号，这就是雷达的基本工作原理。

2 雷达软件化的产生背景及发展现状

2.1 产生背景

雷达软件化概念的出现与军事应用需要有着密切的关联，从雷达在军事应用需求的背景上看，具有以下几个方面的特点：

2.1.1 复杂化

这里的复杂化既包括探测环境，还包括电磁环境，两者的存在要求雷达应当能够按照实际背景，通过自适应处理等途径，增强对目标的探测能力。

2.1.2 多样化

该特点具体是指探测模式的多样化，不同的探测对象以及种类繁杂的探测任务要求雷达能够对资源进行灵活配置。

2.1.3 一体化

在海陆空三种平台上，要求雷达系统可以实现主动与被动探测、多元信号与信号融合等多种功能的一体化。

从支撑雷达系统的关键技术上看，雷达软件化的特点主要体现在如下几个方面：一是数字技术的发展和完善，使雷达上一些重要组成部分可以通过软件进行定义和配置；二是随着模块化技术的成熟，使雷达上各个子系统的通用性获得了大幅度提高；三是集成优化技术的进步，使第三方技术可以融入到雷达系统当中，从而使雷达具有了开放性的特点。

2.2 发展现状

2.2.1 国外的发展现状

在最近几年里，国外对雷达软件化相关技术的研究取得了一定的成果，其中较具代表性的有：MIMO雷达系统，它是由美国俄亥俄州立大学研制开发的一套系统，其带宽为500MHz，中心频率能够达到2-18GHz，性能处理系统由DSP和FPGA实现。除了该雷达系统之外，俄亥俄州立大学还研发出了小型化的雷达软件库。ONR（美国海军研究局）授予了国防合作商RC一项合同，其内容是分布式阵列雷达，该雷达系统具备多种功能，主要包括通信、情报以及电子战等等，其采用的是软件定义的技术，由此使得该雷达系统具备了实现多种功能于一身的潜力，能够进行重新配置，这在一定程度上提高了雷达的灵活性。在雷达软件化的发展中，美国无疑是领军人物，由美国军方研制开发的软件化雷达系统基本都完成了技术演示，有些已经投入使用。

2.2.2 国内的发展现状

我国在雷达软件化方面的研究起步较晚，但随着科技的不断发展和进步，推动了雷达软件化的发展。我国的清华大学在雷达软件化的研究方面取得了进展，独立研发出了Radar Lab2.0系统，这一款软件化雷达信号处理系统，它的核心技术包括模型化开发技术和可视化技术，该系统除了具备灵活的扩展能力之外，还支持多种硬件平台，由此提高该系统的可移植性。国内其他的科研单位在雷达软件化相关技术的研究方面也取得了一定的进展，如DSP处理器、Open VPX雷达信号处理平台等等，这些技术为雷达软件化的发展提供了强有力的技术支撑。近年来，我国多所大学联合进行了雷达软件化试验平台的研制工作，对其中的关键技术进行了深入的研究，其中较具代表性的有射频信号数字采样、雷达信号直接处理、波形信号发射等等。从总体上，我国在雷达软件化方面的研究主要集中在数字化技术和雷达工作模式的验证等方面，与美国相比略显落后。

3 雷达软件化的关键技术

3.1 技术内涵

雷达是一种电子装置，在这个装置中集成了各种资源，如阵面、波形、软件、处理等等，对上述资源的优化和控制，可以形成不同的系统功能，从满足各种任务需要。雷达软件化是以操作环境为核心构建起来的一套具有开放性特点的结构体系，借助软件对雷达的各种功能进行重新定义和构建，从而获得新一代的雷达系统，具体如图2所示。

雷达软件化的基本特征体现在如下几个方面：一是可对任务需求进行自定义。开放式的架构可以使软件化雷达对各种任务需求进行灵活响应，能够满足多功能、多任务的需要，同时还能按照具体的任务对雷达系统的相关功能进行重新构建。二是系统硬件能够进行重组，由于软件化雷达系统中的计算平台和阵面采用的都是开放式架构，从而使雷达可以按照实际的功能需要对孔径和资源进行重新组合。三是系统软件可以进行重新构建。软件化的雷达系统在各种功能的设计上采用了构件化的方法，通过雷达本身所处的操作环境，可以实现系统各项功能的即插即用。

3.2 关键技术

雷达软件化的关键技术包括天线技术、数据采集技术、信号处理技术以及软件技术。

3.2.1 天线技术

可重新进行构建是雷达软件化最为突出的特点之一，具体是指在同一个硬件平台上，通过对不同软件的配置，实现雷达系统的不同功能。由于雷达系统的工作频率是从低频到毫米波，其相当于一个宽带系统，在这一前提下，要求软件化雷达系统上的天线需要工作在宽度较大的频带范围内。常规的天线系统很难满足上述要求，而新一代智能收发天线的出现，为该问题的解决提供了途径，由此使得天线技术成为软件化雷达系统中的关键技术之一。

3.2.2 数据采集技术

软件化雷达的实现主要取决于DSP、ADC和DAC的性能。通用性强、功能多样是软件化雷达较为突出的特点，除此之外，软件化雷达的发射信号也比较复杂，这就要求A/D转换器件能够在相对较宽的频带范围内将中频或射频信号直接转化为数字信号，并且A/D转换器的采样速率至少要在几百到几千兆之间。为确保信号处理的精确度，A/D和D/A的量化位数也必须足够，鉴于此，使得数据采集与存储成为雷达软件化的关键技术。

3.2.3 信号处理技术

可对功能进行重新构建是软件化雷达的又一特点，该特点决定了信号处理系统应满足通用性的需要，从而适应不同功能的自定义。在软件化雷达中，对信号的处理可以通过软件来实现，为使A/D输出的信号进行实时处理，信号处理系统必须具备高速处理能力，这一目标可以借助并行处理技术予以实现。并行处理具有三种形式，即时间并行、空间并行和时间+空间并行，虽然前两种形式在处理器系统中也得到了广泛的应用，但从效果上看，第三种形式能够带来更好的高速效益。

3.2.4 软件技术

对于软件化雷达而言，其需要构建一个具有通用性和可扩展性的硬件平台，并利用软件编程的方式实现信号处理功能。同时，为降低各种干扰源对软件化雷达系统工作性能的影响，需要借助软件提高雷达的抗干扰性。由此可见，相关的软件技术是软件化雷达系统不可或缺的核心，为进一步提升软件化雷达的性能，必须采取先进的软件技术。因此，应加大对软件技术的研究力度，开发各种功能软件模块，并合理应用于软件化雷达的设计当中。

4 结论

综上所述，雷达软件化现已成为雷达系统的主流发展趋势，通过软件编程实现雷达的各种功能，从而满足具体的任务需求。常规的雷达系统只能利用硬件的配置来实现相关的功能，而軟件化的雷达系统则可借助软件使单部雷达具备多种功能，这种雷达系统不但性能更高、灵活性更强，而且成本还会大幅度降低，它的应用领域必将越来越广。在未来一段时期，应当加大对雷达软件化关键技术的研究力度，除对现有的技术进行改进和完善之外，还能开发一些新的技术，从而为雷达软件化提供强有力的技术支撑。

参考文献

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[2]汤俊，吴洪，魏鲲鹏.“软件化雷达”技术研究[J].雷达学报，2015，4（04）：481-489.

[3]周丽明.软件化雷达显控终端的研究[J].大连海事大学，2011.

作者单位

四川省绵阳市九洲电器集团 四川省绵阳市 610021