软件化雷达波形库技术研究

2021-02-15蔡兴雨

火控雷达技术 2021年4期

乔凯蔡兴雨董国王旭

(西安电子工程研究所西安 710100)

0 引言

近年来，雷达系统所处的作战环境越来越复杂，面临的电磁干扰及杂波愈加多样，这对雷达性能提出了更高的要求。同时，雷达需要满足多任务的探测需求、多模式的功能需求，这要求雷达系统要有更高的灵活性。传统雷达通常都是以硬件为核心，面向实际需求并围绕实际功能来设计硬件，改变雷达功能时通常需要对硬件软件都进行更改，需要耗费大量人力物力。显然，以硬件为核心的传统雷达不能满足高灵活性、开放性的特点，雷达性能也会大幅受到硬件的约束。随着微电子技术、大规模集成电路、数字化技术的飞速发展，雷达硬件水平也得到大幅提升，雷达逐渐向软件化雷达的方向发展。

软件化雷达具有多功能、可重构的技术特点，因此，在雷达正常工作时，需要根据需求选择不同的控制参数来执行不同的探测任务，而提前建立好控制参数以供雷达选择可以提升雷达的灵活性与可重构性。波形库即是雷达不同探测模式下的不同控制参数的集合，以特定的存储方式存储于雷达的软件系统中。雷达在工作时则可以根据任务和周围环境信息，从雷达波形库中选择不同的波形参数，进而通过软件系统对雷达硬件进行控制，执行不同的探测任务。

1 软件化雷达

1.1 软件化雷达架构

软件化雷达是在通用的硬件平台基础上，通过对软件的开发来实现不同的功能，其架构如图1所示，雷达由物理层、中间层和软件层构成，软件层通过中间层的设备和操作系统来对物理层中的底层硬件进行控制[1]。

图1 软件化雷达分层架构

物理层为雷达的通用化硬件，包括雷达数字化射频前端、通用处理计算刀片、显控设备等，可以响应软件对其发出的控制指令；中间层为雷达的各种标准化中间设备，包括操作系统、软硬件中间接口、驱动设备等，可为雷达软件与硬件的解耦提供平台；软件层为雷达的一系列控制软件，由不同的软件构件组成，包括终端显控软件、信息处理软件等，负责完成雷达控制和基本软件功能。

1.2 软件化雷达技术特点

相比于传统雷达，软件化雷达更加强调对于软件的开发，通过对软件的更新迭代来实现不同的功能，主要有以下技术特点：

1)可重构性强。雷达可以重复利用雷达系统内的同一硬件资源，根据不同的功能和模式需求，改变自身的软件架构来适配不同的功能。

2)灵活性高，适应性强。可通过对软件进行重构和升级来改变和拓展功能，提高系统性能，更快适应不同战场环境。

3)多功能性。雷达系统可通过修改软件来实现不同功能，加强系统的集成性，提升雷达的战斗力。

4)开发成本低。开发一新功能不需要重新对硬件进行设计，只需对软件进行重新开发，可节省大量人力物力财力。

由软件化雷达的技术特点可知，其各个硬件设备需要做到可受软件控制。而波形库可为雷达提供一系列的控制参数并供雷达自由调度，能够很好地满足软件化雷达的功能需求，因此，在软件化雷达中有必要对波形库进行开发，使用波形库。

2 波形库技术

2.1 波形库系统概述

不同于传统雷达波形库的概念，本文中所阐述的软件化雷达波形库为雷达不同控制参数的集合，以特定的架构、存储方式存储于雷达的软件系统中。而且整个波形库系统不单单只作为雷达波形存储载体，还应当具有生成雷达波形、修改波形、查找波形、更新波形等基本功能。所以，在雷达开发过程中波形库技术总的来说应当包括如下两个方面：

1)波形库的生成构建;

2)波形库的维护。

图2 波形库技术组成

波形库的构建应当确立波形库的架构、参数等，此时应当建立起波形库的初步系统；波形库的维护主要为波形库的后期开发工作，应当包括增加和删除波形，查找雷达波形，批量更新波形等操作。

波形库系统的开发应当贯彻软件化的开发思想，从需求分析、架构设计、参数设计、软件开发、系统测试、系统维护等方面着手，紧密结合雷达系统的开发过程，做到波形库与雷达系统的高度适配，满足软件化雷达对可重构、多功能的要求。因此，软件化雷达波形库有以下几个特点：

1)高度适配雷达系统;

2)紧密围绕雷达需求;

3)软件化开发思想;

4)灵活性高;

5)可持续性开发。

2.2 软件化雷达工作方式

软件化雷达中的工作方式如图3所示，基于构件化的软件化雷达思想，雷达各部分由一系列构件系统组成[2]。雷达正常工作时，用户首先通过显控终端的人机交互系统，选择雷达工作的方式，之后控制系统将指令发送给中心控制机；中心控制机收到终端的指令后，选择出最匹配的子任务波形参数并调度，并将控制指令发送与信息处理机；信息处理机再根据控制参数从波形库中选择出相对应的一系列波形参数的具体数据，经过处理后发于雷达前端，前端执行相关发射任务，雷达完成一系列的发射。

图3 软件化雷达工作方式

接收时，雷达射频前端从空间中接收到回波及杂波信息，经过雷达处理机进行信息处理送至雷达中心控制计算机与显控终端；控制计算机接收到包含回波和周围环境信息的处理信息包，根据处理信息选择出需要执行的下一个雷达子任务，并调度发送控制指令，执行下一轮发射控制；显控终端接收到经信息处理机处理后的信息包后，经过解析，将目标点迹、航迹等显示于显示系统中，供用户查看。

波形库存于雷达中心控制计算机与雷达信息处理软件系统中，在雷达需要扩充新的功能完成新的探测任务时，只需要从波形库中由不同波形组合出新的子任务或者扩充波形库，中心控制机对其重新调度即可；当需要修改雷达控制参数，也只需要修改波形库中的波形参数，中心控制机正常调度，而不需要修改信息处理、终端显控的软硬件程序。因此，波形库在软件化雷达中的意义如下：

1)对雷达控制参数进行集成，便于雷达控制与后期升级维护。

2)进一步推动雷达的软件化与智能化发展。雷达可建立一系列算法准则，通过软件在不同情形下自动调用波形库中的不同波形，进行不同模式不同参数下的探测，实现智能化。

3)增强雷达的可重构能力。主要体现在雷达软件可重构，波形库中的波形可以进行复用，组成雷达不同的子任务控制参数，对雷达进行新的控制，完成不同的子任务。

4)提升雷达灵活性。仅通过改变波形库中波形的参数，对波形进行重新组合，雷达中心控制机进行重新调用，就可快速切换雷达的功能；添加新的波形并组合新的雷达子任务，可实现雷达新功能，大幅提升雷达的灵活性[3]。

3 波形库的开发

3.1 波形库开发概述

波形库的开发与整个雷达系统的开发为两个并行的过程，如图4所示。对波形库系统的开发应当在雷达进行需求分析时就应当开始考虑，并贯穿整个雷达开发过程的始终。在雷达开发的过程中，获取波形库的开发需求，需要从雷达架构和软件硬件环境的基础上确立；在对雷达的开发与调试过程中，难免需要对雷达的功能和需求进行修改，因此不可避免地也要对波形库进行持续的开发和维护。

图4 波形库开发过程

不同雷达的需求、体制、架构都由差异，因此，要根据不同雷达设计不同的波形库[4]。对于波形库的设计过程，可类似于软件设计过程，再结合雷达自身需求，根据雷达设计的各个阶段同步进行设计。大致可分为需求分析、架构确立、参数确立、构建、维护这五个步骤，具体流程为：

1)需求分析。对波形库的需求分析过程建立在雷达系统的需求之上，在建立波形库前期，需要对此波形库针对的雷达进行全方位的分析，确定雷达的需求，由雷达的需求来确立波形库在此雷达中需要完成什么样的任务，以确定波形库的需求。

2)架构设计。在对波形库进行架构设计时，也应当结合雷达系统的硬件及软件，对波形库所处的雷达环境进行适配，保证架构合理，能够在雷达系统中正常工作，满足系统要求。

3)参数确立。波形库中的参数类型、参数数值的确立也需要紧密结合雷达系统。在雷达系统进行完软件及硬件设计后，根据雷达系统的指标，雷达系统可控制的参数进行波形库参数的选择和确立[5]。

4)波形库建立。在架构及参数确立后，需要结合雷达的软件系统，选择波形库的存储方式，对波形库进行构建。构建起来的波形库需要做到可被雷达调用，能生成雷达可用的控制指令。

5)波形库维护。雷达系统需要进行不断的调试与完善，因此波形库也需要根据雷达的变化来不断进行维护和调整，包括参数的改变、波形的添加与修改、库的更新等操作，波形库系统都应该具备。

在对波形库进行开发的过程中，需要时刻紧密结合整个雷达系统，根据开发所处的环境进行针对设计。波形库的架构需满足雷达软件系统的调用需求，波形库的参数需根据雷达的传输协议来进行详细制定，波形库参数的具体数值需根据雷达各性能指标进行详细计算，满足雷达需求[6]。

3.2 波形库架构设计

波形库可采用分层的体系架构，如图5所示。最顶层为波形库整个系统，它可包含一个或多个雷达的波形参数，部署于不同的雷达中，不同的雷达可根据其自身需求合理调用其需要的波形；雷达层为实际工作中不同的雷达，每部雷达中都存储有波形库，其中包含有其需要的波形参数；子任务层为雷达在正常工作时所需要执行的不同子任务，对于不同雷达有不同的子任务，与雷达的需求和功能相关[7]；波形层为波形库的最底层，由一系列雷达参数构成，根据雷达需要控制的参数来制定。