雷达信号处理软件化设计

沈佳波 施治国

摘要

为了适应复杂的战场环境，软件化雷达成为了现代雷达的主要发展方向。本文介绍了国内外软件化雷达的发展现状和部分研究成果。

【关键词】雷达 信号处理 软件化

1 引言

随着电子对抗技术的迅猛发展，使雷达面临的作战环境更加的复杂，其频率特性、发射波形、工作模式等重要信息极易在担负日常的战备值班任务时，被敌方获取。导致雷达真实的作战性能在有意干扰影响下急剧下降。

因此未來雷达的发展是功能可重构、系统智能化、处理节点化、设备通用化，即从数字化雷达向软件化雷达发展。信号处理系统作为雷达的核心处理单元，承担着从雷达接收到的外界电磁信号中实时检测出空气动力目标、TBM目标、临近空间目标等信号的任务。针对其工作特点进行软件化设计是软件化雷达研制的重要基础。

本文将分析国内外的发展现状，并结合自身的研究对雷达信号处理软件化设计进行介绍。

2 国外发展现状

国外对软件化雷达的研制起步较早，20世纪90年代，美国国防部（DoD）提出了基于模块的开放式系统方法（MOSA）。由于MOSA采用开放式的松耦合标准化模块，可选择的供应商多，新技术渗透快速，升级改造便利，同时又有效地控制和降低成本。因此，在商业和军事方面得到了重要的应用和推广。

2009年10月，美国国防研究与工程局成立了开放式雷达体系结构国防支援团队（OADST），该团队的主要任务是推动通用化开放式雷达体系结构ROSA（Radar Open Systems Architecture）。目前ROSA已经形成了相关标准和设计原则。同时，美国空军三坐标远程雷达（3DELRR）作为ROSA的示范性推广项目正处在研制阶段，到2013年底，3DELRR已经基本完成了技术演示验证。

林肯实验室从2003年开始开发了开放式雷达体系结构（ROSA），它是一种开放式的设计方法，强调通用性、标准化和模块化，选用市场上业己成熟的商用产品（COTS），充分利用商用技术发展的结果来开发雷达系统。

林肯实验室的雷达设计工作者们运用ROSA的方法，在2010年左右成功的改造了4部著名的雷达，改造后COTS产品的使用占了全部雷达设备的85%左右。频率综合子系统有80%的部分是COTS产品，而数字脉冲压缩子系统（digital pulse-compression subsystem）COTS产品的使用更是占到了90%以上。而在这些子系统内部都是采用标准的VME/VXI总线结构，数据传输速度、系统性能都得到了保障，并且很容易扩展。经过ROSA方法的改造，降低了设计与制造成本，维护与升级也变的更为容易。

2010年左右，林肯实验室第二代开放式雷达体系结构（ROSAII）己得到发展并投入实践中，相比第一代，第二代体系结构扩展开放的概念到所有的传感器以及控制系统软件。它通过一个分层的软件架构将传感器应用与底层的硬件、软件组件，如操作系统、中间件、通信线缆以及计算平台等隔离开。

2014年，美国海军研究局授予雷神公司一项价值850万美元的分布式阵列雷达合同，该雷达具有多功能、动态多任务的能力，功能包括确保、通信和电子战。该雷达采用软件定义的技术，使得系统具有了可具备未来多种能力的潜力，是的雷达具有重新配置的能力并更为灵活，美军认为这是改变雷达系统设计游戏规则的一项重大进步。

总体看来，美国在“软件化雷达”系统和开放式体系结构技术等方面发展迅速，已经基本完成技术演示验证，进入型号研制阶段。

3 国内发展现状

我国的雷达研制长期以来采取的是硬件设计为核心的设计思路，雷达的整机性能与硬件设计紧密关联。导致出现了以下问题：

3.1 品种繁多

现役雷达按搜索、制导、警戒和火控等具体功能需求进行研制，导致雷达功能单一，装备体系复杂，给雷达的研制和维护带来了极大的困难。

3.2 工作模式固定

由于硬件性能的制约，其工作模式多采用固定模板式设计。面对复杂的作战环境只能机械循环地按固定模板中的处理流程进行工作，

而无法根据感知外界环境的特性，自适应或人为地调整处理策略。

3.3 通用性差

处理单元按功能定制设计，接口、传输协议和核心处理器件均不能保持一致。导致雷达插件种类繁多。不同型号雷达的插件更是难以通用。

针对上述情况，我国从“十一五”开始组织相关的院校和研究所对“软件化雷达信号处理系统”进行技术论证和研究。至今己初步完成“软件化雷达信号处理系统”的软件开发工作，现处于开始平台测试和试验阶段。

我司根据软件化雷达的设计思路对信号处理软件进行了重新设计。具体情况如下：

4.1 平台选择

选用市场上业己成熟的商用产品（COTS）作为信号处理软件的运行平台。

4.2 架构设计

以开放式架构标准设计信号处理软件的软件框架。

4.3 模块设计

对常规的信号处理功能模块进行标准化接口设计，然后将其封装为一个可以被调用的功能模块。

4.4 处理流程设计

采用可视化图形技术，将信号处理流程以流程图形式展现出来。处理流程中的每个功能模块在规则允许的条件下可以人为调动其在流程中的顺序，如图1所示。

通过上述设计手段完成的信号处理软件已经完在商用产品上的运行测试，且只需进行少量的驱动软件适配即可实现软件的跨平台移植。而且基于图形化的流程设计可以实现软件的快速重构。基本实现了信号处理软件化。

5 结束语

软件化雷达是现阶段雷达技术的主要发展方向，通过对其相关技术的不断研究，有助于提升我国雷达研制水平，提升国防能力。

参考文献

[1]汤俊，吴洪，魏鲲鹏.“软件化”雷达技术研究[J].雷达学报，2015.