软件化雷达系统技术综述

张荣涛，杨润亭，王兴家，李路野

(南京电子技术研究所,南京 210039)



软件化雷达系统技术综述

张荣涛，杨润亭，王兴家，李路野

(南京电子技术研究所,南京 210039)

软件化雷达技术是通过构建开放式的体系结构，在研制雷达操作环境的基础上，实现雷达系统功能通过软件定义、扩展和重构的新一代雷达技术。文中从软件化雷达的需求、国内外研究现状、内涵及技术架构、关键技术及发展设想等方面进行了分析和论述。通过软件化雷达技术的研究，最终可形成快速响应新军事需求、缩短研制周期、提高维护保障和升级换代的能力。

软件化雷达；开放式架构；雷达操作环境

0 引 言

随着雷达、计算机、软件等技术的迅猛发展，软件化雷达技术发展成为未来发展的必然趋势和选择，主要体现在以下三个方面：

1)实现雷达智能化处理技术发展的必然

智能化技术是雷达技术发展的重要方向，正在发展的智能雷达具有环境自感知，基于知识的学习、决策和系统控制能力，系统的处理流程更加灵活，处理算法复杂。采用开放式架构的软件化雷达技术支持雷达系统具有很强的系统功能、流程灵活定义和重构能力，支持雷达系统各类数据、知识的高速、有效存储、处理和应用，支持雷达各种智能算法的即插即用，发展软件化雷达技术可有效支持雷达智能化的发展。

2)复杂作战环境下雷达性能快速提升的要求

雷达作战环境的复杂化(各类电磁干扰与对抗环境，复杂地理环境、气象环境)，对雷达装备的功能和性能提出更高的要求。为了对抗不断出现的新威胁，要求雷达系统适应复杂动态环境和任务需求，不断发展新的算法技术，对抗新威胁。软件化雷达技术采用开放式架构，以软件构件(实现各种先进算法和处理功能)为单元进行集成，使各种新算法易于应用集成到雷达系统中，实现通过软件定义，实时动态重构系统功能，从而易于提升雷达性能。

3)便于自主可控软硬件的推广应用

软件化雷达采用开放式体系架构，基于标准化总线及通信协议，构建综合处理硬件平台，实现综合处理能力的灵活扩展和硬件资源的重组，支持符合标准规范的硬件平台的替换和升级，从而便于装备的维护保障。此外，通过采用中间件技术实现底层硬件和上层任务软件的解耦，从而支持上层任务软件不做变更即可迁移到国产化硬件平台和操作系统上，便于自主可控软件、硬件国产化的替代和升级，加快科技成果的军工应用速度。

1 国内外研究现状

国际方面，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[1-2]。因此，在商业和军事方面得到了重要的应用和推广。

在MOSA研究基础上，2009年，美国成立了开放式雷达系统架构(ROSA)研究工作组推动软件化雷达的发展，相关研究成果成功在三坐标远程雷达(3DELRR)上进行了验证。2014年，美军开展数字化软件化多功能分布阵列雷达的研制，成功推广了软件化雷达技术，林肯实验室也把相关研究成果应用到靶场试验雷达、空间监视雷达升级改造中，取得了良好的效果[3-4]。

美军通过构建软件化雷达，将雷达系统的硬件与软件分离，通过软件的升级、重组，实现功能性能的提升；采用开放式架构，将商用技术应用于雷达，促进军民融合式发展。软件化雷达有效解决了雷达装备发展面临的维护保障和升级换代困难等难题，形成快速响应新军事需求的能力[2,5]。

国内方面，从2015年开始，空2所牵头组织中国电子科技集团公司第14研究所等单位开展软件化雷达技术的研究工作，涉及体系架构、试验平台、相关规范等工作，为软件化雷达后续工作奠定了良好的基础。其中，14所承担并完成了硬件设计规范拟制，地基、海基试验平台总体方案论证工作，并在软件化雷达系统架构、雷达操作环境、软件构件化、硬件平台等方面开展了系统的研究工作，为软件化雷达后续深入研究打下了良好的基础。

2 软件化雷达技术内涵

雷达系统可以抽象为一组资源的集合体，包括阵面资源、波形资源、处理资源、软件资源等，通过对这些资源的优化调度和控制，形成面向不同作战任务需求的系统功能，进而完成相应的作战任务。完成在不同作战任务下雷达系统资源的动态调度、组织和重构的核心就是雷达操作环境，软件化雷达就是以雷达操作环境为核心构建开放式体系结构，通过软件定义、扩展和重构雷达系统功能的新一代雷达，如图1所示。

图1 软件化雷达技术内涵

软件化雷达技术的典型特征如下：

1)需求可定义：采用开放式架构的雷达系统可灵活响应作战需求，具有满足雷达、电子战、通信等多功能、多任务能力，可根据作战需求重构整个雷达系统功能。

2)硬件可重组：阵面系统、计算平台采用开放式架构，可根据功能需求进行雷达孔径、计算资源的重组。

3)软件可重构：系统功能构件化设计，通过雷达操作环境实现系统功能的即插即用。

3 软件化雷达技术架构

软件化雷达技术架构包括四个组成部分：雷达操作环境、应用构件、阵面及计算平台，如图2所示。

图2 软件化雷达技术架构

1)雷达操作环境：是雷达运行调度中心，为应用提供统一的接口和环境。

2)应用构件：完成搜索、跟踪、识别、干扰等雷达功能的软件模块。

3)雷达阵面：采用模块化设计，支持阵面孔径可重构。

4)计算平台：采用开放式架构，处理能力可扩展，计算资源可重构。

针对作战场景，软件化雷达技术通过操作环境实现对雷达阵面、计算资源的调度控制，应用软件构件的组装和部署等工作，完成相应的作战任务。软件化雷达技术体系中包括雷达操作环境、应用构件设计、阵面、硬件平台等相关关键技术研究。其中，雷达操作环境涉及的相关技术是软件化雷达的核心技术。

雷达操作环境包括系统管理、中间件、基础软件等部分。系统管理实现雷达系统资源的调度与管理，应用构件的集成、部署和管理，雷达复杂信息的管理等；中间件包括计算、通信、管理中间件，主要实现应用软件与硬件的解耦；基础软件主要包括板级支持包等。

雷达操作环境完成雷达各类资源的调度和数据管理，为应用提供阵面和计算资源，实现不同场景下的作战任务。

应用构件设计技术研究则包括根据雷达的功能、算法和性能要求确定构件粒度；制定统一的设计规范，约束各种应用构件的设计，以满足构件的即插即用；制定构件库管理规范：建立构件测试、验证、认证标准，以及构件的入库、变更、发布、使用规范化管理。

硬件平台采用标准化的总线和协议构件开放式架构，实现各类异构计算节点互联；计算节点的拓扑结构灵活可变，可根据功能需求进行定义和重构；并支持应用构件功能的灵活部署。适应软件化雷达的应用需求，天线阵面应具有以下特征：基于总线架构的阵面可扩展；基于数字体制的功能可重构；基于阵面宽带化的信息获取。阵面系统架构向开放式、模块化和自适应的方向发展。

4 结束语

软件化雷达技术后续发展建议在十三五期间建立制定软件化雷达标准体系，研制支持各类应用构件重构的雷达操作环境(包括系统管理、中间件等)，通过软件化雷达原型系统验证，具备向雷达装备推广应用的基础，具体工作内容如下：

1)软件化雷达标准体系研究，建立雷达操作环境、中间件、应用构件、硬件平台等标准体系。

2)构建雷达操作环境，支持应用功能构件与硬件平台解耦合，支持应用构件提供互联互通、即插即用功能。

3)研制形成应用构件库，具备雷达各类应用功能构件，支持作战应用的灵活实现。

4)构建软件化雷达原型试验平台，验证软件化雷达关键技术，实现通过软件定义，系统可实时动态重构，实现对有源探测、有源电子侦察、有源电子干扰、通讯功能、被动超视距探测等功能实现的支持。

软件化雷达技术系统性强，涉及雷达操作环境、应用软件和硬件、阵面系统等，并涉及多学科、多专业技术。为了有效地推动软件化雷达技术发展，建议：

1)成立由军方论证单位、雷达主机厂所、相关高校等单位的总体技术组，推动技术体系论证、标准规范的建设工作。

2)吸纳相关行业、专家参与到软件化雷达技术研究中来，集智攻关，更好地推动该项技术的可持续发展。

[1] STEPHEN M,WELBY P.Modular open systems architecture in DoD acquisition[R].Washington:DOPSR,2014.

[2] NELSON J A.Radar open system architecture provides net centricity[J].IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine,2010,25(10):17-20.

[3] LUCERO D S.Radar open systems architectures[R].CA:OSR,2010.

[4] LARRY S.NextGen surveillance and weather radar capability (NSWRC)[R].Washington:Science and Technology Department of the Navy,2012.

[5] ANDREWS S E,YOHO P K,BANNER G P,et al.Radar open system architecture for Lincoln Space Surveillance Activities[R].Lexington:MIT Lincoln Laboratory,2010.

张荣涛 男，1974年，博士，研究员级高级工程师。研究方向为空间监视雷达、雷达处理和控制、软件化雷达技术等。

杨润亭 女，1964年，本科，研究员级高级工程师。研究方向为雷达软件系统设计、软件工程技术等。

王兴家 男，1983年，博士，高级工程师。研究方向为雷达信号处理平台、芯片及软件等。

李路野 男，1986年，博士，工程师。研究方向为雷达信号处理软件设计、软件化雷达技术等。

System Technology of Software Defined Radar

ZHANG Yongtao，YANG Runting，WANG Xinjia，LI Luye

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology,Nanjing 210039,China)

Software defined radar technology is an open system architecture technology.Based on radar operation environment,the functions of radar system can be easily defined,extended,and reconfigured to adapt to the requirements.This paper analyses the requirements,domestic and international research status,the concept and system architecture,primary technologies and development ideas of software defined radar.With research on software defined radar technology,abilities for quickly reacting to new military requirements,shortening research period,improving maintenance and upgrading and updating can be realized.

software defined radar; open system architecture; radar operation environment

��工程·

10.16592/j.cnki.1004-7859.2016.10.001

张荣涛 Email：008268@nriet.com

2016-07-27

2016-09-16

TN958

A

1004-7859(2016)10-0001-03