一種基于通用平臺(tái)處理后端的軟件化雷達(dá)

陳婷 張弛 智東杰

摘要 本文介紹了一種基于通用平臺(tái)處理后端的軟件化雷達(dá)，該雷達(dá)采用開放式系統(tǒng)架構(gòu)，以標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、數(shù)字化的硬件平臺(tái)為基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)硬件資源的重組和處理能力的靈活擴(kuò)展，支持符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的硬件平臺(tái)進(jìn)行替換和升級(jí);采用中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)底層硬件和上層應(yīng)用軟件的解耦，支持軟件化開發(fā)模式，結(jié)合系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)靈活的功能定義、資源配置、模式擴(kuò)展和性能提升。

【關(guān)鍵詞】軟件化雷達(dá) 開放式體系架構(gòu) 通用處理平臺(tái)

軟件化雷達(dá)可定義為基于開放式體系架構(gòu)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和數(shù)字化硬件平臺(tái)的新一代雷達(dá)系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件與硬件解耦，以軟件技術(shù)靈活地實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)的功能擴(kuò)展、重構(gòu)和性能提升。

軟件化雷達(dá)的發(fā)展與當(dāng)前雷達(dá)系統(tǒng)的軍事應(yīng)用需求背景、相關(guān)支撐技術(shù)的發(fā)展背景密切相關(guān)。根據(jù)軟件化雷達(dá)的概念內(nèi)涵，應(yīng)具有如下特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)采用開放式體系架構(gòu);

（2）系統(tǒng)引入標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù);

（3）系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)解耦;

（4）以軟件技術(shù)為核心，面向?qū)嶋H需求。

1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

本型基于通用平臺(tái)處理后端的軟件化雷達(dá)技術(shù)架構(gòu)主要包括三層：平臺(tái)層、服務(wù)層、應(yīng)用層。

1.1 平臺(tái)層

1.1.1 數(shù)字陣列天線

雷達(dá)天線采用單元級(jí)數(shù)字固態(tài)有源相控陣體制，數(shù)字T/R組件、頻率源均采用模塊化設(shè)計(jì)，可以最大限度地保證模塊間的互換性，也便于進(jìn)行積木式拼裝來實(shí)現(xiàn)陣面規(guī)模的擴(kuò)展升級(jí)。同時(shí)天線工作孔徑、極化方式、工作頻率、波形、系統(tǒng)時(shí)序和波位等均可通過參數(shù)化設(shè)計(jì)靈活定義，支持陣面資源重構(gòu)。

1.1.2 通用處理平臺(tái)

雷達(dá)信息處理系統(tǒng)采用開放式通用信息處理平臺(tái)，按照標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、可擴(kuò)展、可重構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，將信息處理平臺(tái)分為計(jì)算、存儲(chǔ)、交換、接口等通用功能刀片，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活可變，可根據(jù)功能需求進(jìn)行定義和重構(gòu)，支持應(yīng)用構(gòu)件功能的靈活部署，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠高可用。

1.1.3 基礎(chǔ)軟件

基礎(chǔ)軟件主要包括操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)。操作系統(tǒng)為上層處理提供中文化的操作系統(tǒng)環(huán)境和常用圖形管理工具，提供完善的系統(tǒng)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù);驅(qū)動(dòng)為用于處理、通信的外圍設(shè)備提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)接口。

1.2 服務(wù)層

雷達(dá)操作環(huán)境是雷達(dá)運(yùn)行調(diào)度中心，為應(yīng)用提供統(tǒng)一的接口和環(huán)境，雷達(dá)操作環(huán)境包括系統(tǒng)管理、中間件等部分。

1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層負(fù)責(zé)完成信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理、顯示控制等系統(tǒng)功能，采用構(gòu)件化設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)構(gòu)件、應(yīng)用構(gòu)件、計(jì)算構(gòu)件三類，通過將不同功能的軟件構(gòu)件組合化應(yīng)用，靈活的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能定義，資源配置和模式擴(kuò)展。

2 功能重構(gòu)及擴(kuò)展升級(jí)

傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)采用“以硬件技術(shù)為核心，面向?qū)Ｓ霉δ堋钡难邪l(fā)模式，是一種自上而下的串行研發(fā)模式，存在各環(huán)節(jié)耦合性強(qiáng)，研制周期長、新技術(shù)更新慢等問題。同時(shí)，由于雷達(dá)型號(hào)種類繁多，各類型號(hào)間硬件無法兼容，升級(jí)、維護(hù)困難。

本雷達(dá)系統(tǒng)采用層次化架構(gòu)，頂層應(yīng)用軟件與底層硬件通過中間層實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦。硬件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字化、模塊化設(shè)計(jì)，軟件平臺(tái)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，在硬件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的基礎(chǔ)之上對(duì)軟件的規(guī)范化作出約束，進(jìn)而通過硬件模塊、軟件構(gòu)件的積木式拼接形成開放式的平臺(tái)，使得系統(tǒng)具備重構(gòu)、擴(kuò)展的能力，系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)更為容易，且能夠支持系統(tǒng)對(duì)用戶方動(dòng)態(tài)變化的需求進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，也可以支持不同層級(jí)新技術(shù)的及時(shí)應(yīng)用。

2.1 參數(shù)化功能重構(gòu)

參數(shù)化功能重構(gòu)是指雷達(dá)在特定工作模式下功能和性能參數(shù)的重構(gòu)，不會(huì)發(fā)生大規(guī)模的軟硬件資源更改、重組，只需要明確功能需求，通過參數(shù)裝訂即可實(shí)現(xiàn)。

本雷達(dá)根據(jù)其面臨的作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)環(huán)境、目標(biāo)特性等在參數(shù)數(shù)據(jù)庫中預(yù)先存儲(chǔ)多種典型參數(shù)模板，工作時(shí)雷達(dá)參數(shù)管理軟件從參數(shù)數(shù)據(jù)庫中提取典型參數(shù)對(duì)雷達(dá)工作狀態(tài)進(jìn)行初始化，使用過程中對(duì)雷達(dá)性能進(jìn)行評(píng)估分析，對(duì)雷達(dá)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整并更新參數(shù)數(shù)據(jù)庫，從而達(dá)到提高雷達(dá)探測(cè)性能、適應(yīng)陣地環(huán)境及提高抗干擾能力的目的。

2.2 軟硬件系統(tǒng)擴(kuò)展升級(jí)

軟硬件系統(tǒng)擴(kuò)展升級(jí)是指作戰(zhàn)任務(wù)變化引起功能需求改變或者系統(tǒng)性能提升，要求在系統(tǒng)層面上對(duì)軟硬件資源進(jìn)行升級(jí)、重組或增減，需要重新構(gòu)建并生成應(yīng)用軟件，改變系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展系統(tǒng)硬件規(guī)?；蚋鼡Q各硬件部件。

本雷達(dá)的軟件系統(tǒng)采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思路，研制形成應(yīng)用構(gòu)件庫，根據(jù)不同的應(yīng)用服務(wù)需求，從構(gòu)件庫中選擇應(yīng)用構(gòu)件，經(jīng)過組裝后形成相應(yīng)的應(yīng)用軟件。

軟件的擴(kuò)展升級(jí)分為軟件構(gòu)件組成的增減、重組和軟件構(gòu)件的功能更新兩類。軟件構(gòu)件的增減和重組一般根據(jù)新的功能需求，確定使用的構(gòu)件類型和數(shù)量，形成構(gòu)件裝配配置文件，由配置解析模塊完成配置文件解析，然后通過構(gòu)件連接管理模塊負(fù)責(zé)建立構(gòu)件間的端口連接。軟件構(gòu)件版本的更新一般是根據(jù)用戶在操作過程中提出的使用需求進(jìn)行軟件友好性方面的完善以及因構(gòu)件級(jí)新技術(shù)新算法的應(yīng)用而要求的功能升級(jí)。當(dāng)系統(tǒng)級(jí)的新技術(shù)新算法應(yīng)用時(shí)，不僅會(huì)要求相應(yīng)的構(gòu)件完成升級(jí)，可能還會(huì)要求構(gòu)件間的互聯(lián)關(guān)系進(jìn)行重組。

本雷達(dá)可擴(kuò)展升級(jí)的硬件資源主要前端收發(fā)硬件和后端處理硬件兩部分。

前端數(shù)字陣列天線采用單元級(jí)數(shù)字固態(tài)有源相控陣體制，數(shù)字T/R組件為我單位自研的成熟模塊化產(chǎn)品，各組件間的電氣接口規(guī)范統(tǒng)一，保證了組件間的互換性，即插即用，一方面為維護(hù)保養(yǎng)提供便利，另一方面支持使用積木式替換、拼裝實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的升級(jí)和系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展。后端處理硬件則主要是由購買的通用化處理組合搭建的信息處理和計(jì)算平臺(tái)。各通用化處理組合間采用標(biāo)準(zhǔn)化的總線和協(xié)議實(shí)現(xiàn)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)，從而構(gòu)建成開放式的處理架構(gòu)，各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的增減以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)處理和計(jì)算要求靈活可變。

3 結(jié)束語

本型基于通用平臺(tái)處理后端的軟件化雷達(dá)經(jīng)過科學(xué)、合理的軟件化設(shè)計(jì)，采用了分層設(shè)計(jì)的系統(tǒng)架構(gòu)（硬件、軟件、操作環(huán)境）、開放式標(biāo)準(zhǔn)化的接口數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、積木式模塊化的陣列天線設(shè)計(jì)、上海柏飛公司的通用化信息處理平臺(tái)、精細(xì)參數(shù)化設(shè)計(jì)等技術(shù)手段，軟硬件資源分配合理，充分體現(xiàn)了“軟件化雷達(dá)”的設(shè)計(jì)理念，能比較方便地進(jìn)行功能擴(kuò)展和升級(jí)，滿足雷達(dá)裝備多功能、多任務(wù)、綜合化的應(yīng)用需求。

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