雷達(dá)信號處理軟件化設(shè)計

沈佳波 施治國

摘要

為了適應(yīng)復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境，軟件化雷達(dá)成為了現(xiàn)代雷達(dá)的主要發(fā)展方向。本文介紹了國內(nèi)外軟件化雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀和部分研究成果。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá) 信號處理 軟件化

1 引言

隨著電子對抗技術(shù)的迅猛發(fā)展，使雷達(dá)面臨的作戰(zhàn)環(huán)境更加的復(fù)雜，其頻率特性、發(fā)射波形、工作模式等重要信息極易在擔(dān)負(fù)日常的戰(zhàn)備值班任務(wù)時，被敵方獲取。導(dǎo)致雷達(dá)真實的作戰(zhàn)性能在有意干擾影響下急劇下降。

因此未來雷達(dá)的發(fā)展是功能可重構(gòu)、系統(tǒng)智能化、處理節(jié)點化、設(shè)備通用化，即從數(shù)字化雷達(dá)向軟件化雷達(dá)發(fā)展。信號處理系統(tǒng)作為雷達(dá)的核心處理單元，承擔(dān)著從雷達(dá)接收到的外界電磁信號中實時檢測出空氣動力目標(biāo)、TBM目標(biāo)、臨近空間目標(biāo)等信號的任務(wù)。針對其工作特點進(jìn)行軟件化設(shè)計是軟件化雷達(dá)研制的重要基礎(chǔ)。

本文將分析國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合自身的研究對雷達(dá)信號處理軟件化設(shè)計進(jìn)行介紹。

2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

國外對軟件化雷達(dá)的研制起步較早，20世紀(jì)90年代，美國國防部（DoD）提出了基于模塊的開放式系統(tǒng)方法（MOSA）。由于MOSA采用開放式的松耦合標(biāo)準(zhǔn)化模塊，可選擇的供應(yīng)商多，新技術(shù)滲透快速，升級改造便利，同時又有效地控制和降低成本。因此，在商業(yè)和軍事方面得到了重要的應(yīng)用和推廣。

2009年10月，美國國防研究與工程局成立了開放式雷達(dá)體系結(jié)構(gòu)國防支援團(tuán)隊（OADST），該團(tuán)隊的主要任務(wù)是推動通用化開放式雷達(dá)體系結(jié)構(gòu)ROSA（Radar Open Systems Architecture）。目前ROSA已經(jīng)形成了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計原則。同時，美國空軍三坐標(biāo)遠(yuǎn)程雷達(dá)（3DELRR）作為ROSA的示范性推廣項目正處在研制階段，到2013年底，3DELRR已經(jīng)基本完成了技術(shù)演示驗證。

林肯實驗室從2003年開始開發(fā)了開放式雷達(dá)體系結(jié)構(gòu)（ROSA），它是一種開放式的設(shè)計方法，強(qiáng)調(diào)通用性、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，選用市場上業(yè)己成熟的商用產(chǎn)品（COTS），充分利用商用技術(shù)發(fā)展的結(jié)果來開發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)。

林肯實驗室的雷達(dá)設(shè)計工作者們運用ROSA的方法，在2010年左右成功的改造了4部著名的雷達(dá)，改造后COTS產(chǎn)品的使用占了全部雷達(dá)設(shè)備的85%左右。頻率綜合子系統(tǒng)有80%的部分是COTS產(chǎn)品，而數(shù)字脈沖壓縮子系統(tǒng)（digital pulse-compression subsystem）COTS產(chǎn)品的使用更是占到了90%以上。而在這些子系統(tǒng)內(nèi)部都是采用標(biāo)準(zhǔn)的VME/VXI總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸速度、系統(tǒng)性能都得到了保障，并且很容易擴(kuò)展。經(jīng)過ROSA方法的改造，降低了設(shè)計與制造成本，維護(hù)與升級也變的更為容易。

2010年左右，林肯實驗室第二代開放式雷達(dá)體系結(jié)構(gòu)（ROSAII）己得到發(fā)展并投入實踐中，相比第一代，第二代體系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展開放的概念到所有的傳感器以及控制系統(tǒng)軟件。它通過一個分層的軟件架構(gòu)將傳感器應(yīng)用與底層的硬件、軟件組件，如操作系統(tǒng)、中間件、通信線纜以及計算平臺等隔離開。

2014年，美國海軍研究局授予雷神公司一項價值850萬美元的分布式陣列雷達(dá)合同，該雷達(dá)具有多功能、動態(tài)多任務(wù)的能力，功能包括確保、通信和電子戰(zhàn)。該雷達(dá)采用軟件定義的技術(shù)，使得系統(tǒng)具有了可具備未來多種能力的潛力，是的雷達(dá)具有重新配置的能力并更為靈活，美軍認(rèn)為這是改變雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計游戲規(guī)則的一項重大進(jìn)步。

總體看來，美國在“軟件化雷達(dá)”系統(tǒng)和開放式體系結(jié)構(gòu)技術(shù)等方面發(fā)展迅速，已經(jīng)基本完成技術(shù)演示驗證，進(jìn)入型號研制階段。

3 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國的雷達(dá)研制長期以來采取的是硬件設(shè)計為核心的設(shè)計思路，雷達(dá)的整機(jī)性能與硬件設(shè)計緊密關(guān)聯(lián)。導(dǎo)致出現(xiàn)了以下問題：

3.1 品種繁多

現(xiàn)役雷達(dá)按搜索、制導(dǎo)、警戒和火控等具體功能需求進(jìn)行研制，導(dǎo)致雷達(dá)功能單一，裝備體系復(fù)雜，給雷達(dá)的研制和維護(hù)帶來了極大的困難。

3.2 工作模式固定

由于硬件性能的制約，其工作模式多采用固定模板式設(shè)計。面對復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境只能機(jī)械循環(huán)地按固定模板中的處理流程進(jìn)行工作，

而無法根據(jù)感知外界環(huán)境的特性，自適應(yīng)或人為地調(diào)整處理策略。

3.3 通用性差

處理單元按功能定制設(shè)計，接口、傳輸協(xié)議和核心處理器件均不能保持一致。導(dǎo)致雷達(dá)插件種類繁多。不同型號雷達(dá)的插件更是難以通用。

針對上述情況，我國從“十一五”開始組織相關(guān)的院校和研究所對“軟件化雷達(dá)信號處理系統(tǒng)”進(jìn)行技術(shù)論證和研究。至今己初步完成“軟件化雷達(dá)信號處理系統(tǒng)”的軟件開發(fā)工作，現(xiàn)處于開始平臺測試和試驗階段。

我司根據(jù)軟件化雷達(dá)的設(shè)計思路對信號處理軟件進(jìn)行了重新設(shè)計。具體情況如下：

4.1 平臺選擇

選用市場上業(yè)己成熟的商用產(chǎn)品（COTS）作為信號處理軟件的運行平臺。

4.2 架構(gòu)設(shè)計

以開放式架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計信號處理軟件的軟件框架。

4.3 模塊設(shè)計

對常規(guī)的信號處理功能模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計，然后將其封裝為一個可以被調(diào)用的功能模塊。

4.4 處理流程設(shè)計

采用可視化圖形技術(shù)，將信號處理流程以流程圖形式展現(xiàn)出來。處理流程中的每個功能模塊在規(guī)則允許的條件下可以人為調(diào)動其在流程中的順序，如圖1所示。

通過上述設(shè)計手段完成的信號處理軟件已經(jīng)完在商用產(chǎn)品上的運行測試，且只需進(jìn)行少量的驅(qū)動軟件適配即可實現(xiàn)軟件的跨平臺移植。而且基于圖形化的流程設(shè)計可以實現(xiàn)軟件的快速重構(gòu)?；緦崿F(xiàn)了信號處理軟件化。

5 結(jié)束語

軟件化雷達(dá)是現(xiàn)階段雷達(dá)技術(shù)的主要發(fā)展方向，通過對其相關(guān)技術(shù)的不斷研究，有助于提升我國雷達(dá)研制水平，提升國防能力。

參考文獻(xiàn)

[1]湯俊，吳洪，魏鯤鵬.“軟件化”雷達(dá)技術(shù)研究[J].雷達(dá)學(xué)報，2015.