軟件無線電技術(shù)在電子戰(zhàn)裝備領(lǐng)域的應(yīng)用

苗東

摘 要 文章介紹了軟件無線電技術(shù)的工作原理和體系結(jié)構(gòu)，分析了軟件無線電技術(shù)在電子戰(zhàn)裝備中的幾種典型應(yīng)用，探討了現(xiàn)代電子戰(zhàn)系統(tǒng)的軟件無線電技術(shù)應(yīng)用構(gòu)想。

關(guān)鍵詞 SDR；SCA；JTRS；電子戰(zhàn)裝備；仿真評估；增強軟件無線電

中圖分類號 TN92 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）220-0086-03

20世紀(jì)90年代以后逐漸興起一種全新的設(shè)計思想——軟件無線電（Software Defined Radio，SDR），其核心思想以開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺為基礎(chǔ)，結(jié)合面向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)化軟件規(guī)范，可以通過改變軟件的方式改變設(shè)備所具備功能屬性，降低裝備的復(fù)雜程度，具備優(yōu)越的靈活性、集中性、維護性，現(xiàn)已逐步在現(xiàn)代化軍事電子裝備中得到推廣應(yīng)用，并成為了一個重要的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中，如何在復(fù)雜電磁環(huán)境中有效開展電子偵察與反偵察、電子干擾與反干擾、電子欺騙與反欺騙、電子摧毀與反摧毀等一系列電子戰(zhàn)行動，是衡量軍事電子平臺作戰(zhàn)能力的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，并對電子戰(zhàn)裝備系統(tǒng)的硬件設(shè)計架構(gòu)、信號處理能力、綜合集成能力等方面提出了較高要求。在先進綜合化電子系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展引領(lǐng)下，研制寬帶化、通用化、可擴展的先進電子戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)備成為了現(xiàn)代軍事裝備發(fā)展的迫切要求，軟件無線電技術(shù)的發(fā)展則為此提供了較好的解決途徑。

1 軟件無線電的原理和體系結(jié)構(gòu)

1.1 工作原理

所謂軟件無線電，其關(guān)鍵思想是以通用硬件平臺為基礎(chǔ)，將各種功能（如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等）用軟件來完成，以實現(xiàn)無線電子裝備系統(tǒng)的高度靈活性、開放性[ 1 ]。

具體而言，軟件無線電強調(diào)了軟件的可控制和再定義，裝備研制單位通過調(diào)用不同軟件單元即可實現(xiàn)特定作戰(zhàn)功能，業(yè)務(wù)功能的提升由軟件模塊體現(xiàn)，并且軟件可以持續(xù)升級更新甚至換代；對于軟件無線電硬件，由于基于標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計思路，支持不斷迭代生存。鑒于軟件無線電功能的軟件化特點，支持各種通信波形和無線鏈路協(xié)議，還可兼容舊體制裝備，在裝備的生存周期、成本、維護性等方面提升綜合費效比。

1.2 體系結(jié)構(gòu)

由于軟件無線電的諸多優(yōu)點，美軍的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS）計劃采用了軟件無線電的設(shè)計思想，定義了軟件通信體系結(jié)構(gòu)（SCA）規(guī)范，并在世界各國得到應(yīng)用[2]。通過SCA軟件平臺，硬件層與波形功能軟件層彼此隔離，使軟件和硬件具備可移植性、可配置性、可擴充性和可重用性，形成標(biāo)準(zhǔn)化軟件無線電平臺。

硬件體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。為支持面向?qū)ο蟮膽?yīng)用，硬件體系結(jié)構(gòu)以類和屬性繼承方式存在，可在統(tǒng)一的框架內(nèi)通過不同的接口、屬性和方法來定義不同的硬件，涵蓋了所有電子裝備應(yīng)用領(lǐng)域通用硬件。

為適應(yīng)通過軟件配置無線通信設(shè)備的基本需求，并且支持通用化硬件設(shè)備和開放式、可擴展性系統(tǒng)設(shè)計，SCA定義了一個以軟件為核心、硬件通用化的無線電信號處理平臺，其軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 軟件無線電技術(shù)在現(xiàn)有電子戰(zhàn)裝備中的應(yīng)用

2.1 在偵察接收機上的應(yīng)用

軟件化電子對抗偵察接收機是指基于軟件無線電原理而實現(xiàn)的用于對目標(biāo)信號進行分析識別、特征提取和參數(shù)測量，對電子信號進行信息解調(diào)的電子對抗偵察分析接收機[2]。這種電子對抗偵察接收機工作頻段覆蓋廣，從短波至毫米波（0.1MHz-60GHz），基本覆蓋整個無線電電磁頻段。根據(jù)當(dāng)前電子偵查處理技術(shù)狀況，若直接在寬帶內(nèi)采用射頻直采技術(shù)實現(xiàn)代價較大，可借助于軟件無線電通用化硬件架構(gòu)技術(shù)，先對模擬電路進行專用混頻下變頻，再采用中頻抽樣進行數(shù)字化處理，如圖3所示。

軟件無線電偵察接收機采用與通信中接收機基本一致的處理架構(gòu)，具備更明顯的功能軟件化和組成開放性特征。寬帶化的偵察接收機需要基于多路射頻電路，結(jié)合針對不同偵察對象的各種數(shù)字信號處理算法，以實現(xiàn)偵察設(shè)備的綜合化、可擴展性和技術(shù)性能提升，可擴展未來新形式下出現(xiàn)新問題能力需求，支持偵察設(shè)備的作戰(zhàn)能力可持續(xù)發(fā)展。

基于無線電技術(shù)，電子對抗偵察接收機可根據(jù)復(fù)雜電子環(huán)境不同和偵察對象多樣化特點，采用基于可定制化的軟件組合思路，結(jié)合可迅速更換的通用化處理模塊單元，對差異化的環(huán)境作出最佳策略響應(yīng)，提高目標(biāo)信號識別正確率，提高基于無源偵察的對抗設(shè)備的生存能力。

2.2 在干擾發(fā)射機上的應(yīng)用

在電子戰(zhàn)系統(tǒng)領(lǐng)域，與軟件無線電偵察接收機對應(yīng)的是軟件化的干擾發(fā)射機，以支持作戰(zhàn)策略多樣化的需求?？稍谕ㄓ糜布幚砥脚_上，采用不同干擾特征的軟件波形快速實現(xiàn)多種干擾樣式，如圖4所示。

針對軟件無線電干擾發(fā)射機，開放式的硬件平臺主要在于基帶信號處理的通用性，發(fā)射信號載頻特征需要根據(jù)不同干擾對象的要求進行擴展，并且發(fā)射信號的具體特征（包括干擾樣式）將由不同的軟件來實現(xiàn)，支持裝備或偵察模塊的升級更新，以適應(yīng)多樣化干擾策略需求。在射頻化之前，軟件無線電接收機需要對于信號跟蹤干擾的調(diào)制形成，可采用基于DDS數(shù)字本振的數(shù)字上變頻，以支持快速調(diào)制波形的轉(zhuǎn)換。

針對圖4所示的軟件化干擾樣式產(chǎn)生，可通過DSP軟件產(chǎn)生基帶正交數(shù)據(jù)，由軟件來決定硬件的發(fā)射頻率，支持快速干擾波形生成。

3 電子戰(zhàn)裝備領(lǐng)域的軟件無線電技術(shù)應(yīng)用構(gòu)想

3.1 基于SDR的電子戰(zhàn)仿真評估系統(tǒng)

電子戰(zhàn)裝備在實戰(zhàn)中有沒有用、如何使用、怎么樣才能發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能，這些都是非常迫切需要研究清楚的問題。通常的做法是建立裝備仿真論證系統(tǒng)、評估系統(tǒng)、實驗系統(tǒng)進行裝備單裝論證、系統(tǒng)運用論證。這里面存在兩個主要問題：一是純軟系統(tǒng)論證中數(shù)據(jù)來源和可信度都存在疑問；二是傳統(tǒng)軟硬結(jié)合成本較大，受環(huán)境、人員、場地等限制較多。采用軟件無線電的系統(tǒng)設(shè)計方式，遵循SCA軟件體系結(jié)構(gòu)，基于軟件無線電技術(shù)產(chǎn)生、接收數(shù)據(jù)可以較好地解決上述問題，如圖5所示。

該架構(gòu)在原有電子戰(zhàn)裝備評估、實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入軟件無線電技術(shù)進行底層設(shè)備模擬。由于軟件無線電的靈活性，可以更加方便、快捷、逼真地模擬現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境，同時進行數(shù)據(jù)的真實發(fā)送和接收，這些數(shù)據(jù)又作為整個系統(tǒng)評估和實驗的基礎(chǔ)，初步解決了原來數(shù)據(jù)靠仿而產(chǎn)生的可信度不高問題。

3.2 增強軟件無線電電子戰(zhàn)系統(tǒng)

未來電子戰(zhàn)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)能夠?qū)δ繕?biāo)和周邊環(huán)境進行自適應(yīng)偵察感知，基于快速準(zhǔn)確分析的大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)處理，自適應(yīng)選擇最佳電子對抗策略，并結(jié)合戰(zhàn)場態(tài)勢圖形成電子戰(zhàn)效能評估，最終可根據(jù)評估結(jié)果更新電子戰(zhàn)系統(tǒng)的策略資源庫。

從架構(gòu)上來說，主要采用“觀察、定位、決策、行動”的閉環(huán)結(jié)構(gòu)（如圖6所示）。為了應(yīng)對信號體制多變、樣式多變等現(xiàn)代電子戰(zhàn)特征，有必要在其中逐漸加大軟件無線電成分，形成智能認知電子戰(zhàn)能力，基于戰(zhàn)場感知學(xué)習(xí)自適應(yīng)調(diào)整電子戰(zhàn)設(shè)備的工作參數(shù)，使得電子戰(zhàn)系統(tǒng)對未來電磁領(lǐng)域的爭斗更具有靈活性和適應(yīng)性。

軟件無線電技術(shù)率先在電磁頻譜認知環(huán)節(jié)起支柱性作用，以戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境中通信、雷達、光電等信號為重點，基于偵收、測量、特征提取、分類和識別等信號處理流程，結(jié)合大數(shù)據(jù)處理和深度學(xué)習(xí)等現(xiàn)代化智能處理技術(shù)對目標(biāo)進行認知定位，為決策和行動提供依據(jù)。其中，軟件無線電技術(shù)增強設(shè)備的硬件通用性和軟件功能化，可使得偵查對象多樣化，并能夠?qū)崟r調(diào)整偵察策略使得偵察裝備更具有通用性。

在決策和行動環(huán)節(jié)，軟件無線電技術(shù)使得裝備可不局限于傳統(tǒng)的干擾樣式和方式，可結(jié)合知識庫和干擾策略資源進行資源分配和干擾波形選擇，并可根據(jù)對抗行動后的對象行為特征變化來評估對抗效果，指導(dǎo)對抗策略優(yōu)化，能更好地應(yīng)對未來戰(zhàn)場需要。

本增強型軟件無線電技術(shù)設(shè)備的技術(shù)特點是，在傳統(tǒng)接收機、發(fā)射機和天線等射頻硬件裝備的基礎(chǔ)上，突出現(xiàn)代軟件、組網(wǎng)等技術(shù)，以先進算法為電子戰(zhàn)增加智能化功能，結(jié)合軟件無線電相關(guān)前沿技術(shù)，使射頻電子類設(shè)備具備更強的生存能力。

4 結(jié)論

軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用對無線電通信領(lǐng)域帶來了一場深刻的技術(shù)變革，對其它領(lǐng)域尤其是電子對抗領(lǐng)域裝備的技術(shù)發(fā)展也起到了很好的借鑒和引領(lǐng)作用?？梢灶A(yù)見在不久的將來，隨著軟件無線電技術(shù)的不斷成熟，它在電子戰(zhàn)裝備的研制、評估、試驗、實戰(zhàn)應(yīng)用等環(huán)節(jié)都必將發(fā)揮巨大的作用。

參考文獻

[1]徐根深.軟件無線電導(dǎo)言[J].現(xiàn)代通信技術(shù)，1996（4）：27-31.

[2]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001：227-257.