軟件化雷達系統技術綜述

張榮濤，楊潤亭，王興家，李路野

(南京電子技術研究所,南京 210039)

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軟件化雷達系統技術綜述

張榮濤，楊潤亭，王興家，李路野

(南京電子技術研究所,南京 210039)

軟件化雷達技術是通過構建開放式的體系結構，在研制雷達操作環境的基礎上，實現雷達系統功能通過軟件定義、擴展和重構的新一代雷達技術。文中從軟件化雷達的需求、國內外研究現狀、內涵及技術架構、關鍵技術及發展設想等方面進行了分析和論述。通過軟件化雷達技術的研究，最終可形成快速響應新軍事需求、縮短研制周期、提高維護保障和升級換代的能力。

軟件化雷達；開放式架構；雷達操作環境

0 引 言

隨著雷達、計算機、軟件等技術的迅猛發展，軟件化雷達技術發展成為未來發展的必然趨勢和選擇，主要體現在以下三個方面：

1)實現雷達智能化處理技術發展的必然

智能化技術是雷達技術發展的重要方向，正在發展的智能雷達具有環境自感知，基于知識的學習、決策和系統控制能力，系統的處理流程更加靈活，處理算法復雜。采用開放式架構的軟件化雷達技術支持雷達系統具有很強的系統功能、流程靈活定義和重構能力，支持雷達系統各類數據、知識的高速、有效存儲、處理和應用，支持雷達各種智能算法的即插即用，發展軟件化雷達技術可有效支持雷達智能化的發展。

2)復雜作戰環境下雷達性能快速提升的要求

雷達作戰環境的復雜化(各類電磁干擾與對抗環境，復雜地理環境、氣象環境)，對雷達裝備的功能和性能提出更高的要求。為了對抗不斷出現的新威脅，要求雷達系統適應復雜動態環境和任務需求，不斷發展新的算法技術，對抗新威脅。軟件化雷達技術采用開放式架構，以軟件構件(實現各種先進算法和處理功能)為單元進行集成，使各種新算法易于應用集成到雷達系統中，實現通過軟件定義，實時動態重構系統功能，從而易于提升雷達性能。

3)便于自主可控軟硬件的推廣應用

軟件化雷達采用開放式體系架構，基于標準化總線及通信協議，構建綜合處理硬件平臺，實現綜合處理能力的靈活擴展和硬件資源的重組，支持符合標準規范的硬件平臺的替換和升級，從而便于裝備的維護保障。此外，通過采用中間件技術實現底層硬件和上層任務軟件的解耦，從而支持上層任務軟件不做變更即可遷移到國產化硬件平臺和操作系統上，便于自主可控軟件、硬件國產化的替代和升級，加快科技成果的軍工應用速度。

1 國內外研究現狀

國際方面，20世紀90年代，美國國防部(DoD)提出了基于模塊的開放式系統方法(MOSA)。由于MOSA采用開放式的松耦合標準化模塊，可選擇的供應商多，新技術滲透快速，升級改造便利，同時又有效地控制和降低成本[1-2]。因此，在商業和軍事方面得到了重要的應用和推廣。

在MOSA研究基礎上，2009年，美國成立了開放式雷達系統架構(ROSA)研究工作組推動軟件化雷達的發展，相關研究成果成功在三坐標遠程雷達(3DELRR)上進行了驗證。2014年，美軍開展數字化軟件化多功能分布陣列雷達的研制，成功推廣了軟件化雷達技術，林肯實驗室也把相關研究成果應用到靶場試驗雷達、空間監視雷達升級改造中，取得了良好的效果[3-4]。

美軍通過構建軟件化雷達，將雷達系統的硬件與軟件分離，通過軟件的升級、重組，實現功能性能的提升；采用開放式架構，將商用技術應用于雷達，促進軍民融合式發展。軟件化雷達有效解決了雷達裝備發展面臨的維護保障和升級換代困難等難題，形成快速響應新軍事需求的能力[2,5]。

國內方面，從2015年開始，空2所牽頭組織中國電子科技集團公司第14研究所等單位開展軟件化雷達技術的研究工作，涉及體系架構、試驗平臺、相關規范等工作，為軟件化雷達后續工作奠定了良好的基礎。其中，14所承擔并完成了硬件設計規范擬制，地基、?；囼炂脚_總體方案論證工作，并在軟件化雷達系統架構、雷達操作環境、軟件構件化、硬件平臺等方面開展了系統的研究工作，為軟件化雷達后續深入研究打下了良好的基礎。

2 軟件化雷達技術內涵

雷達系統可以抽象為一組資源的集合體，包括陣面資源、波形資源、處理資源、軟件資源等，通過對這些資源的優化調度和控制，形成面向不同作戰任務需求的系統功能，進而完成相應的作戰任務。完成在不同作戰任務下雷達系統資源的動態調度、組織和重構的核心就是雷達操作環境，軟件化雷達就是以雷達操作環境為核心構建開放式體系結構，通過軟件定義、擴展和重構雷達系統功能的新一代雷達，如圖1所示。

圖1 軟件化雷達技術內涵

軟件化雷達技術的典型特征如下：

1)需求可定義：采用開放式架構的雷達系統可靈活響應作戰需求，具有滿足雷達、電子戰、通信等多功能、多任務能力，可根據作戰需求重構整個雷達系統功能。

2)硬件可重組：陣面系統、計算平臺采用開放式架構，可根據功能需求進行雷達孔徑、計算資源的重組。

3)軟件可重構：系統功能構件化設計，通過雷達操作環境實現系統功能的即插即用。

3 軟件化雷達技術架構

軟件化雷達技術架構包括四個組成部分：雷達操作環境、應用構件、陣面及計算平臺，如圖2所示。

圖2 軟件化雷達技術架構

1)雷達操作環境：是雷達運行調度中心，為應用提供統一的接口和環境。

2)應用構件：完成搜索、跟蹤、識別、干擾等雷達功能的軟件模塊。

3)雷達陣面：采用模塊化設計，支持陣面孔徑可重構。

4)計算平臺：采用開放式架構，處理能力可擴展，計算資源可重構。

針對作戰場景，軟件化雷達技術通過操作環境實現對雷達陣面、計算資源的調度控制，應用軟件構件的組裝和部署等工作，完成相應的作戰任務。軟件化雷達技術體系中包括雷達操作環境、應用構件設計、陣面、硬件平臺等相關關鍵技術研究。其中，雷達操作環境涉及的相關技術是軟件化雷達的核心技術。

雷達操作環境包括系統管理、中間件、基礎軟件等部分。系統管理實現雷達系統資源的調度與管理，應用構件的集成、部署和管理，雷達復雜信息的管理等；中間件包括計算、通信、管理中間件，主要實現應用軟件與硬件的解耦；基礎軟件主要包括板級支持包等。

雷達操作環境完成雷達各類資源的調度和數據管理，為應用提供陣面和計算資源，實現不同場景下的作戰任務。

應用構件設計技術研究則包括根據雷達的功能、算法和性能要求確定構件粒度；制定統一的設計規范，約束各種應用構件的設計，以滿足構件的即插即用；制定構件庫管理規范：建立構件測試、驗證、認證標準，以及構件的入庫、變更、發布、使用規范化管理。

硬件平臺采用標準化的總線和協議構件開放式架構，實現各類異構計算節點互聯；計算節點的拓撲結構靈活可變，可根據功能需求進行定義和重構；并支持應用構件功能的靈活部署。適應軟件化雷達的應用需求，天線陣面應具有以下特征：基于總線架構的陣面可擴展；基于數字體制的功能可重構；基于陣面寬帶化的信息獲取。陣面系統架構向開放式、模塊化和自適應的方向發展。

4 結束語

軟件化雷達技術后續發展建議在十三五期間建立制定軟件化雷達標準體系，研制支持各類應用構件重構的雷達操作環境(包括系統管理、中間件等)，通過軟件化雷達原型系統驗證，具備向雷達裝備推廣應用的基礎，具體工作內容如下：

1)軟件化雷達標準體系研究，建立雷達操作環境、中間件、應用構件、硬件平臺等標準體系。

2)構建雷達操作環境，支持應用功能構件與硬件平臺解耦合，支持應用構件提供互聯互通、即插即用功能。

3)研制形成應用構件庫，具備雷達各類應用功能構件，支持作戰應用的靈活實現。

4)構建軟件化雷達原型試驗平臺，驗證軟件化雷達關鍵技術，實現通過軟件定義，系統可實時動態重構，實現對有源探測、有源電子偵察、有源電子干擾、通訊功能、被動超視距探測等功能實現的支持。

軟件化雷達技術系統性強，涉及雷達操作環境、應用軟件和硬件、陣面系統等，并涉及多學科、多專業技術。為了有效地推動軟件化雷達技術發展，建議：

1)成立由軍方論證單位、雷達主機廠所、相關高校等單位的總體技術組，推動技術體系論證、標準規范的建設工作。

2)吸納相關行業、專家參與到軟件化雷達技術研究中來，集智攻關，更好地推動該項技術的可持續發展。

[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.

張榮濤 男，1974年，博士，研究員級高級工程師。研究方向為空間監視雷達、雷達處理和控制、軟件化雷達技術等。

楊潤亭 女，1964年，本科，研究員級高級工程師。研究方向為雷達軟件系統設計、軟件工程技術等。

王興家 男，1983年，博士，高級工程師。研究方向為雷達信號處理平臺、芯片及軟件等。

李路野 男，1986年，博士，工程師。研究方向為雷達信號處理軟件設計、軟件化雷達技術等。

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

張榮濤 Email：008268@nriet.com

2016-07-27

2016-09-16

TN958

A

1004-7859(2016)10-0001-03