一種基于通用平臺處理后端的軟件化雷達

陳婷 張弛 智東杰

摘要 本文介紹了一種基于通用平臺處理后端的軟件化雷達，該雷達采用開放式系統架構，以標準化、模塊化、數字化的硬件平臺為基礎，可實現硬件資源的重組和處理能力的靈活擴展，支持符合標準規范的硬件平臺進行替換和升級;采用中間件技術實現底層硬件和上層應用軟件的解耦，支持軟件化開發模式，結合系統的參數化設計，可實現靈活的功能定義、資源配置、模式擴展和性能提升。

【關鍵詞】軟件化雷達 開放式體系架構 通用處理平臺

軟件化雷達可定義為基于開放式體系架構，采用標準化、模塊化和數字化硬件平臺的新一代雷達系統，系統軟件與硬件解耦，以軟件技術靈活地實現雷達系統的功能擴展、重構和性能提升。

軟件化雷達的發展與當前雷達系統的軍事應用需求背景、相關支撐技術的發展背景密切相關。根據軟件化雷達的概念內涵，應具有如下特點：

（1）系統采用開放式體系架構;

（2）系統引入標準化、模塊化和數字化設計技術;

（3）系統軟硬件設計解耦;

（4）以軟件技術為核心，面向實際需求。

1 系統技術架構

本型基于通用平臺處理后端的軟件化雷達技術架構主要包括三層：平臺層、服務層、應用層。

1.1 平臺層

1.1.1 數字陣列天線

雷達天線采用單元級數字固態有源相控陣體制，數字T/R組件、頻率源均采用模塊化設計，可以最大限度地保證模塊間的互換性，也便于進行積木式拼裝來實現陣面規模的擴展升級。同時天線工作孔徑、極化方式、工作頻率、波形、系統時序和波位等均可通過參數化設計靈活定義，支持陣面資源重構。

1.1.2 通用處理平臺

雷達信息處理系統采用開放式通用信息處理平臺，按照標準化、通用化、可擴展、可重構的設計思路，將信息處理平臺分為計算、存儲、交換、接口等通用功能刀片，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，支持應用構件功能的靈活部署，實現系統的高可靠高可用。

1.1.3 基礎軟件

基礎軟件主要包括操作系統和驅動。操作系統為上層處理提供中文化的操作系統環境和常用圖形管理工具，提供完善的系統服務和網絡服務;驅動為用于處理、通信的外圍設備提供相應的驅動接口。

1.2 服務層

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，雷達操作環境包括系統管理、中間件等部分。

1.3 應用層

應用層負責完成信號處理、數據處理、顯示控制等系統功能，采用構件化設計，主要包括系統構件、應用構件、計算構件三類，通過將不同功能的軟件構件組合化應用，靈活的實現系統功能定義，資源配置和模式擴展。

2 功能重構及擴展升級

傳統雷達系統采用“以硬件技術為核心，面向專用功能”的研發模式，是一種自上而下的串行研發模式，存在各環節耦合性強，研制周期長、新技術更新慢等問題。同時，由于雷達型號種類繁多，各類型號間硬件無法兼容，升級、維護困難。

本雷達系統采用層次化架構，頂層應用軟件與底層硬件通過中間層實現軟硬件解耦。硬件平臺進行數字化、模塊化設計，軟件平臺進行參數化設計，在硬件的標準化、通用化的基礎之上對軟件的規范化作出約束，進而通過硬件模塊、軟件構件的積木式拼接形成開放式的平臺，使得系統具備重構、擴展的能力，系統升級維護更為容易，且能夠支持系統對用戶方動態變化的需求進行及時響應，也可以支持不同層級新技術的及時應用。

2.1 參數化功能重構

參數化功能重構是指雷達在特定工作模式下功能和性能參數的重構，不會發生大規模的軟硬件資源更改、重組，只需要明確功能需求，通過參數裝訂即可實現。

本雷達根據其面臨的作戰任務、作戰環境、目標特性等在參數數據庫中預先存儲多種典型參數模板，工作時雷達參數管理軟件從參數數據庫中提取典型參數對雷達工作狀態進行初始化，使用過程中對雷達性能進行評估分析，對雷達參數進行優化調整并更新參數數據庫，從而達到提高雷達探測性能、適應陣地環境及提高抗干擾能力的目的。

2.2 軟硬件系統擴展升級

軟硬件系統擴展升級是指作戰任務變化引起功能需求改變或者系統性能提升，要求在系統層面上對軟硬件資源進行升級、重組或增減，需要重新構建并生成應用軟件，改變系統硬件結構、擴展系統硬件規?；蚋鼡Q各硬件部件。

本雷達的軟件系統采用構件化的設計思路，研制形成應用構件庫，根據不同的應用服務需求，從構件庫中選擇應用構件，經過組裝后形成相應的應用軟件。

軟件的擴展升級分為軟件構件組成的增減、重組和軟件構件的功能更新兩類。軟件構件的增減和重組一般根據新的功能需求，確定使用的構件類型和數量，形成構件裝配配置文件，由配置解析模塊完成配置文件解析，然后通過構件連接管理模塊負責建立構件間的端口連接。軟件構件版本的更新一般是根據用戶在操作過程中提出的使用需求進行軟件友好性方面的完善以及因構件級新技術新算法的應用而要求的功能升級。當系統級的新技術新算法應用時，不僅會要求相應的構件完成升級，可能還會要求構件間的互聯關系進行重組。

本雷達可擴展升級的硬件資源主要前端收發硬件和后端處理硬件兩部分。

前端數字陣列天線采用單元級數字固態有源相控陣體制，數字T/R組件為我單位自研的成熟模塊化產品，各組件間的電氣接口規范統一，保證了組件間的互換性，即插即用，一方面為維護保養提供便利，另一方面支持使用積木式替換、拼裝實現系統性能的升級和系統規模的擴展。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算平臺。各通用化處理組合間采用標準化的總線和協議實現各計算節點的互聯，從而構建成開放式的處理架構，各計算節點的增減以及拓撲結構根據處理和計算要求靈活可變。

3 結束語

本型基于通用平臺處理后端的軟件化雷達經過科學、合理的軟件化設計，采用了分層設計的系統架構（硬件、軟件、操作環境）、開放式標準化的接口數據傳輸協議、積木式模塊化的陣列天線設計、上海柏飛公司的通用化信息處理平臺、精細參數化設計等技術手段，軟硬件資源分配合理，充分體現了“軟件化雷達”的設計理念，能比較方便地進行功能擴展和升級，滿足雷達裝備多功能、多任務、綜合化的應用需求。

參考文獻

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