軟件無線電技術雷達系統的應用論文
摘要：隨著計算機技術和微電子技術的快速發展，軟件無線電技術逐漸走進人們的視野。軟件無線電技術是無線電通信體系的一次變革，對無線電通信的發展產生了深遠影響。軟件無線電技術作為一個通信概念最早應用于通信領域，但本質特征決定了它在雷達、數字電視等領域也具有廣闊的應用前景。基于此，深入探討了軟件無線電技術在雷達系統中的應用，以期對相關研究提供有價值的參考。
關鍵詞：軟件無線電；雷達；數字信號處理
1引言
軟件無線電（SoftwareRadio）的概念最早由20世紀90年代初的美國學者Jeo和Mitola等人提出[1]。它的核心思想是進一步縮小寬帶A/D和D/A轉換模塊與天線模塊之間的距離，同時通過軟件設計實現電臺功能[2]。軟件無線電思想顛覆了傳統方法，即通過硬件實現系統功能，它將目光轉向了軟件技術。對雷達系統而言，通信功能和信號處理功能是整個系統的關鍵，是軟件無線電發揮作用的最佳舞臺。
2雷達系統分析
2.1雷達的結構及原理
雷達一詞來源于英文的Radar，其中文意思為“無線電探測和測距”，顧名思義，就是通過無線電波的形式探測周圍目標，測出空間位置和距離。這里所講的無線電波實際是一種電磁波的特殊頻段，雷達充分利用了電磁波的反射原理完成目標的探測和定位。為了說明雷達系統的基本原理，本文以最具有代表性的單基地脈沖雷達為例，分析說明雷達系統的基本組成和原理。雷達系統包括天線、發射機、接收機和終端設備等，并通過這些設備分別完成不同的功能。雷達的正常工作必須建立在高穩定度頻率源的基礎上，以建立系統的工作頻率為參考值，其激勵信號是在低功率電平條件下，由特定的高頻脈沖波形形成。激勵信號首先由發射機的功率放大，其次通過末級功放模塊進一步放大，得到足夠強的脈沖信號，最后由天線向自由空間發射。雷達系統中，接收模塊和發射模塊通常共用一個天線，通過高速開關實現發射與接收信號的時分利用。
2.2雷達與軟件無線電
信號處理是雷達技術的核心，直接決定了雷達系統的性能。目前，雷達系統廣泛采用AID、DSP和計算機技術提高信號處理能力，但由于硬件成本與性能的限制，其性能提高十分有限。軟件無線電技術的提出，進一步降低了雷達信號處理對硬件性能的依賴程度。通過軟件手段提升信號處理效率和精度成為雷達技術的重要發展趨勢。一般來說，不同用途和功能的雷達系統在性能指標方面有明顯區別，例如載頻、脈寬、調制等均需要特殊設計，且這些參數都是由硬件參數決定，調節范圍有限。這種以硬件為核心的雷達設計思想不僅造成了雷達功能的單一，而且嚴重限制了適應復雜環境的能力。
3軟件無線電技術
3.1軟件無線電基本思想
軟件無線電技術是無線電通信體系的一次變革，它完全改變了傳統無線電通信的基本思想，成為繼模擬系統到數字系統、固定設備到移動終端之后的一次歷史性突破，對無線電通信的發展具有深遠影響。該技術通過進一步縮小寬帶A/D和D/A轉換模塊與天線模塊之間的距離，通過軟件設計實現電臺的主要功能，大大簡化了系統的硬件結構，使系統功能變得更加靈活。軟件無線電系統接收到模擬信號后，第一時間將其轉化為數字信號，然后采用相應的軟件算法完成信號波型的配置，以滿足雷達對各種信號的需求。一般情況下，軟件無線電系統由天線、射頻變換器、A/D轉換器、D/A轉換器、DSP以及實時軟件等構成。它的技術特點主要有兩個關鍵之處：一是A/D和D/A端與RF端非常接近，主要在中頻段完成信號采集；二是通過高速DSP和CPU代替傳統電路單元，通過A/D轉換支持后續復雜信號的處理過程。A/D、D/A端與RF端的空間設計只是軟件無線電的基本條件之一，關鍵技術在于高性能DSP和CPU的數字處理能力，由其實現軟件無線電的根本目的。
3.2軟件無線電的優點
因為充分發揮了軟件技術的優點，所以軟件無線電技術在功能實現上更加具有靈活性。以模塊化軟件開發技術的支持為基礎，當開發者增加某項系統功能時，只需單獨編寫相應的功能模塊，并通過主程序進行調用，無需修改硬件結構。軟件無線電適用于所有類型的信號處理場合，并且便于升級軟件模塊，大大提高了開發效率，降低了系統成本，進一步提高了系統性能。此外，軟件無線電技術對標準化和模塊化設計的支持程度較高，對硬件具有良好的兼容性。雷達系統中采用軟件無線電技術可以進一步提高其適應復雜戰場能力，成為未來電子戰的重要技術支撐，且充分利用了當前日益成熟的神經網絡、遺傳算法、進化算法等信號處理技術，提升軟件無線電雷達系統的整體性能。
4軟件無線電雷達系統
軟件無線電技術作為一種探索中的應用技術，基本結構尚未形成相對穩定的形式。不同的設計者和不同的應用需求都會造成其結構的較大差異，尤其會受到DSP和A/D轉換等器件的制約，因此實用性還有待提升。為了闡明軟件無線電技術在雷達系統中的應用，本文以雷達系統的射頻部分設計為例，參考了幾種標準化的產品結構，將軟件無線電技術應用于中頻和基帶處理。基于軟件無線電的雷達射頻系統充分借鑒了軟件工程的編程設計思想，采用了開放式的平臺設計，將系統功能劃分為不同的模塊結構，易于修改和升級系統功能，節約了雷達系統的制作成本，提升了雷達系統的性能。射頻前端采用了通用化設計，頻率范圍較寬，可以實現低噪聲放大和混頻。寬帶A/D變換模塊的設計提高了采樣速度和位數，通過并聯多個高速低分辯率的ADC，形成一個性能更加優異的復合器件。為了實現雷達系統功能最大程度的軟件化控制，本文將中頻和基帶信號處理統一轉化為數字信號進行處理，盡管這對DSP的性能提出了一定要求，但當前的DSP技術已基本能夠滿足要求，可較好地完成變頻、濾波和二次采樣等工作，進一步改善了雷達系統的探測靈敏度。考慮到近年來FGPA技術的發展，尤其并行運算能力的提高，本文結合了FPGA技術處理雷達信號，進一步提升數字信號處理的實時性。另外，發射系統的信號調制全部通過軟件控制的方式實現，并通過編程生成各種形式的波形。
5結語
軟件無線電技術的提出與應用，改變了傳統雷達系統功能單一、兼容性差等問題，解放了以硬件為核心的設計思想，是雷達系統提高設計靈活性和開放性的重要技術支撐。此外，這種基于軟件無線電技術的雷達系統更加適應未來復雜的戰場環境，將帶領軍隊在戰場中占據明顯優勢，在未來的軍事領域將有廣闊的應用前景。
參考文獻
[1]李世界,陳章友,張蘭,等.多通道雙頻高頻雷達接收機模擬前端的設計[J].電子技術應用,2018,44(3):31-35.
[2]鄧倩嵐,陸忠杰,辛康.脈沖多普勒雷達導引頭目標回波模擬器校準技術研究[J].宇航計測技術,2018,38(1):27-31.
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