軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)雷達系統的應用論文

　　摘要：隨著(zhù)計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)逐漸走進(jìn)人們的視野。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)是無(wú)線(xiàn)電通信體系的一次變革，對無(wú)線(xiàn)電通信的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)作為一個(gè)通信概念最早應用于通信領(lǐng)域，但本質(zhì)特征決定了它在雷達、數字電視等領(lǐng)域也具有廣闊的應用前景�；�于此，深入探討了軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在雷達系統中的應用，以期對相關(guān)研究提供有價(jià)值的參考。

　　關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線(xiàn)電；雷達；數字信號處理

　　1引言

　　軟件無(wú)線(xiàn)電（SoftwareRadio）的概念最早由20世紀90年代初的美國學(xué)者Jeo和Mitola等人提出[1]。它的核心思想是進(jìn)一步縮小寬帶A/D和D/A轉換模塊與天線(xiàn)模塊之間的距離，同時(shí)通過(guò)軟件設計實(shí)現電臺功能[2]。軟件無(wú)線(xiàn)電思想顛覆了傳統方法，即通過(guò)硬件實(shí)現系統功能，它將目光轉向了軟件技術(shù)。對雷達系統而言，通信功能和信號處理功能是整個(gè)系統的關(guān)鍵，是軟件無(wú)線(xiàn)電發(fā)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(lái)源于英文的Radar，其中文意思為“無(wú)線(xiàn)電探測和測距”，顧名思義，就是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波的形式探測周?chē)�目標，測出空間位置和距離。這里所講的無(wú)線(xiàn)電波實(shí)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(shuō)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(shuō)明雷達系統的基本組成和原理。雷達系統包括天線(xiàn)、發(fā)射機、接收機和終端設備等，并通過(guò)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(fā)射機的功率放大，其次通過(guò)末級功放模塊進(jìn)一步放大，得到足夠強的脈沖信號，最后由天線(xiàn)向自由空間發(fā)射。雷達系統中，接收模塊和發(fā)射模塊通常共用一個(gè)天線(xiàn)，通過(guò)高速開(kāi)關(guān)實(shí)現發(fā)射與接收信號的時(shí)分利用。

　　2.2雷達與軟件無(wú)線(xiàn)電

　　信號處理是雷達技術(shù)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(shù)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(wú)線(xiàn)電技術(shù)的提出，進(jìn)一步降低了雷達信號處理對硬件性能的依賴(lài)程度。通過(guò)軟件手段提升信號處理效率和精度成為雷達技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。一般來(lái)說(shuō)，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(huán)境的能力。

　　3軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)

　　3.1軟件無(wú)線(xiàn)電基本思想

　　軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)是無(wú)線(xiàn)電通信體系的一次變革，它完全改變了傳統無(wú)線(xiàn)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(dòng)終端之后的一次歷史性突破，對無(wú)線(xiàn)電通信的發(fā)展具有深遠影響。該技術(shù)通過(guò)進(jìn)一步縮小寬帶A/D和D/A轉換模塊與天線(xiàn)模塊之間的距離，通過(guò)軟件設計實(shí)現電臺的主要功能，大大簡(jiǎn)化了系統的硬件結構，使系統功能變得更加靈活。軟件無(wú)線(xiàn)電系統接收到模擬信號后，第一時(shí)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(mǎn)足雷達對各種信號的需求。一般情況下，軟件無(wú)線(xiàn)電系統由天線(xiàn)、射頻變換器、A/D轉換器、D/A轉換器、DSP以及實(shí)時(shí)軟件等構成。它的技術(shù)特點(diǎn)主要有兩個(gè)關(guān)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(guò)高速DSP和CPU代替傳統電路單元，通過(guò)A/D轉換支持后續復雜信號的處理過(guò)程。A/D、D/A端與RF端的空間設計只是軟件無(wú)線(xiàn)電的基本條件之一，關(guān)鍵技術(shù)在于高性能DSP和CPU的數字處理能力，由其實(shí)現軟件無(wú)線(xiàn)電的根本目的。

　　3.2軟件無(wú)線(xiàn)電的優(yōu)點(diǎn)

　　因為充分發(fā)揮了軟件技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所以軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在功能實(shí)現上更加具有靈活性。以模塊化軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的支持為基礎，當開(kāi)發(fā)者增加某項系統功能時(shí)，只需單獨編寫(xiě)相應的功能模塊，并通過(guò)主程序進(jìn)行調用，無(wú)需修改硬件結構。軟件無(wú)線(xiàn)電適用于所有類(lèi)型的信號處理場(chǎng)合，并且便于升級軟件模塊，大大提高了開(kāi)發(fā)效率，降低了系統成本，進(jìn)一步提高了系統性能。此外，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)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(wú)線(xiàn)電技術(shù)可以進(jìn)一步提高其適應復雜戰場(chǎng)能力，成為未來(lái)電子戰的重要技術(shù)支撐，且充分利用了當前日益成熟的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、遺傳算法、進(jìn)化算法等信號處理技術(shù)，提升軟件無(wú)線(xiàn)電雷達系統的整體性能。

　　4軟件無(wú)線(xiàn)電雷達系統

　　軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)作為一種探索中的應用技術(shù)，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(huì )造成其結構的較大差異，尤其會(huì )受到DSP和A/D轉換等器件的制約，因此實(shí)用性還有待提升。為了闡明軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)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(chǎn)品結構，將軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)應用于中頻和基帶處理�；�于軟件無(wú)線(xiàn)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(kāi)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(shí)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(guò)并聯(lián)多個(gè)高速低分辯率的ADC，形成一個(gè)性能更加優(yōu)異的復合器件。為了實(shí)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(jìn)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(shù)已基本能夠滿(mǎn)足要求，可較好地完成變頻、濾波和二次采樣等工作，進(jìn)一步改善了雷達系統的探測靈敏度�？紤]到近年來(lái)FGPA技術(shù)的發(fā)展，尤其并行運算能力的提高，本文結合了FPGA技術(shù)處理雷達信號，進(jìn)一步提升數字信號處理的實(shí)時(shí)性。另外，發(fā)射系統的信號調制全部通過(guò)軟件控制的方式實(shí)現，并通過(guò)編程生成各種形式的波形。

　　5結語(yǔ)

　　軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)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(wèn)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(kāi)放性的重要技術(shù)支撐。此外，這種基于軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的雷達系統更加適應未來(lái)復雜的戰場(chǎng)環(huán)境，將帶領(lǐng)軍隊在戰場(chǎng)中占據明顯優(yōu)勢，在未來(lái)的軍事領(lǐng)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(shù)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(shù)研究[J].宇航計測技術(shù),2018,38(1):27-31.

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