软件化可定义雷达技术发展综述

摘要：软件化可定义雷达技术是以网络的硬件国际标准体系结构和模块化开放式系统为基础，本文开展雷达的开放式体系架构研究，通过软件定义、扩展和重构实现雷达系统功能的新一代雷达技术，支撑雷达应用及其未来发展的各种不同需求。

关键词：软件化雷达；可定义；开放式架构 中图分类号：TN957.51 文献标识码：A The Technology of Software Defined Radar

The 38th Research Institute of China Electronic Science and Technology Group Corporation, Hefei 230031, China

1、引言

受战场需求/作战理论发展的牵引和技术发展的推动，智能化、高自主性、体系化、协同化、多任务等成为下一代雷达系统的发展目标。软件化可定义雷达采用开放式体系架构，采用面向服务的软件体系结构思想，建立“模块支持层+操作系统层+中间件层+应用软件层”分层形式的软件体系架构，应用软/硬件解耦、应用软件与操作系统解耦、应用功能解耦等技术，在共用的硬件平台上实现一体化雷达系统的多任务、多功能需求。

2、国内外研究进展

美国是开放式雷达架构的提出和主要推动者，1994年美国在《国防部指示5000.02》中提出，项目管理应当采用模块化开放系统的方式。2000年，美国林肯实验室提出一种雷达开放式系统架构，（Radar Open-Systems Architecture，ROSA）。ROSA 将雷达信号处理系统和控制体系架构分解为若干个相互独立的模块，每个模块独立开发，实现特定的雷达功能，模块之间灵活重组构成不同的雷

达系统。2004年美国海军集成作战系统项目执行办公室（IWS PEO）发布了《开放式体系结构设计指南》，通过构建具有开放式体系结构的计算环境，采用成熟的商用标准和技术、设计和实现各种作战应用软件包，增强系统集成、扩展和移植能力，快速搭建满足海军作战使命需求的作战系统。2008年，美国海军研究局正式立项开展了L波段开放架构数字阵列雷达（DAR）实验样机的研究如图1所示，旨在解决舰载雷达在近海作战时复杂环境下小目标的检测问题。

图1 DAR开放式系统实现架构

2010年提出第二代雷达开放式构架（ROSAⅡ）系统增加了支持相控阵雷达的能力，第二代构架比第一代版本增加了更多的灵活性、可量测性与可维护性，它采用一个分层结构，将应用与诸如操作系统、中间件、通讯组织与计算机平台这样的下层软、硬件隔离开来，框架还包括一套会不断增加的组件库，应用于不断扩大的应用领域内。软件化雷达逐渐进入实用阶段。

2015年，清华大学进行了软件化雷达技术的研究，系统阐述了软件化雷达的定义、定位、技术特点，并提出了软件化雷达分层并行研发模式[1]。

在软件化、自定义雷达架构研究方面，中国电子科技集团公司、清华大学等科研单位和院校开展了软件化雷达技术的论证与研究工作，特别是在雷达信息处理后端服务器化方面取得了相应的进展，开发了以通用服务器刀片为核心的雷达通用信息处理平台，为软件化雷达的研制工作打下了一定的基础[2~5]。

2020年，电子信息控制重点实验室基于未来机载能力环境

（Future Airbome Capability Environment，FACE）的架构思想[6]，设计了一种可重构装备软件架构。相较于清华大学提出的软件化雷达分层研发模式，该

架构增加了重构管理功能，雷达功能组件入库管理，系统根据需求在线调度、灵活重构，适应环境的不断变化。

3、软件化可定义雷达

软件化可定义雷达的基本定义是：基于标准化、模块化的数字计算平台，具有通用的开放式体系架构，采用面向应用的开发模式，系统任务在线可重构，系统平台动态可扩展，雷达系统功能可定义扩展和重构。

软件化的目的就是尽可能少更换甚至不更换硬件的前提下，只利用软件来在同一硬件平台上重新定义其功能并实现多功能。因此，软件是一体化系统的灵魂。一方面，系统硬件的功能需要底层的设备驱动模块进行设置；另一方面，系统信号的智能处理也要由相应的软件来完成。其特点是采用高速处理器以及分布式中间件等货架产品对系统进行集成，即采用开放式体系架构，以及规范的功能组件划分准则和标准化的软件模块接口。

4、软件化可定义雷达系统架构

软件化可定义雷达系统架构主要分为4层，从下至上分别为硬件层、系统层、架构层和应用层，可方便进行雷达功能扩展和升级，提高系统可维护性，如图2所示。

图2 软件化可定义雷达系统架构

硬件层：包括高速处理器、网络驱动器等，构成网络和计算环境基础，它决定了软件的指令集、字节序、外设接口等。

操作系统层：运行于硬件层之上，提供硬件平台的抽象，使应用软件无需直接操作硬件。

架构层：位于操作系统与应用程序之间，对操作系统的软件编程接口进行封装，抹平不同操作系统之间的编程接口差异，并提供接口一致的通信、调度等功能。

应用层：为实际的业务软件，主要由组件组成，基于架构层进行开发，实现业务流程和参数的配置。

软件系统中的业务处理采用通用化的软件中间件，业务处理功能可组合、可重构。同时，所有业务处理软件中间件采用参数化、通用化的调用接口，软件模块和公用数据能按要求动态加载、灵活配置组合；采用“模型-控制-视图”的设计模式，在软件结构上实现数据与处理的分离，针对同一组织结构的数据内容设计不同的处理方式和显示方式，可以实现处理方式和显示方式的多样性。

5、结束语

未来受到战场需求/作战理论发展的牵引和技术发展的推动，智能化、高自主性、多目标/多任务等成为下一代雷达系统的发展目标。利用软件化可定义技术未来有望在同一雷达硬件平台上，实现雷达预警、探测、电子对抗等多功能、多用途化，达成下一代雷达在功能和性能上的跨越。

参考文献

[1]汤俊, 吴洪, 魏鲲鹏. 软件化雷达技术研究[J]. 雷达学报, 2015, 4(4): 481-489

[2]陈婷, 张弛, 智东杰. 一种基于通用平台处理后端的软件化雷达[J]. 电子技术与软件工程, 2018, 000(009): P.39-39

[3]曾乐天, 赵龙飞, 杨春晖,等. 软件化雷达系统的软件质量评估指标体系[J]. 软件, 2019, 40(04): 1-6

[4]柯小路, 杨东华, 王继生, 等. 一种软件化雷达定时器设计方法[J].现代雷达, 2020, 42(03): 45-48

[5]孟承, 王建. 基于RabbitMQ的软件化雷达通信中间件的设计与仿真[J]. 科学技术创新, 2021(01): 121-123

[6] 邓小龙, 刘湘德, 温卓漫. 基于FACE的可重构装备软件架构[J]. 电子信息对抗技术, 2020, 035(001): 84-88