基于软件无线电思想的雷达系统设计探究

摘 要 软件无线电是利用微电子技术、数字信号处理技术以及相应的通信理论，配以标准化、模块化的硬件平台，并通过软件尽可能多的实现各种无线通信功能的一种无线电通信体系结构。软件无线电通信体系结构是一种开放式的结构，在雷达及通信领域具有广泛的应用前景。本文主要是对软件无线电的基本原理和特点进行了简要的分析，采用软件无线电思想，通过构建开放式的雷达系统构架，提出软件化雷达的探讨思路。

关键词 软件无线电；雷达系统；数字化；软件化雷达

随着软件无线电思想的提出，其在无线通信领域中的应用已经取得了一定的成就。而对于利用软件无线电思想进行雷达系统的设计而言，其主要目的是为了实现系统的数字化，尽可能多的减少硬件的使用，采用软件代替硬件来实现各种通信功能。

1 软件无线电的原理及特点概述

软件无线电思想是利用标准化、模块化的硬件为基础平台，并使用软件进行编程来实现各种通信功能。软件无线电的应用将系统设计从功能单一、灵活性较差的硬件设计中解脱出来，利用软件代替硬件配置，将D/A、A/D变换处理器靠近射频天线，更多的实现模拟环节的数字化[1]。软件无线电的结构组成部分包括射频收发天线、D/A-A/D变换器、DSP实时信号处理器、各种软件等[2]。其中，射频收发端在接收信号时的主要功能是功率放大、滤波以及下变频等，在发射信号时的主要功能是滤波、放大信号、上变频等；DSP实时信号处理器主要功能则是对射频前端接收到的信号以及功放即将发送的信号进行识别、频谱分析、调制解调、滤波、上下变频以及编码等。

通过以上概述可以看出软件无线电主要具有以下两个特点，即开放性和灵活性。其中，灵活性是指软件无线电只需要在系统中增加软件即可为对应的功能模块添加新功能；开放性是指软件无线电系统中的硬件与软件均可以随着技术发展逐渐实现更新与扩展。

2 基于软件无线电思想的雷达系统设计分析

2.1 雷达系统构架搭建

以软件无线电为设计核心思想，采用通用数字化硬件处理平台和标准射频组件接口，搭建基于组件的、带有模块化子功能和开放式接口的、通用开放式分层雷达架构。雷达各组件既是完整雷达系统不可或缺的组成部分，又是不同雷达系统之间相互可移植、重用的模块组件[3]。通过构建特定的硬件系统环境，加载不同的软件，达到用户对雷达系统多功能化的使用要求。雷达系统构架如图1所示。

通过选用标准化的雷达组件，搭建不同的雷达系统，其核心思想即是要建立开放式的软、硬件接口。此外，随着数字硬件的快速发展，不断靠近射频模拟前段成为可能，发射机、接收機的数字化设计变得尤为重要。

2.2 雷达系统中发射机的数字化设计

对于发射机的数字化设计而言，结合软件无线电中的优点，根据雷达系统任务需求，通用化数字处理平台给出不同的信号编码，经过D/A转换处理器、DDS频率合成器、功率放大器、滤波器等结构部件的处理，射频模拟信号由天线辐射到空间。其中，射频模拟前端的选择主要根据用户需求选择进行频段和天线孔径的选择。

2.3 雷达系统中接收机的数字化设计

在软件无线电技术中，由于采用了模数转换器（D/A、A/D）、射频前端、变频技术、高速数字信号处理技术等器材与技术，因此对数字信号频率有所限制。在雷达系统设计中，我们在软件无线电思想的基础上对系统中数字化接收机的设计中选择了射频带通采样结构[4]。在雷达系统中的接收机又称为数字射频采样接收机，该接收机首先需要在整个工作频段中利用选频带通滤波器对所需要的信号进行选择，然后通过放大器对选择的信号进行放大处理，并直接转交至ADC模块中进行带通采样，最后通过高速数字信号处理器来对直接完成带通采样的信号进行处理。与传统的接收机相比，射频带通采样结构的数字化接收机不需要太过复杂的模拟前端，因此，不再需要使用模拟混频器，在实现更高工作频率的同时也实现了模拟前端的简单化，从而降低了对ADC的特性要求，提升了接收机的整体性能，也让雷达系统的灵活性、开放性得以提升。

2.4 雷达系统设计

目前，雷达系统设计的重点则是数字化与软件化，我们在软件无线电思想的基础上对雷达系统中的发射机与接收机的数字化设计进行了分析与探讨，结合以上分析的发射机与接收机的数字化设计提出了数字化雷达系统的设计。系统中的通用硬件平台通常是选用的DSP、FPGA、CPU等可编程器件，信号的处理、显示以及数字上下变频等均是在该平台中完成。然后将得到的信号传送至A/D、D/A模块进行模数转换，再通过RF模块实现模拟上下变频、滤波以及放大等处理，最后通过天线进行发射。信号接收过程则与发射过程相反。信号接收前端选用的是单通道可实现5Gsps采样的10bit AD器件Ev10AQ190ATPY-DK进行射频直接采样。另外，对于在该系统中实现系统功能的可重构性可以在设计的过程中利用宽带微波器或是多个窄带器进行交替工作来构成射频微波前端；不同雷达工作模式信号处理则利用软件控制硬件模块来实现。

3 结束语

雷达系统的数字化、软件化是其在未来的必然发展趋势，应用软件无线电思想设计的数字化雷达系统具有较强的抗干扰性与可维护性，在设计中若是能让雷达系统的功能实现可重构性，那么雷达系统则可以在多频段、多模式中开展工作，对于雷达系统在今后发展中的功能扩展具有重大作用。

参考文献

[1] 刘姝敏.软件无线电若干关键技术研究及实现[D].烟台大学，2014.

[2] 李尚.基于软件无线电平台雷达方式通信研究与实现[D].哈尔滨工业大学，2014.

[3] 李娟.基于软件无线电技术的雷达通信网络应用研究[D].南昌大学，2015.

[4] 袁兴鹏，陈正宁.基于软件无线电的雷达电子战系统设计研究[J].电子设计工程，2013，（11）：101-104.