软件无线电技术在雷达原理教学中的应用

摘要： 软件无线电技术的目的是采用通用的硬件架构，通过加载不同的软件，实现不同的功能。这种可以多功能特性，为在提供各种教学演示、试验平台提供了方便。针对雷达课程教学，设计了基于软件无线电的雷达原理试验平台，分析了试验平台的功能和性能，并对试验平台的功能进行了计算机仿真。

关键词： 软件无线电;雷达原理;无线通信;电子对抗

中图分类号：E130 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2011）09-0007-02

软件无线电源于军事领域对通信系统通用性的特殊需要。二战后，美国军方一直寻求一种多功能的接收机作为获取军事情报的有力工具。美军主要采用高速数字采样与处理技术进行了长期的研究。上世纪70年代后期，MITRE公司在美国国防部的要求下研制出了第一种工作于VHF频段的软件无线电接收机。1994年，在美国国防部高级研究项目局的主持下，军用软件无线电系统SPEAKeasy进行了第一阶段的展示。按计划，该项目的第二阶段将完成对15种军用无线电系统的软件实现。SPEAKeasy的研制成功直接导致了软件无线电论坛的成立，软件无线电技术也日益活跃，促进了软件无线电技术在民用通信领域的应用研究。

随着技术的发展，软件无线电不仅可以应用于通信领域，还可以应用于其它领域，如雷达等。本文采用软件无线电的原理，设计并仿真了软件无线电在雷达和电子对抗领域的应用试验平台，并且给出了结果。

下面首先介绍软件无线电的功能结构，在此基础上，给出所设计的软件无线电试验平台。

1.软件无线电的功能结构 

软件无线电充分利用超大规模集成电路（FPGA）的可编程能力，这种结构既保持无线电台硬件结构的通用化，又带来如下的优点：

1.1 灵活性：能转换信道、改变调制方式和接收不同类型信号，对目前面临许多新标准或环境变化的无线电设计者而言，很有吸引力.

1.2 集成性：软件无线电技术多信道共享前端射频级，可对每一信道进行低成本的数字处理，尽管软件无线电台比单个传统接收机要昂贵得多，但每个信道的成本大大降低了。

典型的软件无线电系统包括天线、射频前端、含有A/D和D/A变换器的芯片以及片上软件接收机部件，可以有效地实现无线电台功能及其所需的接口功能。其功能结构框图如下：

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图1 软件无线电系统功能结构框图 

其关键思想和与传统结构的主要区别在于：①将模数变换和数模变换向射频端靠近，由基带到中频对整个系统频带进行采样；②用高速FPGA代替传统的专用数字电路与低速DSP/CPU做A/D后的一系列处理。模数变换和数模变换移向射频端仅为软件无线电的实现提供了必要条件，关键步骤是采用通用的可编程器件，如FPGA、高速DSP、CPU等代替专用的数字电路，这样可以通过设计通用的射频前端来降低软件无线电的硬件成本，而通过改变软件的功能和结构，实现不同的功能。因此，软件无线电不仅可以用于通信信号的处理和接收，也可以用于雷达信号的处理与接收。这是因为，无线通信与雷达的射频前端除了功率上的很大差别外，在处理上存在的差别并不显著。这就为采用软件无线电技术实现雷达接收提供了可能。下面给出了采用软件无线电技术的雷达信号处理试验台的设计方案和仿真结果。

2.采用软件无线电技术的雷达对抗平台 

因为雷达在国防上的巨大作用，雷达对抗应运而生，各种对抗手段纷纷上阵:隐身技术、低空突防、精制导弹药热摧毁等，均是战争中经过检验的对抗雷达的有效方法。在众多的雷达对抗作战方法中，雷达电子战是历史最久、最为丰富多彩的领域。新型雷达普遍采用了以自适应捷变频、动目标显示、脉冲压缩等技术为本的抗有源、无源干扰技术。从信号处理方面而言，雷达数字接收机的电子抗干扰手段主要有:动目标显示(MTI)、动目标检测CMTD)技术、恒虚警技术、脉冲积累技术、脉冲压缩、相关接收和匹配滤波技术等。

雷达软件无线电接收机能够模拟完成当前雷达干扰/抗干扰领域流行的多种抗干扰实验，能够生动、直观的再现雷达对抗中的信号处理过程，将为电子对抗专业提供一种新颖、先进的教学手段。

如前所述，雷达数字接收机己在实践中有了广泛应用，而且各式各样雷达接收机由于其使用范围的不同，其信号处理功能均有不同，有的着重于动目标处理，有的着重于对目标进行识别，所以，雷达软件无线电接收机若要能够完成多种不同的干扰/抗干扰实验，则需要设计一款通用的数字接收机，将不同功能的雷达接收机的信号处理能力集于一身，以适应干扰/抗干扰实验需求。因此，雷达数字通用接收机的硬件平台必须是可扩展、可编程、可重构的，它的软件亦可由用户设置参数，并通过调用不同的信号处理程序，来实现各种不同的信号处理功能，达到一机多用，从而完成多种基本雷达/雷达干扰实验。

基于以上思路，设计了如图所示的软件无线电雷达接收机，其中，可编程硬件部分采用频率可控的下变频组件。可编程硬件的射频电路增益、频点都可以通过软件来控制，这样就拓展了整个平台的灵活性。经过AD后的信号是基带信号，基带信号由软件无线电来实现，包括脉冲压缩、动目标检测、积累以及恒虚警处理等。

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图2 基于软件无线电的雷达试验平台 

采用Matlab对以上雷达试验平台进行仿真，得到基带处理波形如图3所示。

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图3 软件无线电试验平台产生的雷达信号 

从图3可以看出，经过MTI一次对消后，可以提取出四个目标，经过后续处理后，可以检测出动目标。因此该软件无线电能够正确地处理回波信号，并且从回波中提取出各种信息，包括相位信息和幅度信息等。

3.总结 

本文给出了基于软件无线电结构实现通信、雷达和电子对抗试验平台的一种详细实现方案，并对其关键模块的实现进行了详细分析和信号仿真。由于硬件平台的通用性，在该方案中，只需通过软件修改，就可以实现不同的功能。所设计的平台具有很强的可移植性、灵活性。具有开发成本低，开发周期短，体积小，易于系统功能扩展等优点。

参考文献 

[1] Mitola, J，The software radio architecture，IEEE Communications Magazine , Volume: 33 Issue: 5 , May 1995 ,Page(s): 26 -38

[2] Patti, J.J.;Husnay, R.M.;Pintar,J.，A smart software radio: concept development and demonstration,SAC,IEEE Journal on,Volume:17Issue:4,April 1999,Page(s):631-649

[3] Cook, P.G.，Architectural overview of the SPEAKeasy system，SAC, IEEE Journal on,Volume:17 Issue:4,April 1999,Page(s):650-661

[4] Li Weidong;Yao yan，Software radio: technology and implementation,Communication Technology Proceedings, 1998. ICCT "98.1998 International Conference on,1998,Page(s):5 pp. vol.1 

作者简介： 

马明(1979.10-)，男，讲师，博士。研究方向为:软件无线电、电子对抗。

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