软件无线电技术雷达系统的应用论文

时间:2020-09-25 09:33:36 其他类论文 我要投稿

软件无线电技术雷达系统的应用论文

  摘要:随着计算机技术和微电子技术的快速发展,软件无线电技术逐渐走进人们的视野。软件无线电技术是无线电通信体系的一次变革,对无线电通信的发展产生了深远影响。软件无线电技术作为一个通信概念最早应用于通信领域,但本质特征决定了它在雷达、数字电视等领域也具有广阔的应用前景。基于此,深入探讨了软件无线电技术在雷达系统中的应用,以期对相关研究提供有价值的参考。

软件无线电技术雷达系统的应用论文

  关键词:软件无线电;雷达;数字信号处理

  1引言

  软件无线电(SoftwareRadio)的概念最早由20世纪90年代初的美国学者Jeo和Mitola等人提出[1]。它的核心思想是进一步缩小宽带A/D和D/A转换模块与天线模块之间的距离,同时通过软件设计实现电台功能[2]。软件无线电思想颠覆了传统方法,即通过硬件实现系统功能,它将目光转向了软件技术。对雷达系统而言,通信功能和信号处理功能是整个系统的关键,是软件无线电发挥作用的最佳舞台。

  2雷达系统分析

  2.1雷达的结构及原理

  雷达一词来源于英文的Radar,其中文意思为“无线电探测和测距”,顾名思义,就是通过无线电波的形式探测周围目标,测出空间位置和距离。这里所讲的无线电波实际是一种电磁波的特殊频段,雷达充分利用了电磁波的反射原理完成目标的探测和定位。为了说明雷达系统的基本原理,本文以最具有代表性的单基地脉冲雷达为例,分析说明雷达系统的基本组成和原理。雷达系统包括天线、发射机、接收机和终端设备等,并通过这些设备分别完成不同的功能。雷达的正常工作必须建立在高稳定度频率源的基础上,以建立系统的工作频率为参考值,其激励信号是在低功率电平条件下,由特定的高频脉冲波形形成。激励信号首先由发射机的功率放大,其次通过末级功放模块进一步放大,得到足够强的脉冲信号,最后由天线向自由空间发射。雷达系统中,接收模块和发射模块通常共用一个天线,通过高速开关实现发射与接收信号的时分利用。

  2.2雷达与软件无线电

  信号处理是雷达技术的核心,直接决定了雷达系统的性能。目前,雷达系统广泛采用AID、DSP和计算机技术提高信号处理能力,但由于硬件成本与性能的限制,其性能提高十分有限。软件无线电技术的提出,进一步降低了雷达信号处理对硬件性能的依赖程度。通过软件手段提升信号处理效率和精度成为雷达技术的重要发展趋势。一般来说,不同用途和功能的雷达系统在性能指标方面有明显区别,例如载频、脉宽、调制等均需要特殊设计,且这些参数都是由硬件参数决定,调节范围有限。这种以硬件为核心的雷达设计思想不仅造成了雷达功能的单一,而且严重限制了适应复杂环境的能力。

  3软件无线电技术

  3.1软件无线电基本思想

  软件无线电技术是无线电通信体系的一次变革,它完全改变了传统无线电通信的基本思想,成为继模拟系统到数字系统、固定设备到移动终端之后的一次历史性突破,对无线电通信的发展具有深远影响。该技术通过进一步缩小宽带A/D和D/A转换模块与天线模块之间的距离,通过软件设计实现电台的主要功能,大大简化了系统的硬件结构,使系统功能变得更加灵活。软件无线电系统接收到模拟信号后,第一时间将其转化为数字信号,然后采用相应的软件算法完成信号波型的配置,以满足雷达对各种信号的需求。一般情况下,软件无线电系统由天线、射频变换器、A/D转换器、D/A转换器、DSP以及实时软件等构成。它的技术特点主要有两个关键之处:一是A/D和D/A端与RF端非常接近,主要在中频段完成信号采集;二是通过高速DSP和CPU代替传统电路单元,通过A/D转换支持后续复杂信号的处理过程。A/D、D/A端与RF端的空间设计只是软件无线电的基本条件之一,关键技术在于高性能DSP和CPU的数字处理能力,由其实现软件无线电的根本目的。

  3.2软件无线电的优点

  因为充分发挥了软件技术的优点,所以软件无线电技术在功能实现上更加具有灵活性。以模块化软件开发技术的支持为基础,当开发者增加某项系统功能时,只需单独编写相应的功能模块,并通过主程序进行调用,无需修改硬件结构。软件无线电适用于所有类型的信号处理场合,并且便于升级软件模块,大大提高了开发效率,降低了系统成本,进一步提高了系统性能。此外,软件无线电技术对标准化和模块化设计的支持程度较高,对硬件具有良好的兼容性。雷达系统中采用软件无线电技术可以进一步提高其适应复杂战场能力,成为未来电子战的'重要技术支撑,且充分利用了当前日益成熟的神经网络、遗传算法、进化算法等信号处理技术,提升软件无线电雷达系统的整体性能。

  4软件无线电雷达系统

  软件无线电技术作为一种探索中的应用技术,基本结构尚未形成相对稳定的形式。不同的设计者和不同的应用需求都会造成其结构的较大差异,尤其会受到DSP和A/D转换等器件的制约,因此实用性还有待提升。为了阐明软件无线电技术在雷达系统中的应用,本文以雷达系统的射频部分设计为例,参考了几种标准化的产品结构,将软件无线电技术应用于中频和基带处理。基于软件无线电的雷达射频系统充分借鉴了软件工程的编程设计思想,采用了开放式的平台设计,将系统功能划分为不同的模块结构,易于修改和升级系统功能,节约了雷达系统的制作成本,提升了雷达系统的性能。射频前端采用了通用化设计,频率范围较宽,可以实现低噪声放大和混频。宽带A/D变换模块的设计提高了采样速度和位数,通过并联多个高速低分辩率的ADC,形成一个性能更加优异的复合器件。为了实现雷达系统功能最大程度的软件化控制,本文将中频和基带信号处理统一转化为数字信号进行处理,尽管这对DSP的性能提出了一定要求,但当前的DSP技术已基本能够满足要求,可较好地完成变频、滤波和二次采样等工作,进一步改善了雷达系统的探测灵敏度。考虑到近年来FGPA技术的发展,尤其并行运算能力的提高,本文结合了FPGA技术处理雷达信号,进一步提升数字信号处理的实时性。另外,发射系统的信号调制全部通过软件控制的方式实现,并通过编程生成各种形式的波形。

  5结语

  软件无线电技术的提出与应用,改变了传统雷达系统功能单一、兼容性差等问题,解放了以硬件为核心的设计思想,是雷达系统提高设计灵活性和开放性的重要技术支撑。此外,这种基于软件无线电技术的雷达系统更加适应未来复杂的战场环境,将带领军队在战场中占据明显优势,在未来的军事领域将有广阔的应用前景。

  参考文献

  [1]李世界,陈章友,张兰,等.多通道双频高频雷达接收机模拟前端的设计[J].电子技术应用,2018,44(3):31-35.

  [2]邓倩岚,陆忠杰,辛康.脉冲多普勒雷达导引头目标回波模拟器校准技术研究[J].宇航计测技术,2018,38(1):27-31.

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