一种软件化雷达后端训练平台设计

航天南湖电子信息技术股份有限公司 杨 柳 陈 刚 邓 兴

本文介绍了一种基于软件化雷达后端的模拟训练平台，采用开放式系统架构，以标准化、模块化为基础，使用通用计算机平台，构建训练场景，并生成雷达IQ数据输出到雷达终端软件，支撑操纵员完成多元化场景下的终端操作训练。

雷达模拟训练是保障战斗力必不可少的训练科目。由于装备往往数量有限、价格高昂，如果使用实装设备进行训练，会大大提高训练成本。雷达模拟设备可以模拟出与实战情景相似各种场景元素，可用于士兵实战化训练，提升了训练的有效性和可用性，所以使用模拟训练设备替代实装进行训练是有必要的。

以往，受限于计算机硬件性能的限制，基于PC机和计算机软件技术，无法实现雷达回波信号产生与信号处理流程的复现。所以常规的模拟训练设备主要是基于终端效果的模拟，不是基于回波信号的模拟，没有对真实雷达的信号处理流程进行还原，无法保证雷达模拟训练的真实性和有效性。

随着计算机硬件技术的迅速发展，PC机的处理能力得到了很大的提高，商用计算机的性能可满足雷达回波数据模拟实时产生与信号处理算法的实时处理，将这些前沿技术运用到雷达模拟训练中，结合模拟训练大纲的训练科目，便可以设计出满足现有训练需求的模拟训练产品。此外，相比常规的基于终端显示效果的雷达模拟，使用这种基于回波信号的模拟训练可以有效提高模拟的真实性与有效性。

本文的目的在于设计与实现一种软件化雷达后端训练平台，该平台可定义为基于开放式体系架构，采用标准化、模块化和通用计算机硬件平台的新一代雷达训练系统。该平台具有如下特点：

（1）系统采用开放式体系架构；

（2）系统引入标准化、模块化软件设计技术；

（3）系统无需雷达前端设备即可生成数字级模拟数据；

（4）硬件平台为通用计算机，系统提供可移动操纵平台。

1 模拟训练场景

场景设置内容包括：

（1）设置雷达的模式状态、部署位置；

（2）图形化显示导调中心发送的场景态势，生成场景想定参数；

（3）提供场景构建人机交互界面，以图形化的方式录入目标、干扰、杂波，并能够图形化显示当前构建场景态势，生成场景想定参数；

（4）实时干预想定场景，临时加入新的想定内容，生成想定参数并下发；

（5）根据直视距离，威力范围等完成目标可预见性评估；

（6）根据雷达架设点完成高程地图的导入和显示；

（7）简单航路规划；

（8）记录训练过程数据。

系统提供人机交互式的模拟训练场景元素包括目标、干扰、杂波、地图四类。

（9）目标

支持的目标类型包括：民航飞机、战斗机、隐身飞机、直升机、高超音速飞行器。

（10）干扰

支持的干扰类型包括：射频噪声干扰、噪声调幅干扰、噪声调频干扰、噪声调相干扰、距离欺骗干扰、噪声卷积干扰、切片转发干扰、切片重排转发干扰、箔条干扰。

（11）杂波

支持的杂波类型包括：气象杂波、地杂波、海杂波。

（12）地图

支持的地图主要为90m精度的数字高程地图。

2 数字级模拟

数字模拟生成雷达接收机接收到的回波信号，其主要完成以下几个部分的功能：

（1）按照设定的参数产生运动的目标，并根据目标自身的特性及运动情况计算出目标散射特性和目标相对于雷达的信息，实时计算目标回波信号；（2）按照设定的作战环境，实时计算地、海、空作战环境下的地杂波、海杂波、气象杂波和箔条杂波回波信号，杂波信号可生成多种并叠加；（3）按照设定的参数和干扰类型、干扰机的轨迹，实时模拟干扰信号；（4）根据设定的接收机参数中的噪声参数，实时模拟接收机接收到的噪声信号，并可以与实际接受的数据叠加，效果一致。

3 信号处理

模拟训练器直接采用原雷达型号信号处理使用的处理流程和相关参数，将原来DSP硬件平台的处理算法直接使用高级语言实现，功能与原雷达型号信号处理保持一致，同时保留原信号处理的所有参数。

4 雷达终端

终端直接采用原型号雷达终端，将原CPU+FPGA的终端直接使用高级语言实现，功能与原雷达型号终端保持一致，保留原终端的所有控制参数及人机交互界面。

5 功能重构及扩展升级

（1）采用了由硬件资源、操作环境、应用软件构成的分层系统架构，实现雷达软硬件解耦；（2）雷达各数据流均采用开放式、标准化的接口和数据、控制传输协议，应用构件采用统一的设计规范；（3）采用商用服务器平台，具备高性能、高可用、通用化等特点；（4）精细设计模拟训练参数，分为导调参数、监控参数、录取参数、数字模拟参数、信号处理参数几大类，涵盖六百多项。

6 软件开发平台

开发软件：使用Qt5.7.1及以上版本作为开发平台，Qt具有跨平台的优势，开发的应用软件，只需要少量的改动，便可以实现在Windows操作系统和Linux操作系统之间移植。

操作系统要求：至少windows 7及以上版本的64位操作系统，或者CentOS 7.3或以上版本的64位Linux操作系统；

计算机硬件配置要求：

（1）处理器最低配置为Intel Core i3 7100或Intel Xeon E5 2640V4；（2）内存容量大于等于8GB；（3）硬盘存储余量大于30GB；（4）显示分辨率至少1920×1080或1600×1200。

7 可移动结构平台设计

后端训练平台结构上包括导调平台、终端操纵平台两个部分，其中导调平台1个，终端操纵平台2个，均由移动的折叠平台组成，三个平台外形尺寸一致。

平台设计箱式结构，内部安装服务器，上部安装显示器支架，支架可手动升降，正面安装可折叠翻板，用于放置键盘鼠标。平台设计箱式结构分为移动折叠状态和工作展开状态，移动折叠时方便在工作场所转运，外形尺寸为：870×394×809（mm），如图1所示；工作使用时可展开成工作台形式，外形尺寸为：870×624×1120（mm），如图2所示。

图1 移动折叠状态

图2 工作展开状态

平台采用钣金结构机柜，具有结构强度高，刚性好，制造成本低等优势。机柜主体骨架采用厚度为2mm的冷轧钢板（St37-2G，Q/BQB410-2009）经折弯后再焊接成型。平台上各面板、鼠标/键盘翻板平台厚度为4mm防锈铝板（5A06，GB/T3880-1997）加工制造。为方便测试维护，在平台背面设计可打开的柜门，侧面设计穿墙电源连接器、网络连接器及电源开关。平台底部均安装带支撑脚轮，可同时满足室内固定使用和移动的需求。

结束语：本文阐述了一种软件化雷达后端训练平台的设计与实现方案。验证结果表明，基于本方案实现的场景构建软件能够进行各种场景元素的想定，可以用于模拟雷达机上训练、战术训练与雷达信息处理算法的验证等项目中，具有实用、界面简洁、易操作的特点，满足操纵员基本录取训练的需要，成本低且相对便携，使用条件低。