被动雷达导引头产品化工作研究与实践

张靓、邓磊、赵勇武、张晓丽、吴晔、李国闻 /上海无线电设备研究所

面对产品研制数量日益增多、任务批次越来越密集的状况，以往的技术方案产品化、通用化差，产品零件种类繁多，低水平重复工作量大，导致技术状态控制、可靠性、质量、进度及人员等方面的压力日益增大。为了减少重复开发，有效缩短产品研制周期，降低质量成本，提升产品生产效率和产品质量稳定性，在“十三五”期间航天装备产品参照宇航产品成熟度定级规定，统一按研制阶段划分了成熟度等级。依照顶层策划的方式开展航天装备产品型谱规划，克服系统组成复杂、功能要求多样、体制种类繁多、频段覆盖较宽、结构形式不统一等产品统型难点，上海无线电设备研究所建立起“单机架构通用化、部组件模块化、软件开发构件化、元器件统型化”的产品化建设思路。笔者选取被动雷达导引头作为典型示范案例，对被动雷达导引头的硬件模块化、软件模块化和元器件通用化工作实践进行阐述。

一、目标与思路

研究所以“构建产品化构架，覆盖航天装备主要产品，形成可供选用的产品系列，形成可持续开展产品化工作的产品化架构”作为产品化工作的目标，形成以下工作思路：

（1）自上而下规划，从单机层层分解到硬件模块、软件模块，理清产品分布；

（2）自下而上实践，从产品选用、组批生产等方面验证产品化架构稳定性；

（3）开展导引头需求对接和型谱研究，优化统型各级产品，以产品选用需求为首要目标，固化导引头产品化标准架构。

二、具体实践

被动雷达导引头作为反辐射航天装备最前端且最关键的组成部分，其主要功能是从空间传播的密集电磁波中识别截取有威胁的目标辐射源，实现对目标的跟踪。

被动雷达导引头在设计初期便大力推进产品化体系建设，根据技术体制的不同可分为两大类，以工作频段的不同可分为四大类，以平台稳定方式的不同可分为三大类。被动雷达导引头型谱特征树构成如图1 所示。

图1 被动雷达导引头型谱特征树

在被动雷达导引头型谱建设及与总体需求对接中，导引头单机是任务化、型号化的产品，无法整体形成型谱产品供新研型号直接选用，但其组成可以模块化、产品化。为此，通过自上而下的规划和分解，对下级组成从硬件和软件2 个方面开展模块化设计，将工作重点放在硬件和软件模块的产品化上。

1.硬件模块化

将被动雷达导引头自上而下划分,建立标准架构，主要组成一般可分成天线阵列模块、宽带微波接收模块、信息处理模块等几个主要功能模块，根据总体需求可增加其他可配置模块，如图2 所示。针对独立的功能模块，从分布形式、工作频段、通道数等方面进行统型，形成货架产品与货架设计，货架产品作为基本模块，可供用户直接选用；如果用户有特殊需求，再以货架产品为基础进行满足需求的扩展设计。

图2 被动雷达导引头组成

天线阵列模块根据分布形式统型为共形、共口径2 种规格，通过频段选择与扩展满足不同需求（见表1）。

表1 天线阵列模块统型

宽带微波接收模块根据接收通道数统型为2 通道以上和2 通道以下2 种规格，频段可根据需求进行选择与扩展（见表2）。

表2 宽带微波接收模块统型

信息处理模块是电子设备和信息处理的核心，采用通用化方案，具备多通道信号高速采样、实时信号预处理、高速数据交换、信息提取识别、数据存储以及接口通信与控制等功能（见图3）。以多块功能子板和背板相结合的方式，以SRIO 高速串行总线为通用通信总线，以VNX 标准为架构标准，具备通用化、模块化和可扩展的特点。

图3 被动信息处理模块功能划分

多通道信号高速采样功能主要利用多通道高速A/D 完成宽带中频信号的采集，然后经实时信号预处理得到脉内信息和脉冲描述字，经过高速数据交换进入下一级的目标特征信息提取与分选识别等处理。

被动雷达导引头在设计初期，首先由单机设计师与总体明确设计需求，对照型谱确定导引头各硬件模块的具体指标，以任务书形式分配给各组合。组合设计师在自下而上开展硬件设计时,可根据功能性能指标要求进行相应的货架产品选取或进行功能扩展的货架设计。在选用每个功能模块的元器件和原材料时，通过研究所建立的A5 平台在物资库内直接选取。该平台将元器件库、材料库与物资优选目录相结合，严格限制超目录物资选用，将物资选用管理控制在设计初期，物资更新信息推送到设计师桌面，实现设计选用物资信息的高效准确传递。

2.软件模块化

根据通用化软件架构建设需求，完成软件算法需求分析、通用化软件层次架构设计等研究，突破导引头板级支持库层、交互层、处理层通用算法颗粒度划分，通用软件模块接口参数化设计等关键技术，形成应用交互、层次清晰的通用软件架构，如图4、图5 所示。

图4 交互层软件层次框架

图5 板级支持库层软件层次框架

针对不同体制的被动雷达导引头通用化软件需求，开展被动数字信道化检测、信号分选识别、高精度测向关键技术研究，以成熟软件模块为基础建立被动软件复用库，完成处理层划分（见表3）。处理对象分成对信号的处理和对数据的处理两大类，每类再根据功能和不同算法划分二级模块和三级模块。进行导引头软件设计时，可从软件复用库中选取模块，通过修改参数完成不同信号或数据的处理，减少软件单元测试重复开展的工作量，同时也提高了软件开发的可靠性。

表3 被动通用软件模块表

3.元器件和接口统型化

在已有元器件优选目录的基础上，对不同部组件需要选用的元器件进一步统型，制定了《元器件选用管理规定》。对用CPU（中央处理器）、DSP（数字信号处理器）、FPGA（可编程逻辑门阵列）等关键核心元器件的院、所两级统筹选型，并制定了关键核心元器件所级优选目录和选用规范，提供自主可控选型技术指导和国产化推荐。比如，在信息处理模块中，模数转换元器件优选多通道高速采样芯片，DSP 芯片优选64XX 系列，FPGA 芯片优选K7 或Z7 系列。关键核心元器件统型后，其相关的供电芯片、电平转换芯片、存储芯片等元器件选型也就相对固定，进一步缩小了被动雷达导引头元器件选型的范围，更好地实现了元器件的统型。

对总线接口进行统型，确定部组件及模块内部通信接口统型为RS422。在5 型通用测试设备成功应用的基础上，进一步推进总线和接口标准化建设，建立电气接口、结构接口、通信接口的设计规范——《被动雷达导引头电气接口规范》，加快单板、组合测试接口的统型。以连接器为例，整理、分类、归纳、总结了航天装备各部件间传输的信号流，明确天线、微波组件、信息处理电路、对外接口间传输的信号频率、信号数量、电压、电流、通信协议等，并对其进行规范和统型，最终在设计选型中以应用于不同产品的信号频率、芯数等特征分类进行优选。比如，天线模块在设计选用连接器时，由于其传输信号为射频信号，因此在射频连接器优选目录中选取（见表4）；信息处理电路在设计选用连接器时，其传输信号为低频信号，可在低频连接器优选目录中选取（见表5）。

表4 航天装备射频连接器优选目录

表5 航天装备低频连接器优选目录

4.测试通用化

被动雷达导引头产品硬件、软件经过模块化设计后，具备统一的接口和功能，因此测试方法及测试设备也可优化为通用化测试设备和测试流程。对被动雷达导引头的功能测试和性能测试进行了测试项目及测试环境规定（见表6、表7），为被动雷达导引头测试设备和流程的研制建立了框架，图6 为通用化后的被动雷达导引头暗室测试示意图。通过统型压缩了10 余个测试设备组成模块，形成了通用测试设备设计规范。

图6 被动雷达导引头暗室测试示意图

表6 功能测试项目表

表7 性能测试项目表

5.过程规范化

为规范单机及部组件在设计、制造、试验、验收、交付、售后、维护过程中需要遵循的要求，围绕被动雷达导引头单机产品，开展了设计规范、产品保证实施细则、仿真方法、测试方法、试验方法等标准的编制。

以被动雷达导引头型谱为基础，制修订设计要求、产品保证要求、试验要求、制造要求，规范被动雷达导引头的整个研制生产过程（见表8）。

表8 被动雷达导引头设计与试验相关标准

产品从设计源头开始，到研制过程中的各项试验、测试方法，再到交付前的验收准则，都必须按照规范要求执行。力求统一环境条件，从源头控制验收试验条件，同一批产品验收后能够交付不同产品使用，最大程度上节约资源，控制成本，实现统一验收、统一交付的目标。

三、工作成效

1.精简研制工作量

被动雷达导引头经过型谱化压缩后，产品规格优化压缩率达到67%，减少了产品状态，提高了产品保成功能力。由于每一种被动雷达导引头研制和验收都需要研制不少于3 件完整状态的试验件，其生产和试验均需要时间和百万以上的经费。而规范化的状态不仅缩短了研制周期，同时还节约了大量的研制经费，在不降低可靠性的基础上为降低产品成本作出巨大的贡献。

2.缩短研制周期

某产品自研制以来，按照产品化工作思路开展模块化软、硬件设计，借鉴型谱中“1 型被动雷达导引头”的设计方法和试验方法，仅用2 年时间就完成了产品研制工作。采用产品化策略后，研制周期比传统的研制模式至少缩短2 年时间。

3.大幅提高测试设备等资源的使用率

被动雷达导引头充分考虑通用化、系列化、组合化的产品化要求，使得多个产品的试验项目、流程、产品配套得以优化，测试设备、试验系统等均实现通用，同时试验的各项保障条件也可实现最大程度的复用，以有效避免技术风险，大幅降低管理难度。

4.推动规范标准体系建设

被动雷达导引头的产品化工作还推动了设计规范、接口规范、产品规范、产品保证实施细则等统一标准的制定，发布了4 份被动雷达导引头产品相关实施细则且已用于指导设计工作，在总结前期工作实践的基础上，另有5份规范性文件在发布中。产品化工作推进了技术标准、产品标准、工作标准等产品化标准体系建设，实现了同类、同等级产品接口规范的横向一致。

产品化工作是一个复杂的系统工程，对策划、开发、采购、制造、市场等各个部门的工作和管理模式都将带来很大的变化，产品化构架建设是一项产品化先期基础工作，仅搭建了产品化工作的产品平台。后续，研究所需继续围绕产品化构架加快建设新时期产品化工作架构，实现新产品模块化、通用化、型谱化设计，实现通用产品组批生产及滚动交付生产模式，为产品的开发速度、质量提升、成本管控等创造巨大收益。