一种基于射频路由的电子对抗系统嵌入式软件框架设计.pdf
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1、第 卷 第 期(总第 期)年 月火控雷达技术 ()收稿日期:作者简介:马若飞()男高级工程师研究方向为雷达电子对抗技术一种基于射频路由的电子对抗系统嵌入式软件框架设计马若飞 牛 栋 杨 柳(西安电子工程研究所 西安)摘 要:通过分析传统的射频直通电子对抗系统的优缺点引出在系统设计时加入射频路由子系统后可以将多象限、多频段、多种类射频天线前端与后端综合处理去耦合有效地降低后端综合处理的数量和成本 针对该类型系统以实时控制软件和信息处理软件为核心设计了一种和系统硬件相匹配的软件拓扑结构和软件框架 并针对两种软件各自的需求和定位的不同详细设计了两种软件各自的层级架构以及对应的功能和交互接口对今后类似
2、电子对抗系统的软件设计具有指导意义关键词:电子对抗射频直通射频路由软件框架中图分类号:文献标志码:文章编号:()引用格式:马若飞牛栋杨柳 一种基于射频路由的电子对抗系统嵌入式软件框架设计 火控雷达技术():/():引言随着电子技术的不断发展在现代战争中电子对抗的作用已经越来越重要 电子对抗系统是电磁信息空间生存和对抗的重要组成部分是夺取电磁信息优势保护己方电磁权限削弱并破坏敌方电磁探测、通信、攻击能力的主要手段可以对电子对抗火 控 雷 达 技 术第 卷系统需要保护的载体、平台或者区域进行有效的电磁防护 电子对抗系统面临的空间电磁威胁越来越复杂在传统的射频直通电子对抗系统中天线前端数量急剧增加导
3、致系统的处理链路数也急剧增加系统的硬件成本、调试成本和维护成本都相应的增加 为了解决该问题可以在系统设计时将天线前端子系统和后续的微波收发、数字处理进行去耦合处理在天线前端种类和数量增加的同时后续的微波收发、数字处理的硬件模块数量和软件数量不需要对应的大量增加就能满足系统后端处理的需求 在系统的微波链路设计时射频路由子系统的引入可以正好满足该设计需求 随着数字技术的不断发展软件在整个电子对抗系统中的作用也越来越重要软件无线电以及软件化雷达、软件化对抗等发展趋势也日渐清晰 系统硬件设备创新应用的同时需要和硬件设备相匹配的软件拓扑结构和软件框架也相应的创新设计才能将硬件设备创新的优势在系统应用时得
4、到最大程度的发挥 射频直通电子对抗系统射频直通的电子对抗系统主要由天线前端子系统、微波收发子系统、数字处理子系统和显示控制子系统组成具体的系统框图如图 所示 天线前端子系统主要是多个微波天线组成将空间中的电磁波转换成系统中的微波信号以便在电子对抗系统的各个环节按照既定的流程和处理方式进行后续处理 天线的个数和排布方式由系统的空域及频率域进行约束微波收发子系统将天线前端子系统输出的高频微波信号进行滤波、放大、混频处理后降频至数字系统可以采样的中频微波信号数字处理子系统将微波收发子系统输出的中频微波信号进行 采样成数字信号进行数字信号处理后生成信号级的脉冲描述字()再经过数字信息处理后生成威胁目标
5、的信息描述字()再次经过数据处理后形成威胁目标的目标识别信息及航迹信息显示控制子系统完成将用户的任务意图通过可视化软件的方式形成系统的控制流下发给实时控制软件并接受实时控制及数据处理软件上报的威胁目标的航迹信息显示在可视化软件上以供用户查看威胁目标的详细信息及进行下一阶段的任务决策图 射频直通电子对抗系统组成框图 传统射频直通的电子对抗系统的组成简单、清晰信号流和控制流都是可以在前期系统设计的时候预设好的系统各级的增益分配故障隔离都可以在前期进行很好的设计并且在后期调试和维护的时候也相对比较简单 由于以上优点传统的直通电子对抗系统受到电子对抗行业的普遍使用 和传统的直通电子对抗系统相匹配的软件
6、架构设计也相对简单、清晰各个软件配置项在各自对应的数字系统上按照系统设计时分配的软件需求进行独立的设计每个软件配置项都是和各自的硬件模块以及分配的软件需求高度耦合然后各司其职将设计好对应的软件功能、性能、接口与数字平台一起完成系统任务传统射频直通的电子对抗系统由于上述特征导致其硬件模块和软件模块缺乏灵活性使得整个系统需要在设计前期就考虑完备调试后期发现问题很难进行调整并且系统缺乏拓展升级能力很难进行系列化升级改进 基于射频路由的电子对抗系统随着电子对抗系统面临的空间电磁威胁越来越复杂从而使得电子对抗系统自身设计也越来越复杂 主要体现在以下几个方面:)为了满足威胁微波信号工作频段的不断扩展要求系
7、统具备多种不同波段天线前端由于不同波段天线的物理差异很大几乎没法共用同一组天线前端导致系统中的天线前端种类不断增加)电子对抗的天线前端的有效空域覆盖范围普遍是 为了满足系统对全向空域的要求以第 期马若飞等:一种基于射频路由的电子对抗系统嵌入式软件框架设计及系统对外界威胁的响应时间的要求像雷达旋转方式的空域覆盖方式很难满足响应时间要求所以只能采用空域叠加组合的方式按照不同工作象限将空域 划分为、四个有效象限在各自象限内安排一组天线前端从而通过 个象限拼接的方式满足空域覆盖要求和响应时间要求以上两个方面的因素导致系统的前端数量急剧增加如果还是按照传统直通的方式设计系统那么系统的处理链路数量将会急剧
8、增加从而带来系统的硬件成本、调试成本和维护成本都急剧增加几乎很难满足系统的总体要求射频路由子系统的设计引入可以很好地解决这个矛盾 射频路由子系统可以在满足微波指标的前提下根据输入的工作模式指令的控制实现多路输入多路输出的射频路由功能(输入端口数量 可以远大于输出端口数量)这样就可以将多象限、多类型的微波前端子系统和后续的综合处理子系统去耦合只需要固定数量的综合处理模块实时控制软件依据任务配置的控制流和数据流依据当前节拍需要的微波前端和综合处理模块之间的耦合关系实时地控制射频路由子系统的工作模式将微波信号和综合处理模块进行桥接联通从而对当前节拍需要进行处理的数据流进行处理 具体的系统框图如图 所
9、示图 多象限射频路由的电子对抗系统组成框图 系统引入射频路由子系统后系统的硬件扩展性也会有很大提升 在射频路由子系统设计时可以预留设计一些当前系统暂时不用但是可以用于微波链路扩展的输入输出端口尤其是当存在后端综合处理需要增加微波链路时不需要重新设计微波链路只需要相应的增加后端综合处理模块数量并启用预留的输入输出端口即可完成整个数据链路的搭建 再者通过射频路由的串行级联的方式可以实现更复杂的射频路由拓扑结构 因此在系统硬件和软件数量提升和能力增强方面系统引入射频路由子系统后具有很大的潜力和优势为了最大能力地提升系统引入射频路由子系统后的优势需要精心设计对应的软件框架 如果软件框架设计的合理高效那
10、么该系统设计的优势就可以很好地发挥出来并且在后续系统的升级、扩展过程中可以发挥扩展性强的特点和综合处理模块一起做一些配置文件的调整或者软件的少量修改就可以发挥新增硬件的任务功能 软件框架设计在如图 所示的系统中一般存在的软件配置项有如下几项:)侦察信号处理软件火 控 雷 达 技 术第 卷)干扰信号处理软件)信息处理软件)实时控制软件)系统控制软件)阵列射频前端控制软件)射频路由控制软件)干涉仪前端软件)变频收发控制软件由于各个系统的需求不同在硬件设计和软件配置方面存在很大的差异但是经典的电子对抗系统的软件拓扑图如图 所示在该图示中基本上包含了电子对抗系统中各个子系统可能配置的软件配置项及其基本
11、的软件功能需求和接口需求并且为了满足后续对数据流通道的扩展升级需求将信号及信息处理模块、变频收发模块按照通用化、模块化的思路进行设计并且将控制接口和数据接口都挂接在实时控制软件的控制总线和数据总线上需要进行通道扩展时只需要将通道数 累加并且接入对应的硬件模块和软件程序即可图 基于射频路由的电子对抗系统典型软件拓扑图 在该软件拓扑结构中侦察信号处理软件、干扰信号处理软件、系统控制软件、阵列射频前端控制软件、射频路由控制软件、干涉仪前端软件、变频收发控制软件等软件都是为了满足各自硬件子系统的需求开发和配置功能和性能指标相对比较固定所以可以看做是硬件子系统的固件软件开发最能体现软件框架处理能力和灵活
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