苗东
摘 要 文章介绍了软件无线电技术的工作原理和体系结构，分析了软件无线电技术在电子战装备中的几种典型应用，探讨了现代电子战系统的软件无线电技术应用构想。
关键词 SDR；SCA；JTRS；电子战装备；仿真评估；增强软件无线电
中图分类号 TN92 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）220-0086-03
20世纪90年代以后逐渐兴起一种全新的设计思想——软件无线电（Software Defined Radio，SDR），其核心思想以开放式、标准化、模块化的通用硬件平台为基础，结合面向对象的标准化软件规范，可以通过改变软件的方式改变设备所具备功能属性，降低装备的复杂程度，具备优越的灵活性、集中性、维护性，现已逐步在现代化军事电子装备中得到推广应用，并成为了一个重要的行业标准。
在现代信息化战争中，如何在复杂电磁环境中有效开展电子侦察与反侦察、电子干扰与反干扰、电子欺骗与反欺骗、电子摧毁与反摧毁等一系列电子战行动，是衡量军事电子平台作战能力的一个重要标准，并对电子战装备系统的硬件设计架构、信号处理能力、综合集成能力等方面提出了较高要求。在先进综合化电子系统技术发展引领下，研制宽带化、通用化、可扩展的先进电子战系统设备成为了现代军事装备发展的迫切要求，软件无线电技术的发展则为此提供了较好的解决途径。
1 软件无线电的原理和体系结构
1.1 工作原理
所谓软件无线电，其关键思想是以通用硬件平台为基础，将各种功能（如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等）用软件来完成，以实现无线电子装备系统的高度灵活性、开放性[ 1 ]。
具体而言，软件无线电强调了软件的可控制和再定义，装备研制单位通过调用不同软件单元即可实现特定作战功能，业务功能的提升由软件模块体现，并且软件可以持续升级更新甚至换代；对于软件无线电硬件，由于基于标准化模块设计思路，支持不断迭代生存。鉴于软件无线电功能的软件化特点，支持各种通信波形和无线链路协议，还可兼容旧体制装备，在装备的生存周期、成本、维护性等方面提升综合费效比。
1.2 体系结构
由于软件无线电的诸多优点，美军的联合战术无线电系统（JTRS）计划采用了软件无线电的设计思想，定义了软件通信体系结构（SCA）规范，并在世界各国得到应用[2]。通过SCA软件平台，硬件层与波形功能软件层彼此隔离，使软件和硬件具备可移植性、可配置性、可扩充性和可重用性，形成标准化软件无线电平台。
硬件体系结构如图1所示。为支持面向对象的应用，硬件体系结构以类和属性继承方式存在，可在统一的框架内通过不同的接口、属性和方法来定义不同的硬件，涵盖了所有电子装备应用领域通用硬件。
为适应通过软件配置无线通信设备的基本需求，并且支持通用化硬件设备和开放式、可扩展性系统设计，SCA定义了一个以软件为核心、硬件通用化的无线电信号处理平台，其软件体系结构如图2所示。
2 软件无线电技术在现有电子战装备中的应用
2.1 在侦察接收机上的应用
软件化电子对抗侦察接收机是指基于软件无线电原理而实现的用于对目标信号进行分析识别、特征提取和参数测量，对电子信号进行信息解调的电子对抗侦察分析接收机[2]。这种电子对抗侦察接收机工作频段覆盖广，从短波至毫米波（0.1MHz-60GHz），基本覆盖整个无线电电磁频段。根据当前电子侦查处理技术状况，若直接在宽带内采用射频直采技术实现代价较大，可借助于软件无线电通用化硬件架构技术，先对模拟电路进行专用混频下变频，再采用中频抽样进行数字化处理，如图3所示。
软件无线电侦察接收机采用与通信中接收机基本一致的处理架构，具备更明显的功能软件化和组成开放性特征。宽带化的侦察接收机需要基于多路射频电路，结合针对不同侦察对象的各种数字信号处理算法，以实现侦察设备的综合化、可扩展性和技术性能提升，可扩展未来新形式下出现新问题能力需求，支持侦察设备的作战能力可持续发展。
基于无线电技术，电子对抗侦察接收机可根据复杂电子环境不同和侦察对象多样化特点，采用基于可定制化的软件组合思路，结合可迅速更换的通用化处理模块单元，对差异化的环境作出最佳策略响应，提高目标信号识别正确率，提高基于无源侦察的对抗设备的生存能力。
2.2 在干扰发射机上的应用
在电子战系统领域，与软件无线电侦察接收机对应的是软件化的干扰发射机，以支持作战策略多样化的需求。可在通用硬件处理平台上，采用不同干扰特征的软件波形快速实现多种干扰样式，如图4所示。
针对软件无线电干扰发射机，开放式的硬件平台主要在于基带信号处理的通用性，发射信号载频特征需要根据不同干扰对象的要求进行扩展，并且发射信号的具体特征（包括干扰样式）将由不同的软件来实现，支持装备或侦察模块的升级更新，以适应多样化干扰策略需求。在射频化之前，软件无线电接收机需要对于信号跟踪干扰的调制形成，可采用基于DDS数字本振的数字上变频，以支持快速调制波形的转换。
针对图4所示的软件化干扰样式产生，可通过DSP软件产生基带正交数据，由软件来决定硬件的发射频率，支持快速干扰波形生成。
3 电子战装备领域的软件无线电技术应用构想
3.1 基于SDR的电子战仿真评估系统
电子战装备在实战中有没有用、如何使用、怎幺样才能发挥最大作战效能，这些都是非常迫切需要研究清楚的问题。通常的做法是建立装备仿真论证系统、评估系统、实验系统进行装备单装论证、系统运用论证。这里面存在两个主要问题：一是纯软系统论证中数据来源和可信度都存在疑问；二是传统软硬结合成本较大，受环境、人员、场地等限制较多。采用软件无线电的系统设计方式，遵循SCA软件体系结构，基于软件无线电技术产生、接收数据可以较好地解决上述问题，如图5所示。
该架构在原有电子战装备评估、实验系统的基础上，引入软件无线电技术进行底层设备模拟。由于软件无线电的灵活性，可以更加方便、快捷、逼真地模拟现代战场环境，同时进行数据的真实发送和接收，这些数据又作为整个系统评估和实验的基础，初步解决了原来数据靠仿而产生的可信度不高问题。
3.2 增强软件无线电电子战系统
未来电子战系统，应当能够对目标和周边环境进行自适应侦察感知，基于快速准确分析的大数据和深度学习处理，自适应选择最佳电子对抗策略，并结合战场态势图形成电子战效能评估，最终可根据评估结果更新电子战系统的策略资源库。
从架构上来说，主要采用“观察、定位、决策、行动”的闭环结构（如图6所示）。为了应对信号体制多变、样式多变等现代电子战特征，有必要在其中逐渐加大软件无线电成分，形成智能认知电子战能力，基于战场感知学习自适应调整电子战设备的工作参数，使得电子战系统对未来电磁领域的争斗更具有灵活性和适应性。
软件无线电技术率先在电磁频谱认知环节起支柱性作用，以战场复杂电磁环境中通信、雷达、光电等信号为重点，基于侦收、测量、特征提取、分类和识别等信号处理流程，结合大数据处理和深度学习等现代化智能处理技术对目标进行认知定位，为决策和行动提供依据。其中，软件无线电技术增强设备的硬件通用性和软件功能化，可使得侦查对象多样化，并能够实时调整侦察策略使得侦察装备更具有通用性。
在决策和行动环节，软件无线电技术使得装备可不局限于传统的干扰样式和方式，可结合知识库和干扰策略资源进行资源分配和干扰波形选择，并可根据对抗行动后的对象行为特征变化来评估对抗效果，指导对抗策略优化，能更好地应对未来战场需要。
本增强型软件无线电技术设备的技术特点是，在传统接收机、发射机和天线等射频硬件装备的基础上，突出现代软件、组网等技术，以先进算法为电子战增加智能化功能，结合软件无线电相关前沿技术，使射频电子类设备具备更强的生存能力。
4 结论
软件无线电技术的应用对无线电通信领域带来了一场深刻的技术变革，对其它领域尤其是电子对抗领域装备的技术发展也起到了很好的借鉴和引领作用。可以预见在不久的将来，随着软件无线电技术的不断成熟，它在电子战装备的研制、评估、试验、实战应用等环节都必将发挥巨大的作用。
参考文献
[1]徐根深.软件无线电导言[J].现代通信技术，1996（4）：27-31.
[2]杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2001：227-257.
