在如今4D毫米波雷達(dá)遍地橫行的年代，出現(xiàn)了一些新的概念。

4D毫米波雷達(dá)與傳統(tǒng)雷達(dá)不同，為了解決傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)角分辨率低、點云密度低的問題，當(dāng)下出現(xiàn)了四種4D毫米波雷達(dá)解決方案：

一是基于傳統(tǒng)CMOS雷達(dá)芯片，強(qiáng)調(diào)“軟件定義的雷達(dá)”，主要廠家有傲酷、Mobileye、Zadar等。

二則是將多發(fā)多收天線集成在一顆芯片，直接提供成像雷達(dá)芯片，比如Arbe、Vayyar等。

三是最傳統(tǒng)的，即將標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)芯片進(jìn)行多芯片級聯(lián)，以增加天線數(shù)量，比如大陸、博世、ZF等一眾公司。

四則是通過超材料研發(fā)新型雷達(dá)架構(gòu)，代表廠家有Metawave等，Metawave采用波束掃描方式提高角度分辨率。

其它三種都容易理解，什么是軟件定義的雷達(dá)，它和軟件化雷達(dá)有什么區(qū)別？今天就在這里簡單和大家聊聊。

軟件定義雷達(dá)、軟件定義的雷達(dá)、軟件化雷達(dá)、雷達(dá)軟件化、軟件定義無線電，這些概念有點懵。經(jīng)過分析可以確定，軟件定義雷達(dá)，就是軟件定義的雷達(dá)；軟件化雷達(dá)(SR)和雷達(dá)軟件化，前一個是名詞，后一個是動詞，其實最終都是指代同一個東西。軟件定義無線電(SDR,Software Defined Radio)和軟件定義雷達(dá)（SDR，Software Defined Radar）有相似的模塊，只是最終的功能不同。

1、軟件化雷達(dá)

有軟件化雷達(dá)，就應(yīng)該有“硬件化雷達(dá)”，其實最開始的雷達(dá)就是純粹由硬件來實現(xiàn)的，可以看作是“硬件化雷達(dá)”，但這導(dǎo)致了雷達(dá)功能的單一性和固定性，決定了只能依靠更改系統(tǒng)的硬件來改變系統(tǒng)的參數(shù)，不利于雷達(dá)裝備的研制、生產(chǎn)和維護(hù)。簡單舉個例子，比如，某個模塊需要換方案，這樣雷達(dá)就需要從硬件上進(jìn)行更改，耗時費力，且該模塊具有定制特性，無通用特性，每次修改方案都要重新設(shè)計，因此純粹由硬件搭建的雷達(dá)會直接影響雷達(dá)裝備的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

軟件化雷達(dá)通過軟件界面來表示功能，并能夠根據(jù)功能需求來驅(qū)動整個軟件雷達(dá)系統(tǒng)的開發(fā)，具備良好的通用性、兼容性和可擴(kuò)展性。其核心思想是：在滿足雷達(dá)性能的前提下，能用軟件實現(xiàn)，就絕對不用硬件實現(xiàn)，更改代碼可比更改硬件簡單多了。

軟件化雷達(dá)是對從雷達(dá)顯控終端到雷達(dá)數(shù)據(jù)采集卡的功能逐步由軟件實現(xiàn)的過程，且功能越來越靠近天線，具有高度的靈活性、開放性和完全可編程性。

雷達(dá)傳感器：雷達(dá)傳感器是為雷達(dá)服務(wù)器輸入雷達(dá)原始數(shù)據(jù)(雷達(dá)回波信號)的設(shè)備，主要包括雷達(dá)射頻天線、天線收發(fā)開關(guān)、雷達(dá)接發(fā)機(jī)等雷達(dá)前端的硬件模塊。將雷達(dá)傳感器看作獨立的模塊，是整個軟件化雷達(dá)開放式系統(tǒng)設(shè)計最直接的體現(xiàn)，使得軟件化雷達(dá)設(shè)計不再局限于某個型號雷達(dá)前端硬件設(shè)計，實現(xiàn)了真正意義上的軟件雷達(dá)的通用性、開放性和靈活性。

雷達(dá)服務(wù)器：雷達(dá)服務(wù)器是實現(xiàn)雷達(dá)視頻信號采集、信號處理、數(shù)據(jù)處理等功能的設(shè)備。

（1）射頻就是調(diào)制后的微波頻段，“射”字不可以單獨理解為發(fā)射。發(fā)射機(jī)調(diào)制器（激勵器）出來的，包括到強(qiáng)放、天線開關(guān)、各種波導(dǎo)、合路器、傳輸系統(tǒng)、直到喇叭口等都叫射頻。（硬件在發(fā)射機(jī)、傳輸系統(tǒng)、天線）。

（2）基帶就是去調(diào)制器的弱信號。巴克碼脈沖、各種脈沖信號。（硬件在發(fā)射機(jī)里）。

（3）中頻就是接收機(jī)經(jīng)過混頻變頻回來的信號。（硬件在接收機(jī)里）。

（4）視頻就是中頻經(jīng)過各種濾波、各種網(wǎng)絡(luò)處理之后送去顯示器的信號。（硬件在控制臺里）

雷達(dá)顯控終端：雷達(dá)顯控終端是能接收雷達(dá)視頻信號，并對接收到的信號進(jìn)行顯示和控制的設(shè)備。將雷達(dá)顯控終端作為一個單獨的模塊進(jìn)行設(shè)計實現(xiàn)了雷達(dá)“顯示”和“處理”的分離，使得系統(tǒng)具有更強(qiáng)的兼容性、可擴(kuò)展性，靈活性。

但是如何才能夠使雷達(dá)具備這樣的功能呢？

雷達(dá)對信號采集、處理實時性要求很高，并且需要執(zhí)行大量的數(shù)學(xué)函數(shù)運算；通用硬件可以滿足處理的實時性，但是難以滿足數(shù)學(xué)運算的全部功能。軟件實現(xiàn)的信號處理，容易達(dá)到算法精度要求，但實時性問題又不能滿足。面對如此矛盾的問題，能夠?qū)ふ业揭粋€能夠快速、高精度實現(xiàn)雷達(dá)信號采集的方法是問題的關(guān)鍵。

FPGA能夠進(jìn)行一些簡單的運算，且處理精度、功能完善程度優(yōu)于一般的電子硬件。在一定程度上既可以滿足雷達(dá)信號采集、信號簡單處理的實時性要求，又能保證誤差在一定的范圍內(nèi)，因此在雷達(dá)數(shù)字信號處理領(lǐng)域具有非常廣闊的前景，可以用于高速數(shù)據(jù)采集、存儲和傳輸，如果讀者有興趣，可以將FPGA和雷達(dá)結(jié)合起來學(xué)習(xí)。

由于雷達(dá)數(shù)據(jù)量比較大，且要求實時傳輸和處理，雷達(dá)顯控終端和雷達(dá)服務(wù)器分別需要兩臺計算機(jī)，既要處理速度，也要充足的內(nèi)存。

軟件化雷達(dá)的系統(tǒng)設(shè)計框圖如下所示：

圖1 軟件化雷達(dá)結(jié)構(gòu)框圖

圖2軟件化雷達(dá)處理和顯示框圖

圖3 軟件化雷達(dá)的軟件模塊

圖4 軟件化雷達(dá)處理流程

總結(jié)：“軟件化雷達(dá)”的核心特征體現(xiàn)在：標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和數(shù)字化特征、開放式的體系架構(gòu)以及“以軟件技術(shù)為核心，面向應(yīng)用需求的開發(fā)模式和傳統(tǒng)的“以硬件技術(shù)為核心面向?qū)Ｓ霉δ艿拈_發(fā)模式不同，軟件化雷達(dá)注重軟件和硬件的解耦，從而使得可以通過軟件定義方式快速開發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)，并靈活地實現(xiàn)系統(tǒng)資源配置、 功能擴(kuò)展和性能提升，以滿足實際應(yīng)用的需求。

2、軟件定義雷達(dá)

軟件定義雷達(dá)是指雷達(dá)的內(nèi)部模塊可通過軟件配置，軟件定義雷達(dá)框圖如下圖所示。

上圖描述的軟件定義雷達(dá)框圖，主要由以下模塊組成：

（1）射頻/微波部分：由信號調(diào)理模塊組成， 上變頻器和下變頻器，本地振蕩器和有源相控陣天線。

? 信號處理模塊：具備多個通道，可處理模擬信號。
? 上變頻器: DUC，即數(shù)字上變頻器。
? 下變頻器: DDC，即數(shù)字下變頻器。

?本振：它們是高度穩(wěn)定的本振，用于在 DUC、DDC、DAC 和 ADC 之間提供非常精細(xì)的同步。

? 有源相控陣天線：該天線陣列負(fù)責(zé)多種無線電信號發(fā)射和接收。

（2）中頻/基帶部分：由高采樣ADC和DAC組成。ADC/DAC支持寬輸入信號帶寬，高采樣速率ADC/DAC可用于直接采樣發(fā)射器和直接采樣接收器設(shè)計。
? ADC：執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，處理DDC接收的數(shù)據(jù)，ADC的數(shù)據(jù)輸出給處理器進(jìn)行進(jìn)一步處理。
? DAC：執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，處理要傳輸?shù)睦走_(dá)數(shù)據(jù)并輸入DUC。

（3）雷達(dá)處理器和數(shù)據(jù)存儲模塊。
? 雷達(dá)處理器：開發(fā)復(fù)雜的信號處理算法，并將其移植到軟件定義雷達(dá)的處理器上。
? 數(shù)據(jù)存儲模塊負(fù)責(zé)根據(jù)用戶要求提供結(jié)果存儲。

軟件定義雷達(dá)架構(gòu)的優(yōu)勢

（1）軟件配置的模塊允許工程師使用通用的可用硬件集快速原型化和測試、驗證所選的先進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)。

（2）軟件定義的雷達(dá)得益于軟件定義無線電模塊的大量可用性，采用易于集成現(xiàn)成的模塊，將節(jié)省大量的時間和研發(fā)成本。

（3）軟件定義的雷達(dá)有助于分析具有非常寬信號帶寬的無線電信號。

3、結(jié)論

軟件定義雷達(dá)和軟件化雷達(dá)是兩種不同的雷達(dá)技術(shù)，初學(xué)者很容易混淆這兩個概念，因此在這里我按照自己的理解，搜集整理了一些資料，希望能夠說清楚。

軟件定義雷達(dá)是一種可以通過修改或更新軟件來配置和控制雷達(dá)的工作方式的雷達(dá)系統(tǒng)。通過將雷達(dá)的信號處理、信號發(fā)射功能轉(zhuǎn)移到軟件中實現(xiàn)，從而使得雷達(dá)可以通過改變軟件來實現(xiàn)不同的功能，比如單芯片毫米波雷達(dá)，可通過軟件來控制、配置雷達(dá)，并用軟件實現(xiàn)雷達(dá)信號處理、數(shù)據(jù)處理和其他高級算法等功能。我理解的軟件定義雷達(dá)主要體現(xiàn)一種靈活修改雷達(dá)的工作方式為核心，還是要以雷達(dá)芯片為中心，需要依靠硬件設(shè)計不同的算法實現(xiàn)需要的功能。

軟件化雷達(dá)是一種通過軟件編程來替代雷達(dá)硬件的雷達(dá)系統(tǒng)，是通過軟件來替代雷達(dá)硬件，從而通過將雷達(dá)的所有功能都嵌入到軟件中實現(xiàn)，從而使雷達(dá)變得更為靈活和可靠，以及實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。我理解的軟件化雷達(dá)主要體現(xiàn)在雷達(dá)幾乎所有功能都到軟件(計算機(jī)、服務(wù)器、顯卡、CUDA)上去實現(xiàn)，脫離了雷達(dá)信號處理芯片，雷達(dá)射頻前端僅僅是為了采集雷達(dá)原始數(shù)據(jù)，可以采用不同的射頻前端，這樣就不依靠硬件了。

審核編輯：湯梓紅