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(diǎn)云密度低的問(wèn)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(jí)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(guò)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(jiǎn)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(wú)線電，這些概念有點(diǎn)懵。經(jīng)過(guò)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(gè)是名詞，后一個(gè)是動(dòng)詞，其實(shí)最終都是指代同一個(gè)東西。軟件定義無(wú)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(shí)最開(kāi)始的雷達(dá)就是純粹由硬件來(lái)實(shí)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(lái)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(jiǎn)單舉個(gè)例子，比如，某個(gè)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(shí)費(fèi)力，且該模塊具有定制特性，無(wú)通用特性，每次修改方案都要重新設(shè)計(jì)，因此純粹由硬件搭建的雷達(dá)會(huì)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(guò)軟件界面來(lái)表示功能，并能夠根據(jù)功能需求來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)軟件雷達(dá)系統(tǒng)的開(kāi)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(shí)現(xiàn)，就絕對(duì)不用硬件實(shí)現(xiàn)，更改代碼可比更改硬件簡(jiǎn)單多了。

軟件化雷達(dá)是對(duì)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(shí)現(xiàn)的過(guò)程，且功能越來(lái)越靠近天線，具有高度的靈活性、開(kāi)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(hào))的設(shè)備，主要包括雷達(dá)射頻天線、天線收發(fā)開(kāi)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(dú)立的模塊，是整個(gè)軟件化雷達(dá)開(kāi)放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)最直接的體現(xiàn)，使得軟件化雷達(dá)設(shè)計(jì)不再局限于某個(gè)型號(hào)雷達(dá)前端硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的軟件雷達(dá)的通用性、開(kāi)放性和靈活性。

雷達(dá)服務(wù)器：雷達(dá)服務(wù)器是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)視頻信號(hào)采集、信號(hào)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(dú)理解為發(fā)射。發(fā)射機(jī)調(diào)制器（激勵(lì)器）出來(lái)的，包括到強(qiáng)放、天線開(kāi)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(hào)。巴克碼脈沖、各種脈沖信號(hào)。（硬件在發(fā)射機(jī)里）。

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

（4）視頻就是中頻經(jīng)過(guò)各種濾波、各種網(wǎng)絡(luò)處理之后送去顯示器的信號(hào)。（硬件在控制臺(tái)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(hào)，并對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行顯示和控制的設(shè)備。將雷達(dá)顯控終端作為一個(gè)單獨(dú)的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)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(duì)信號(hào)采集、處理實(shí)時(shí)性要求很高，并且需要執(zhí)行大量的數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算；通用硬件可以滿足處理的實(shí)時(shí)性，但是難以滿足數(shù)學(xué)運(yùn)算的全部功能。軟件實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理，容易達(dá)到算法精度要求，但實(shí)時(shí)性問(wèn)題又不能滿足。面對(duì)如此矛盾的問(wèn)題，能夠?qū)ふ业揭粋€(gè)能夠快速、高精度實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)采集的方法是問(wèn)題的關(guān)鍵。

FPGA能夠進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的運(yùn)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(hào)采集、信號(hào)簡(jiǎn)單處理的實(shí)時(shí)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(hào)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(chǔ)和傳輸，如果讀者有興趣，可以將FPGA和雷達(dá)結(jié)合起來(lái)學(xué)習(xí)。

由于雷達(dá)數(shù)據(jù)量比較大，且要求實(shí)時(shí)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(tái)計(jì)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(jì)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(kāi)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(kāi)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_(kāi)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(guò)軟件定義方式快速開(kāi)發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)，并靈活地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源配置、 功能擴(kuò)展和性能提升，以滿足實(shí)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(guò)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(hào)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(hào)處理模塊：具備多個(gè)通道，可處理模擬信號(hào)。
? 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(wú)線電信號(hào)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(hào)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(jì)。
? 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(chǔ)模塊。
? 雷達(dá)處理器：開(kāi)發(fā)復(fù)雜的信號(hào)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(chǔ)模塊負(fù)責(zé)根據(jù)用戶要求提供結(jié)果存儲(chǔ)。

軟件定義雷達(dá)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

（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(cè)試、驗(yàn)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(wú)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(shí)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(hào)帶寬的無(wú)線電信號(hào)。

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(gè)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(shuō)清楚。

軟件定義雷達(dá)是一種可以通過(guò)修改或更新軟件來(lái)配置和控制雷達(dá)的工作方式的雷達(dá)系統(tǒng)。通過(guò)將雷達(dá)的信號(hào)處理、信號(hào)發(fā)射功能轉(zhuǎn)移到軟件中實(shí)現(xiàn)，從而使得雷達(dá)可以通過(guò)改變軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，比如單芯片毫米波雷達(dá)，可通過(guò)軟件來(lái)控制、配置雷達(dá)，并用軟件實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理和其他高級(jí)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(jì)不同的算法實(shí)現(xiàn)需要的功能。

軟件化雷達(dá)是一種通過(guò)軟件編程來(lái)替代雷達(dá)硬件的雷達(dá)系統(tǒng)，是通過(guò)軟件來(lái)替代雷達(dá)硬件，從而通過(guò)將雷達(dá)的所有功能都嵌入到軟件中實(shí)現(xiàn)，從而使雷達(dá)變得更為靈活和可靠，以及實(shí)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(jì)算機(jī)、服務(wù)器、顯卡、CUDA)上去實(shí)現(xiàn)，脫離了雷達(dá)信號(hào)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