Практичное широкополосное цифровое формирование луча для больших массивов в радиолокационных приложениях

Я понимаю математику, лежащую в основе цифрового формирования луча, но я не уверен, как такие системы практически реализуются. Например, в типичном широкополосном радаре FMCW, работающем в S-диапазоне, ширина полосы (основной полосы) может достигать 500 МГц. Для оцифровки этого сигнала вам нужны высокоскоростные АЦП, как правило, с частотой дискретизации 1 ГГц. Насколько я знаю, эти АЦП недешевы.

Теперь, если у вас есть, скажем, Uniform Rectangular Array (URA) с 20 антенными элементами, вам нужно повторить свой RF-интерфейс 20 раз! Этот RF-интерфейс обычно включает в себя LNA, микшер и высокоскоростной АЦП.

Кроме того, огромное количество данных, производимых вышеупомянутой системой, огромно, требуя большой памяти и вычислительной мощности.

Мои вопросы таковы:

1. Отражает ли приведенный выше сценарий, как реализованы практические системы формирования луча, или это слишком наивно? я что-то упустил здесь?
2. Существуют ли какие-либо приемы аппаратного обеспечения / обработки сигналов, которые могут помочь снизить требования к оборудованию или обработке в таких системах?

Спасибо

Я не работал над проектированием таких систем раньше, но я думаю, что ваши представления о деньгах. В частности, да, массивы формирования диаграммы направленности имеют радиочастотные входы, которые повторяются много раз. Сложность современных радаров с фазированной решеткой поражает в этом отношении; Существуют конструкции с сотнями отдельных антенных элементов с впечатляющими уровнями контроля отклика решетки с использованием различных методов обработки сигналов.

И, как вы подозревали, да, такой подход не из дешевых. АЦП класса Gigasample доступны в продаже в диапазоне от нескольких тысяч долларов, но вполне возможно, что нестандартные РЧ-интерфейсы с небольшим количеством, используемые в подобных системах, могут затмить эту стоимость. Несмотря на это, радары с такими возможностями часто встречаются как подсистемы в очень дорогих больших системах (например, истребитель на несколько сотен миллионов долларов).

Что касается внутренней обработки цифрового сигнала, это довольно зрелый рынок, который развился за последние несколько десятилетий. Основная цель - плотность обработки: получение максимального количества FLOPS в наименьшем объеме. В конце концов, такие радары часто используются в ограниченных пространствах, таких как самолеты. Таким образом, вы увидите много обработки, выполненной на пользовательских FPGA и / или одноплатных компьютерах, которые можно компактно объединить в стандартизированные сборки шасси (например, VPX или CompactPCI ).

хорошо - я думаю, что техника, которую я искал, это формулировка синтетической апертуры, как в радаре с синтезированной апертурой (SAR). «Уловка» в общем случае, когда задействованы статические цели и радиолокационные платформы, вероятно, будет заключаться в том, что все элементы массива будут присутствовать физически, в отличие от обычного SAR, где движение платформы используется для синтеза действительно большой апертуры. Используя радиочастотное переключение для моделирования движения платформы, можно последовательно захватывать данные SAR и применять хорошо известные методы SAR для достижения желаемой производительности, то есть точного углового разрешения.

«Уловом» в этом случае будет дополнительное время, необходимое для сбора данных SAR по сравнению с полноформатным цифровым формирователем луча. Другое - то, что этот метод может быть допустимым для сценариев формирования луча только при приеме.

Пока у вас есть заказчик, который будет оплачивать стоимость ASIC, то есть около 25 млн. Долл. США на разработку NRE, вы можете получить все 20 входных интерфейсов, АЦП и цифровую арифметику формирования луча на одном кристалле CMOS в любом месте от постоянного тока до 100 ГГц за менее чем 20 долларов США. Стоимость