Praktyczne szerokopasmowe cyfrowe formowanie wiązki dla dużych tablic w zastosowaniach radarowych

Rozumiem matematykę związaną z cyfrowym kształtowaniem wiązki, ale nie jestem pewien, jak takie systemy są praktycznie wdrażane. Na przykład w typowym szerokopasmowym radaru FMCW działającym w paśmie S, szerokość pasma impulsu (pasma podstawowego) może wynosić nawet 500 MHz. Do digitalizacji tego sygnału potrzebne są szybkie przetworniki ADC, zwykle częstotliwość próbkowania 1 GHz. O ile mi wiadomo, te ADC nie są tanie.

Teraz, jeśli powiedzmy, że jest to Uniform Rectangular Array (URA) z 20 elementami anteny, musisz replikować frontend RF 20 razy! Ta nakładka RF zazwyczaj zawiera LNA, mikser i szybki ADC.

Ponadto ogromna ilość danych generowanych przez powyższy system jest ogromna, co wymaga dużej pamięci i mocy obliczeniowej.

Moje pytania są zatem następujące:

1. Czy powyższy scenariusz odzwierciedla, w jaki sposób wdrażane są praktyczne systemy kształtowania wiązki, czy też jest zbyt naiwny? czy brakuje mi czegoś fundamentalnego?
2. Czy są jakieś sztuczki związane z przetwarzaniem sprzętu / sygnału, które mogą pomóc w zmniejszeniu wymagań sprzętowych lub przetwarzania w takich systemach?

Dzięki

Nie pracowałem wcześniej nad projektowaniem takich systemów, ale myślę, że twoje wyobrażenia dotyczą pieniędzy. W szczególności tak, macierze formujące wiązkę mają przednie RF, które są replikowane wiele razy. Złożoność współczesnych radarów z fazowanym układem jest pod tym względem zdumiewająca; istnieją konstrukcje, które zawierają setki pojedynczych elementów antenowych z imponującymi poziomami kontroli odpowiedzi matrycy przy użyciu różnych technik przetwarzania sygnału.

I jak podejrzewasz, tak, takie podejście nie jest tanie. ADC klasy Gigasample są dostępne na rynku w przedziale kilku tysięcy dolarów, ale możliwe jest, że niestandardowe, niewielkie ilości RF stosowane w systemach takich jak ten zmalałyby kosztem. Mimo to radary o takich możliwościach często znajdują się jako podsystemy w bardzo drogich, większych systemach (takich jak myśliwiec warty kilkaset milionów dolarów).

Jeśli chodzi o cyfrowe przetwarzanie sygnału zaplecza, jest to dość dojrzały rynek, który rozwinął się w ciągu ostatnich kilku dekad. Głównym celem jest gęstość przetwarzania: doprowadzenie maksymalnej liczby FLOPS do najmniejszej objętości. W końcu takie radary są często używane w aplikacjach o ograniczonej przestrzeni, takich jak samoloty. Dlatego zobaczysz dużo przetwarzania wykonywanego na niestandardowych układach FPGA i / lub komputerach jednopłytkowych, które można kompaktowo ułożyć w znormalizowane zespoły obudowy (takie jak VPX lub CompactPCI ).

ok - myślę, że techniką, której szukałem, jest formułowanie syntetycznej apertury, tak jak w Syntetycznej Aperturze Radarowej (SAR). „Sztuczka” w ogólnym przypadku, w którym uczestniczą statyczne platformy docelowe i radarowe, prawdopodobnie polegałaby na tym, że wszystkie elementy tablicy będą fizycznie obecne, w przeciwieństwie do konwencjonalnego SAR, w którym ruch platformy jest wykorzystywany do syntezy naprawdę dużej apertury. Wykorzystując przełączanie RF do symulacji ruchu platformy, można przechwytywać dane SAR sekwencyjnie i stosować dobrze znane techniki SAR w celu osiągnięcia pożądanej wydajności, tj. Dokładnej rozdzielczości kątowej.

W tym przypadku „połowem” będzie dodatkowy czas wymagany na akwizycję danych SAR w porównaniu z w pełni cyfrowym urządzeniem do formowania wiązki. Innym jest to, że ta technika może być możliwa w scenariuszach formowania wiązki tylko przy odbiorze.

Tak długo, jak masz klienta, który pokryje koszt ASIC, czyli około 25 milionów dolarów kosztu projektowego NRE, możesz uzyskać wszystkie 20 nakładek, ADC i arytmetykę cyfrowego kształtowania wiązki na jednym układzie CMOS w dowolnym miejscu od DC do 100 GHz za powtarzające się poniżej 20 USD koszt