随着这些基础技术的快速发展,雷达技术和架构的复杂性和性能都在不断提高。随着技术的不断发展,系统必须不断发展以跟上步伐。如果要实现所需的定制化程度和性能,唯一可行选择似乎是让内部设计人才基于内部知识,在公司内部为雷达原型和测试系统开发完全定制的硬件和软件。但是,这些解决方案还伴随有长期维护责任和高机会成本。

随着FPGA的出现以及新型模块化转换器和数据流技术的快速应用,COTS解决方案不仅可以满足规范要求,还可以提供灵活性,确保系统具备长寿命周期所需的耐用性。通过将这些技术快速整合到模块化的COTS设备中,NI可帮助工程师轻松满足先进雷达系统不断变化的要求,同时满足严格的时间表和预算。
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氮化镓应用于前端组件

氮化镓(GaN)被认为是自硅以来影响最大的半导体创新产品,该材料可承受的工作电压要比传统半导体材料高得多。更高的电压意味着更高的效率,因此基于GaN的RF功率放大器和衰减器具有更低的功耗,且产生的热量更少。随着越来越多RF元件供应商基于GaN为市场提供适用于生产的可靠产品,GaN放大器的应用也日益普及。
该技术对于有源电子扫描阵列(AESA)雷达系统的发展非常重要。AESA是完全有源的阵列,包含数百甚至数千个天线,每个天线都有其相位和增益控制。这些雷达系统使用相控阵发射器和接收器,以电子方式操纵波束而无需物理移动天线。与其他传统雷达相比,这些类型的雷达系统因其更高的目标功率、空间分辨率和鲁棒性而日益普及。例如,如果阵列中的某个元件发生故障,雷达仍可以继续工作。因此GaN放大器在AESA雷达中的应用日益增加,提供了更好的性能,可在更小的外形尺寸和更低的冷却需求下提供相同的输出功率。

氮化镓应用于前端组件

转换器技术每年都在不断进步。现在在同等分辨率下,来自几个主要的半导体公司的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)的采样率比五年前的转换器要快好几个数量级。这些高速ADC的分辨率提高也为雷达提供了更高的动态范围和更宽的瞬时带宽。动态范围是决定最大工作范围的关键要素;例如,它使第五代战斗机(如F-35)能够识别更远的目标。 更高瞬时带宽提供了诸多好处,包括通过脉冲压缩增加空间分辨率以及实现低截获概率(LPI)雷达等高级技术。 更高带宽带来的另一个趋势是传感器融合。使用传感器融合技术,您可以对单个信号链进行多个功能操作。例如,通过将多个频段上不同类型的波形分离开,宽带传感器可以同时用作为通信系统和雷达。此外,许多半导体公司正在发布称为"直接RF采样转换器"的ADC和DAC,例如TI ADC12DJ3200,能够以高达6.4 GS/s的速率采集数据。 RF采样转换器在此采样率下具有12位分辨率,可以直接将RF输入信号转换为C频段,而无需上变频或下变频。 随着转换器的不断发展,未来的雷达将受益于C和X频段的直接RF采样。

不断发展的FPGA技术应用于认知技术

FPGA技术也在不断发展。现代FPGA包含更多逻辑,提供更高的每瓦计算能力,并支持高达150Gb/s的高速数据流和专用IP模块。当今的高FPGA计算能力为五年前根本无法实现的创新技术打开了大门。
基于新FPGA技术的一个创新领域是机器学习在认知雷达中的应用。这些技术提高了雷达对环境的响应能力,从而提供更具操作性的信息。机器学习并不是运行预编程的模式(比如搜索模式、跟踪模式等),而是允许雷达自动适应最佳工作参数,包括工作频率和波形类型。机器学习还可实现自动目标识别(ATR)等功能以及基于知识辅助的操作。

高带宽数据总线应用于传感器融合

另一个关键趋势是在将高带宽传感器数据传输回集中处理器进行计算时,PCI Express Gen 3,40/100 GbE、光纤通道和Xilinx Aurora等高带宽数据总线的重要性日益凸显。例如,F-35的集成核心处理器集合来自多个ISR传感器的数据,以便对这些数据进行集中处理。这有助于提高飞行员的情境感知能力。这一趋势的核心是高速串行收发器技术(也称为多千兆位收发器或MGT)的发展。近年来,该技术发展迅速,目前的线路速率达到每通道32Gbps;56Gbps PAM4技术也正在开始普及。FPGA通常被认为是处理资源,但它们也包含一些最先进的MGT,这使它们成为传感器开发的理想终端。
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