Bentuk gelombang digital wideband praktis untuk array besar dalam aplikasi radar

Saya mengerti matematika di balik digital beamforming tetapi saya tidak yakin bagaimana sistem seperti itu diimplementasikan secara praktis. Misalnya, dalam radar FMCW pita lebar yang beroperasi di S-band, bandwidth pulsa (baseband) dapat sebesar 500MHz. Untuk mendigitalkan sinyal ini, Anda memerlukan ADC kecepatan tinggi, biasanya frekuensi pengambilan sampel 1GHz. Sejauh yang saya tahu, ADC ini tidak murah.

Sekarang, jika Anda katakanlah Uniform Rectangular Array (URA) dengan 20 elemen antena, Anda perlu mereplikasi RF frontend Anda sebanyak 20 kali! Frontend RF ini biasanya akan mencakup LNA, mixer, dan ADC kecepatan tinggi.

Selain itu, banyaknya data yang dihasilkan oleh sistem di atas sangat besar yang membutuhkan memori besar dan daya pemrosesan.

Pertanyaan saya adalah:

1. Apakah skenario di atas mencerminkan bagaimana sistem beamforming praktis diterapkan atau terlalu naif? Apakah saya melewatkan sesuatu yang mendasar di sini?
2. Adakah trik perangkat keras / pemrosesan sinyal yang dapat membantu mengurangi persyaratan perangkat keras atau pemrosesan dalam sistem seperti itu?

Terima kasih

Saya belum pernah bekerja pada desain sistem seperti itu sebelumnya, tapi saya pikir pengertian Anda tentang uang. Secara khusus, ya, array beamforming memang memiliki ujung depan RF yang direplikasi berkali-kali. Kompleksitas radar array bertahap kontemporer sangat mencengangkan dalam hal ini; ada desain yang memiliki ratusan elemen antena individual di dalamnya dengan tingkat kontrol respons array yang mengesankan menggunakan berbagai teknik pemrosesan sinyal.

Dan seperti yang Anda duga, ya, pendekatan semacam ini tidak murah. ADC kelas-gigasample tersedia secara komersial dalam kisaran beberapa ribu dolar, tetapi mungkin saja front end RF dengan kuantitas rendah yang digunakan dalam sistem seperti ini akan mengurangi biaya tersebut. Meski begitu, radar dengan kemampuan seperti ini sering ditemukan sebagai subsistem dalam sistem besar yang sangat mahal (seperti jet tempur multi-ratus juta dolar).

Sejauh pemrosesan sinyal digital backend berjalan, itulah pasar yang cukup matang yang telah berkembang selama beberapa dekade terakhir. Tujuan utamanya adalah memproses kepadatan: mendapatkan jumlah FLOPS maksimum ke volume terkecil. Lagi pula, radar seperti itu sering digunakan dalam aplikasi terbatas ruang seperti pesawat terbang. Oleh karena itu, Anda akan melihat banyak pemrosesan dilakukan pada FPGA kustom dan / atau komputer papan tunggal yang dapat ditumpuk secara kompak ke rakitan sasis standar (seperti VPX atau CompactPCI ).

oke - saya pikir teknik yang saya cari adalah formulasi aperture sintetis seperti pada Synthetic Aperture Radar (SAR). 'Trik', dalam kasus umum, di mana target statis dan platform radar terlibat, mungkin semua elemen array akan hadir secara fisik sebagai lawan SAR konvensional di mana gerakan platform digunakan untuk mensintesis aperture yang sangat besar. Dengan menggunakan pergantian RF untuk mensimulasikan gerakan platform, seseorang dapat menangkap data SAR secara berurutan dan menerapkan teknik SAR yang terkenal untuk mencapai kinerja yang diinginkan yaitu resolusi sudut halus.

'Tangkapan' dalam hal ini akan menjadi waktu tambahan yang diperlukan untuk akuisisi data SAR dibandingkan dengan beamformer digital full-blown. Yang lain adalah bahwa teknik ini mungkin berlaku untuk skenario beamforming-on-accept-only.

Selama Anda memiliki pelanggan yang akan membayar biaya ASIC, yaitu sekitar $ 25 juta biaya desain NRE, Anda bisa mendapatkan semua 20 ujung depan, ADC dan digital beamforming aritmatika pada satu chip CMOS di mana saja dari DC ke 100GHz untuk di bawah $ 20 berulang biaya