IC Alttrate - Tüm dijital fazla seri radar ı için test platformu

Radar PCB revolusyonu son 15 yılda, ARRC, Federal U çuş Yönetimi (FAA) tarafından ilk olarak geliştirilen ABD Ulusal Çok Funksiyonel Fazi Array Radar (MPAR) projesine katıldı. Savunma Bakanlığı (DoD), İlk Güvenlik Bakanlığı (DHS) ve Ulusal Okyanus ve Atmosferik Yönetimi (NOAA). Bu yüzden, ARRC, hava ve uzun menzil uçak taramasının ihtiyaçlarını yerine getirmek için tamamen dijital polarlı bir takım üzerinde çalışıyor. Bu tablo da MIMO ve konneksel iletişimler dahil diğer önemli operasyonları destekleyecek.

Çoklu görev radar sistemlerinin en iyi adaylarını fırsatlı ışık kontrolü ve çoklu fonksiyonu uygulaması, çünkü etkili ve pahalı etkili bir çözüm sağlıyor. GaAs, SiGe, CMOS ve PCB teknolojilerindeki ilerlemeler, modern uzak duyulma ve iletişim teknolojilerinin çevresini sağlayan, yüksek integral RF aygıtları sağladılar. Çok bütünleştirilmiş ve etkileşimli aygıtlar fazla seri anten mimarına çoklu keçici içermesine izin verir. Daha önceki nesil fazla seri antenlerle karşılaştırıldı. Sadece analog ışık formörü kullanarak bu aygıtlar maliyeti azaltır ve fazla serilerin maliyetini azaltır. Ölçüm ve ağırlık için ve sistem fonksiyonlarını iyileştirmek ve sistem performansını geliştirmek için, 5G, elbette bu fazla seri teknolojisini kullanacak. Analog ışık formlamasını kullanan anlamalar doğal olarak, ön ön tarafındaki ışık formlaması elektroniğin kesin ayarlarından ulaşabilen ışık formlaması programlarına sınırlı.

Şu anda altı seri seviyesinde dijital ışık formlaması (DBF) kullanımı fazla seri radarların fleksibiliyetini geliştirmek için ortak bir yöntemdir. 76-panel Gelişmiş Teknoloji Demonstratörü (ATD) NOAA Ulusal Ciddi Storm Laboratuvası (NSSL) ve Massachusetts Eyalet Üniversitesi (UMass) Raytheon Low-Power radar (ie Skyler) tarafından çalıştırılan 76-panel bunu kanıtlayabilir. Fakat hücre seviyesinde DBF mimarına değişiklik önceden önceden kalmadığı fonksiyonları etkinleştirir. Örneğin, Avustralya'nın CEA-FAR deniz radörü, ABD Donanması FlexDAR radar ı 2, İsrail Elta â'nın MF-STAR, AFRL â'nın BEEMER (MIMO deneysel radar antene birimlerinin temel grubu dijitalization) ve uzay çubukları. Ayrıca, her anten biriminin dizilerlemesi insanların polarizasyonu tam olarak kontrol etmesine izin verir ve temiz H polarizasyonu ya da V polarizasyonu kontrol edebilir, ya da H ve V polarizasyonu 45 derece kontrol edebilir, ya da LHC, RHC ya da onlardan herhangi birini kontrol edebilir. Polarizasyon durumu.

Dijital tablo teknolojisi, bir araştırma yönetimidir. Dövüş Kapalılığı Geliştirme Komut Ordu Araştırma Laboratuvası (CCDC ARL) 'nin önemli bir katkı, dizi kalibresi için güçlü tekniklerin geliştirilmesidir. Kalabalı bir çevrede fazla seri radar ının operasyonu radarı korumak ve dinamik bir çevrede kalibre çalışmalarının devamlığına bağlı. Fabrika kalibrasyonu dijital alanlar için yeterli değil, bu kadar güçlü yerde kalibrasyon teknikleri gerekiyor, hesaplama etkiliğinde de avantajlar vardır. OU ve CCDC ARL dinamik kalibre sorunu çözmek için karşılaştırma teknolojisine dayanan kalibre teknolojisini geliştiriyor. CCDC ARL, birim seviyesi dijital seri laboratuvarı test sistemi kullanarak ilk algoritmin performansını quantifiye etmek için bir konsept deneyimi yapıyor. Geleceğe baktığımızda, CCDC ARL bu teknolojileri daha geniş bandwidth performansını sağlamak için iyileştirecek ve laboratuvar test platformlarından başka çevrelere çalışma yapabileceği büyük maddelerin ölçeklenmesine ve uygulanabiliğine odaklanacak.

Tam dijital mimar

NAL Bilim Fondası (NSF) tarafından sponsorlanmış s on zamanlarda radar teknoloji değişiklik seminelerin, ATD6, BCI/LMCO'nun S-band ı Lincoln Lab'un S-bandı kontrol panel in in ATD6, NCAR'nin C-bandı fırsat radar sistemi gibi önemli ilerlemeler yaptığını kanıtladı.5 UMass'un X-grubu radar ı ve S-grubu cilindrikel polarized fazla seri radar (CPPAR) göstericisi 7. "Işık ışığı" operasyonunun zaman çözümünü geliştirmek için ARRC, birkaç yıl önce bir tek polarizasyon X-grup atmosferik görüntüleme radar ı (AIR) üretti. Şekil 1'de gösterilmiş gibi. AIR "su" modunda çalışıyor, 20 derece dikkatli bir hayranlı ışığı başlatıyor ve büyük ölçekli dijital ışık formlaması için 36 tane alıyor. Diğer sözleriyle, radar tarafından ölçülenen menzil yükseklik göstergesi (RHI) aynı zamanda, elektromagnet kamerası ile fotoğraf çekmek gibi oluşturulabilir. Bu mimar 20 derece/saniye azimut mekanik tarama ile birleştirildi. Mevcut AIR'nin, yaklaşık 9 saniye içinde bilgi toplamasına izin verir. Bu yüzden, tornado nedenlerinin en yüksek çözümü de bu. 8. Su çözümlerinde benzer bir sistem Osaka Üniversitesi'nin X grup PAR'dir.

Bu gelişmiş görüntü izleme modları birçok sayısal altı seri kanallarına ihtiyaç duyuyor. Dijitezleme seviyesinin geliştirilmesi de uyum sağlayan dijital ışık formlaması (ADBF), uzay zamanlı uyum işleme (STAP) ve hatta MIMO işleme moduları mümkün olur. Ideal fazla seri mimarının dijital fonksiyonları olacak, ve her anten biriminin sinyalleri kontrol edilebilir, bu yüzden de geniş bandwidth kapısı olacak. Birim seviyesi işleme ve sonraki ışık formlaması ikisi de dijital olduğundan dolayı, farklı uygulama senaryoları için yeniden yapılabilir ve optimize edilebilir. Birim seviyesi dizilerlemesi yeni ışık işleme ve ışık formlama çözümlerinin kapısını açar ve büyük sistemlerde önceden önceki dinamik ayarlanabilir alan ile maksimum fleksibillik sağlar. Örneğin, M antena elementlerine ve elementlerin arasındaki ses bağlantısı yoktur, sistemin sinyal-sesle bağlantısı 10 log(M) ile geliştirilir. Bununla birlikte, işlenmeli veri miktarı ve uygunsuz yolcuların kullanımı gibi teknik riskler ve pratik zorunları ile birlikte bulunuyor.

Görüntü 3, tüm dijital PAR sistemlerinin üç örneklerini gösterir. Şekil 3'deki en sol görüntü, bir bölgede önemli bilgi toplamak için gerekli birkaç tipik yüksek duyarlık ışığını ve birkaç aşağı öncelik ışığını gösterir. Görüntü 3'nin ortasındaki resim uzay-temporal çarpma örneklerini gösteriyor. Bu yüzden birçok bağımsız örnekler kontrol alanından toplanabileceği bir örnek gösteriyor. Bu şekilde, veri toplamak için daha az örnek kullanılabilir. Doğrulaştırıcı uzay filtrelemesi bir fazla madde 4 tarafından başarılanabileceğinden dolayı, bu tipik parabolik madde antene üzerinde fazla madde kullanımının doğruluğunu kanıtlar. Sonunda, Figure 3'nin en sağ görüntüsü hızlı toprak taramalarına ulaşmak için mobil göstericisinin takımın hayal gücünü nasıl kullanacağını anlatır.8

Gelecekteki her çok görev radar ı için, çoklu fonksiyonların aynı zamanlı gerçekleştirmesi, belirlenmiş bir zamanlı aksinde görev ihtiyaçlarını yerine getirmek tek yoludur. Bu yüzden, digitalizasyon üzerinden gelişmiş ışık formlamasının fleksibiliğini fark etmek gerekiyor. Ayrıca, bu metod, bütün hayat döngüsünün dijital PAR'nin yazılım geliştirmeleri yerine pahalı donanım değişimlerinden başka görevleri uygulayabilir, bu yüzden çok operasyon ve tutuklama maliyetlerini kurtarabilir. Sonraki bölüm, ARRC'da tasarlanmış ve üretilen S-band iki-polarizasyon PAR'nin gelişmesini gösterecek. S-grup iki-polarizasyon PAR bu hedefleri başaracak. Bu sistem Horus denir. Her polarizasyon ve her anten elementi için dijital bir aktarıcı var. Bu metodun avantajlarını ve zorunlarını değerlendirmek için değerli bir araştırma aracı olacak.

Horus radar tasarım konsepti

ARRC şu anda mobil S-band ı iki-polariz fazla seri sistemi geliştiriyor. Sistemde 1024 çift polarize anten birimlerinden oluşan tüm dijital yapıları var, 25 8*8 panellere bölünmüş (16'lerin elektronik aygıtlarla birleştirilmiş), 4. çizimde gösterilmiş gibi. Her panel sekiz "OctoBlade" ile ekipmektedir. Neredeyse tüm radar elektronikleri orada bulundur. Her OctoBlade, paneldeki yüksek performans anten dizisinin 8 elementli sütunu heyecanlandırmak için dikkatli tasarlanmış ve ana uçakta neredeyse ideal bir polarizasyon durumu elde etmek için. Ana uçak, her tarafta bir PCB ile birlikte 16 GaN tabanlı ön tarafı (her birim, her polarizasyon> 10W) bulunan metal soğutma tabakasından oluşur. Bunların sekiz ikili analog aygıtları Kanal Dijital Transceiveri, işleme için dört ön tarafı FPGA ve kontrol için iki FPGA. Antenna alt sisteminin toplantısı ve bunların bağlı elektronik komponentleri, bu üç ana mimarlardan birine klasifik edilebilir: konformal patch toplantısı, panel toplantısı (kaydırma oktoBlade ile) ya da kablolardan ayrılmış bağımsız yapı (4. Şekil). Slayt-out OctoBlade'ın en düşük bilgisayar maliyeti gerekiyor çünkü bu elektronik komponentler kolay sıcak değiştirebilir. Bu uygun fonksiyon, on yıllık servis hayatı gereken temel sistemler için mükemmel.

Genelde, büyük bir serinin performansı dizital bağlantı yapısına bağlı. Geleneksel hiyerarşik topoloji şu anda kullanılır, fakat onların özelliklerinden bazıları, ölçeklenebilir, fleksibilit ve bandwidth gibi, sınırlı. Örneğin, bazı çizgiler göz topoloji kullanır. Orta kanaldaki yük a ğır. Bu genelde ağ merkezi bölgesinde karışık oluşturuyor. Bu durumun çözümü, göt a ğına rotörleri eklemek veya yüzük topoloji kullanmak. Bu yüzük topoloji tarafındaki rotörler üzerinde simetri var. Bu, gereksiz bir karmaşık kaynaklarla küçük bir artış yapabilir. Ama hâlâ çözülmemiş bir sürü sorun var. Üç önemli sorun şu: veri gönderme mekanizması (i.e. RapidIO, Gigabit Ethernet, etc.), parçacık ışık formlaması derecesi ve veri yolu topoloji (i.e. hiyerarşik yapı, etc.). Bu sorunların iyi bir dengelenmesi farklı görevler yerine getirmesine kolay genişletilecek.

Horus'un sıradan radar ı RapidIO ağ tarafından panelinin arkasına besleniyor. Dijital ışık formlamasını tamamlamak için. Bu, konseptik olarak çok fonksiyonel PAR sisteminin (200 MHz ışığı uygun dinamik bir alanda) ışığı-bandwidth ürünü etkinleştirir. Hiyerarşik ışık formörü hiyerarşik yapısının her seviyesinde veri akışlarının sayısını azaltır ve işlemde parçacık ağırlık ve toplama yapıyor. Puls beamformatörü de benziyor, ama verileri verilen bir a şamada toplamak yerine bir dizi düğüm veya birimler arasında veri gönderir. Ateş verilerinin bir parçası sonraki işleme sahnelerinde kullanılacak bu süreçte toplanılır. Çıkış. Yazıcının bilinen neredeyse her orta boyutlu dijital seri bir dijital ön tarafı uygulamak için bir katlanma/puls işleme şekli kullanıyor. Önemli olan, analog alanların aksine, katlı/pulsuz ışık formlaması kullanımı, dijital alandaki sinyal bandı genişliği ile sinyal sayısını dengeleyebilir, böylece tüm ışık bandı genişliği ürünün her ön tarafın işleme zincirinin her noktasında yaklaşık sürekli kalır.

Çoklu seviye yapısı için, bağlantı maliyeti M birimlerin sayısı logaritmi ile proporcional, ve veri ve ön tarafı işlemleri M ile yaklaşık sınırlı proporcional. İkisi de tüm sistemin bandgenişliğine proporcional. Bu tür düşünceler, kalibre, ışık formlama ve uygulama ticaretinde herhangi bir ön tarafındaki DBF mimarının tasarımına yönlendirici bir önemlidir. Sonunda RapidIO, yaklaştırılmış yüzük, gelecekte keşfedilecek tüm a ğ mimarını destekleyebilir.

5. görüntü, mobil göstericisinin laboratuvar ölçü sonuçlarını gösteriyor.9 Bu tamamen dijital aktif iki polarize fırsatlı seri antene, her anten biriminin sinyallerini tamamen kontrol etmek ve alınmak için tasarlanmıştır. WSR-88D parabolik antene ile karşılaştırıldı, ARRC projesinin anten tasarımı aynı fonksiyonu ulaştırmak ya da performansını geliştirmek üzere odaklanıyor. meteorolojik görevlerin, hedef tanınması konusunda hava gemisinin izleme görevlerinden daha yüksek ihtiyaçları olan olayların, bu tasarım özellikleri önemlidir. Çift-polarizasyon radar ı taranmış atmosferin polarizasyon değişikliğini başarıyla belirlemek için hem düşük, hem küçük, hem -40dB'den az ve hem iyi uyumlu bir örnek gerekiyor.

Genelde, antenin karışık polarizasyon seviyesi arttığı zaman, polarizasyon değişkenin bütün değişiklikleri arttırır. 8*8 serinin PCB tasarımı sırasında anten biriminin birçok elementi çalıştırıldı. Bu elementler içeriyor: sınır çözüm baskısı; merkez frekansıyla %10 üzerinde 2,8GHz katı genişliği var; limanlar arasındaki izolasyon yaklaşık -50dB; Azimut açı ±60º Tarama alanında, karışık polarizasyon seviyesi -45dB'den aşağıdır ve kopolarizasyon karşılığı 0,1dB'den aşağıdır. Çekim açısı ±10º'nun tarama menzilinde. Dikkatli kalibrasyondan sonra, en azından -10dB'nin aktif refleks koefiğini Azimut açısı ±60º ve yüksek açının tarama menzili ±10º için alınabilir. Bu yüzden Horus için elektromagnetik bağlantı ile yeni bir çeşit mikrostrup patlama radyatörü tasarladı. Şekil 5'deki en sol resim, bu radyatörlerin 8*8 paneli. Radyatör ve besleme ağlı, üretim sonrasından sıçramaları engellemek için iki farklı bölüme bölüler. Radyatör, RT/Duroid 5880LZ ve RO4450F tarafından bağlanmış iki yönlendirici katlardan ve radomeden oluşur.