Pratico beamforming digitale a banda larga per array di grandi dimensioni in applicazioni radar

Comprendo la matematica alla base del beamforming digitale, ma non sono sicuro di come tali sistemi siano praticamente implementati. Ad esempio, in un tipico radar FMCW a banda larga che opera in banda S, la larghezza di banda degli impulsi (banda base) può arrivare a 500 MHz. Per digitalizzare questo segnale, sono necessari ADC ad alta velocità, in genere una frequenza di campionamento di 1 GHz. Per quanto ne so, questi ADC non sono economici.

Ora, se diciamo un array uniforme rettangolare (URA) con 20 elementi di antenna, è necessario replicare il frontend RF 20 volte! Questo frontend RF in genere includerà un LNA, un mixer e l'ADC ad alta velocità.

Inoltre, l'enorme quantità di dati prodotti dal sistema sopra descritto è enorme e richiede una grande capacità di memoria e di elaborazione.

Le mie domande sono quindi:

1. Lo scenario sopra riportato riflette come sono implementati i pratici sistemi di beamforming o è troppo ingenuo? mi sto perdendo qualcosa di fondamentale qui?
2. Esistono trucchi per l'elaborazione dell'hardware / del segnale che possono aiutare a ridurre i requisiti hardware o di elaborazione in tali sistemi?

Grazie

Non ho mai lavorato alla progettazione di tali sistemi prima, ma penso che le tue nozioni siano valide. In particolare, sì, gli array di beamforming hanno front-end RF replicati più volte. La complessità dei radar a schiera a fasi contemporanee è sorprendente in questo senso; ci sono progetti che contengono centinaia di singoli elementi di antenna con livelli impressionanti di controllo della risposta dell'array usando varie tecniche di elaborazione del segnale.

E come sospettavi, sì, questo tipo di approccio non è economico. Gli ADC di classe Gigasample sono disponibili in commercio nella gamma di poche migliaia di dollari, ma è possibile che i front-end RF personalizzati di bassa quantità utilizzati in sistemi come questo minino il costo. Anche così, i radar con questo tipo di capacità si trovano spesso come sottosistemi in sistemi molto più costosi (come un jet da combattimento da più di cento milioni di dollari).

Per quanto riguarda l'elaborazione del segnale digitale back-end, questo è un mercato piuttosto maturo che si è sviluppato negli ultimi decenni. L'obiettivo principale è la densità di elaborazione: ottenere il numero massimo di FLOP nel volume più piccolo. Dopotutto, tali radar vengono spesso utilizzati in applicazioni con limitazioni di spazio come gli aerei. Pertanto, vedrai gran parte dell'elaborazione eseguita su FPGA personalizzati e / o computer a scheda singola che possono essere impilati in modo compatto in assiemi di chassis standardizzati (come VPX o CompactPCI ).

okay - Penso che la tecnica che stavo cercando sia la formulazione di un'apertura sintetica come nel Radar ad apertura sintetica (SAR). Il "trucco", nel caso generale, in cui sono coinvolte piattaforme di destinazione e radar statiche, sarebbe probabilmente che tutti gli elementi dell'array saranno fisicamente presenti in contrapposizione al SAR convenzionale in cui il movimento della piattaforma viene utilizzato per sintetizzare un'apertura molto ampia. Utilizzando la commutazione RF per simulare il movimento della piattaforma, è possibile acquisire sequenzialmente i dati SAR e applicare tecniche SAR ben note per ottenere le prestazioni desiderate, ad esempio una risoluzione angolare fine.

Il "fermo" in questo caso sarà il tempo extra necessario per l'acquisizione dei dati SAR rispetto a un beamformer digitale completo. Un altro è che questa tecnica può essere valida per scenari di solo beamforming su ricezione.

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