浅析雷达技术新应用

频系统领域的芯片级创新。

从其他途径也可实现SWAP-C降低。美国国防高级研究计划局（DARPA）已经启动了一项研究，其目标是将磁性器件与射频及数字集成电路（IC）工艺相集成。磁性、小型、单片集成器件(M3IC)项目的目标是实现通信、雷达与电子战（EW）系统的小型化，支撑新的控制/功能方法。从DARPA项目信息来看，目前还不清楚该项目是否对超材料技术敞开应用，因为经验证证实，某些超材料拥有磁性特性。

5、对器件和设备的影响

最新的雷达与无线电系统是由先进计算机系统控制和解析的一种复杂的高集成数字、模拟和射频/微波电子器件合体集（见图5）。支撑大多数现代雷达的SDR技术也应用于Wi-Fi 路由器、智能手机、汽车和蜂窝基站。宇航、防御雷达与现代商用无线电之间的差别在于射频与数字电子器件的复杂度、带宽和功率，以及天线的尺寸与功率处理能力。

图5、现代雷达信号链应用了许多射频与微波器件

然而，随着消费与工业无线电与雷达技术的进步，在能力与复杂度方面的这种界线开始变得模糊不清。为了维持其领先地位，美国国防部继续投资开发下一代宇航与防御雷达器件与设备。这将对这些器件与设备本身，以及用于设计、测试和制造它们的设备产生影响。

5.1 模拟/数字电子器件

先进的DSP和数字波形发生技术提升了下一代雷达波形的编程能力与灵活性。商用FPGA能力已经非常强大，拥有20TMAC以上的定点运算性能和每秒10万次次浮点运算(TFLOPS)的单精度浮点性能。并且，与中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）不同的是，FPGA可按需求变化进行配置。在军事场景下，这些优势推动和支撑雷达灵活顺应不断变化的威胁，特别是在考虑等待时间、并行工作、输入/输出（I/O）速度和计算强度等能力的时候。

但是，无论处理能力多快，模拟数据首先必须转换成数字数据，才能利用这些优势。因此，模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）的发展增加了ADC/DAC器件，以支撑在千兆赫频率上直接射频合成与采样的速度。尽管对于大多数已部署系统来说，目前在更高的微波和毫米波频率上进行直接射频合成与采样都是不可行的，但是无线电装置中所使用的几种2.4 GHz（工业、科学与医疗波段，或S波段）波段ADC/DAC就拥有这种能力。更高频率上的数字合成与采样消除了上变频级和下变频级，在增加带宽的同时，消除了高微波与毫米波频段雷达信号链中由混频器导致的性能限制。

随着对FPGA通用处理器(GPP)和ADC/DAC的要求日益增加，还提出了对包括高速RAM、长期存储器，如固态驱动器（SSD）、嵌入式计算机和数据采集控制系统在内相关器件与技术需求。

5.2 射频/微波电子器件

与无线电硬件类似，雷达信号链组合了多种发射与接收能力并能处理高功率电平、大带宽和复杂信号调制，同时还需要一批开关滤波器组和移相器。T/R模块为每个天线阵列单元馈电，向天线传送DSP生成或解析的微波或毫米波信号，然后利用接收机接收回波。T/R模块在几个阶段中进行信号放大、过滤和上/下变频。同轴、带状线或波导连接器以最小的损耗，将高保真信号从一个子系统传送至另一个子系统。

5.3 测试与测量设备与设施

最新雷达技术的带宽远远超过商用测试与测量设备的能力，而价格昂贵的定制测试系统在某种程度上可以弥补这一差距。尽管灵活性与编程能力得到增强，但也不可能测试新型雷达系统的每一种工作模式与工作条件。这样推动了开发更多模块化与可配置测试设备及更先进EM与设计仿真软件。

例如，针对雷达表征，要更多地组合应用实时频谱分析仪（RTSA）与矢量网络分析仪（VNA）。由于雷达波形的自适应与变化，还需要一些敌我识别（IFF）和测试这种能力的新方法。这就要求测量设备本身就是配备高水平诊断与报告能力的先进雷达。

大带宽信号发生器必须供给复杂的雷达波形。此外，用于测试射频、物理和生存特性的现代设施也是必需的，包括电磁兼容/电磁干扰（EMC/EMI）设施、振动台、环境暗室和近/远场测试靶场。

结论

满足现代战场空间最新需求的雷达系统和众多雷达新应用都要求采用先进的技术与工艺，如数字与射频/微波硬件，模拟软件和测试系统。由美国国防部发起，宇航工业与国防机构实施的新材料开发降低了SWAP-C。所有层面的雷达设计与实现正在发生变化，从而加速下一代系统的开发。射频集成电路（RFIC）与单片微波集成电路（MMIC）设计、DSP工艺、材料科学和测试之间的界线正变得模糊不清。

宇航、防御和汽车雷达的交货时间与设计周期正日益压缩，为器件与设备的采购施加了巨大压力。许多