Проектирование и реализация генерации, приёма и обработки сигналов цифровой фазированной антенны на основе RFSoC

В последние годы научные достижения в области цифровых фазированных антенн (Digital Array Radar, DAR) стали особенно заметны. Однако традиционные схемы приёма и обработки радиолокационных сигналов, основанные на сочетании радиочастотных (RF) фронт-энд цепей и плат обработки на программируемой логике (FPGA), по-прежнему обладают присущими ограничениями, что затрудняет выполнение современных требований радиолокационных систем к миниатюризации, высокой гибкости, работе в реальном времени и многоканальной кооперативной обработке. Для решения этих задач в статье предлагается полноцикловая архитектура генерации, приёма и обработки сигналов DAR на базе технологии Radio Frequency System-on-Chip (RFSoC). Для генерации и приёма радиолокационных сигналов используются встроенный RF-цифровой преобразователь RFSoC и проектирование конечного автомата (Finite State Machine, FSM) для построения интегрированной архитектуры, обеспечивающей синхронизированную генерацию и приём сигналов. В области обработки сигналов, опираясь на гетерогенные вычислительные характеристики программируемой логики (Programmable Logic, PL) и вычислительной подсистемы (Processing System, PS), реализована стратегия разделения задач для создания каскадного конвейера обработки. Этот конвейер последовательно выполняет сжатие импульса, обнаружение движущихся целей (Moving Target Detection, MTD), цифровое формирование диаграммы направленности (Digital Beamforming, DBF), обнаружение с постоянной частотой ложной тревоги (Constant False Alarm Rate, CFAR), интеграцию целей и монопульсное угловое измерение по суммарно-разностной амплитудной компарации. Экспериментальные результаты демонстрируют способность предложенной архитектуры обеспечивать стабильное сопровождение динамических целей в сложных полевых условиях. Решение предоставляет практический технический путь для проектирования следующего поколения программно-определяемых и миниатюризируемых систем цифровой фазированной антенны.