主頁（http://www.www.xzhtuan.com）：美國(guó)Pentek 公司談FPGA如何為軍事電子戰(zhàn)、認(rèn)知無線電和雷達(dá)信號(hào)

　　軍用雷達(dá)、電子戰(zhàn)和通信集成等應(yīng)用對(duì)信號(hào)處理性能需求的持續(xù)提升，尤其是后兩者已步入認(rèn)知應(yīng)用。下面就看美國(guó)Pentek 公司副董事長(zhǎng)、共同創(chuàng)始人Rodger Hosking先生談?wù)撉度胧叫盘?hào)處理如何賦予電子戰(zhàn)和無線電認(rèn)知能力，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)如何顛覆嵌入式計(jì)算。

　　問：什么類型的需求推動(dòng)軍用雷達(dá)信號(hào)處理應(yīng)用發(fā)展?

　　答：軍用雷達(dá)希望探測(cè)距離越遠(yuǎn)越好。對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)，需要更大的快速傅里葉變換(FFT)進(jìn)行更加精確的多普勒處理，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的速度和距離進(jìn)行跟蹤。提升雷達(dá)分辨率能夠獲取目標(biāo)的飛機(jī)體積、表面結(jié)構(gòu)檢測(cè)等更精確信息，這些豐富信息能夠幫助確定目標(biāo)。

　　同時(shí)，因?yàn)檐娛孪到y(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要更好的算法來收集更多信息，并提高信噪比性能，以便從雜亂和嘈雜的環(huán)境中提取目標(biāo)，因而造成雷達(dá)波形逐年復(fù)雜化。

　　問：哪些因素導(dǎo)致軍事通信中的信號(hào)處理要求提升?

　　答：軍事應(yīng)用想要更寬的帶寬來處理擴(kuò)頻信號(hào)，需要更多的信道來處理增加的通信量。關(guān)鍵是要改善無線電類型的分類，提高傳輸距離和抗噪聲能力，增強(qiáng)信號(hào)的檢測(cè)和利用能力。為此，需要采樣率達(dá)到GHz的快速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)寬帶信息的數(shù)字化。反過來講，這就需要更多的數(shù)字信號(hào)處理資源來實(shí)時(shí)運(yùn)行所需算法。最理想的處理方法是，F(xiàn)PGA內(nèi)配置數(shù)千個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，所有DSP并行運(yùn)行。

　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與FPGA之間也需要更快速的嵌入式系統(tǒng)鏈路，機(jī)箱內(nèi)電路板之間和系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間也需要更高的數(shù)據(jù)速率連接。

　　問：認(rèn)知是用于描述下一代無線電和電子戰(zhàn)技術(shù)的。嵌入式數(shù)字信號(hào)處理是如何賦予系統(tǒng)認(rèn)知能力的呢?

　　答：認(rèn)知無線電具備了解周圍環(huán)境、自動(dòng)區(qū)別友方信號(hào)和敵方信號(hào)、檢測(cè)潛在干擾并將干擾轉(zhuǎn)到別的頻率以避免受到干擾攻擊等能力，通常也稱作“自適應(yīng)無線電”。

　　認(rèn)知系統(tǒng)的反應(yīng)速度比人更快，能夠在最短的時(shí)間恢復(fù)通信鏈路，抵抗干擾攻擊，保持比敵人領(lǐng)先一步。類似的方法也用于認(rèn)知電子戰(zhàn)，面對(duì)威脅和干擾，認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)變得更加智能，更加敏捷。

　　為了實(shí)現(xiàn)認(rèn)知能力，需要超高端的信號(hào)處理能力，以快速有效的運(yùn)行所需計(jì)算。這種情況下，只能利用FPGA和商用處理器實(shí)現(xiàn)如此高端的信號(hào)處理系統(tǒng)。

　　問：降低尺寸、重量和功耗(SWaP)要求如何影響電子戰(zhàn)和雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)處理解決方案?

　　答：實(shí)時(shí)信號(hào)處理需求的增加需要使用更多的DSP資源，每一代新的FPGA都在解決這一問題。為應(yīng)對(duì)SWaP問題，隨著硅集成電路尺寸的縮小，雖然FPGA密度更高，但尺寸保持不變。另外，每個(gè)單元的額功耗下降了，所以更高性能的新一代FPGA功耗不會(huì)高于舊版本。

　　問：Pentek已成立30年，恰在1994年軍方采購(gòu)商用現(xiàn)貨(COTS)之前。那么，在如今的軍方采購(gòu)大環(huán)境下，COTS扮演著什么角色呢?

　　答：由于國(guó)防預(yù)算縮減，美國(guó)國(guó)防部不再資助從頭開始的技術(shù)研發(fā)，而是將研發(fā)的負(fù)擔(dān)推給承包商，或者與承包商分擔(dān)成本。這是一種聰明的舉措，國(guó)防部采購(gòu)了更多的COTS。但我們希望國(guó)防部的工程師能夠更加直接的參與到我們系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選擇過程，降低過程中作抉擇所花費(fèi)的時(shí)間。

　　問：與20世紀(jì)80年代Pentek剛成立時(shí)相比，目前軍方采購(gòu)與當(dāng)時(shí)最大的區(qū)別是什么?

　　答：當(dāng)時(shí)，我們通常直接與政府機(jī)構(gòu)內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員打交道。這些客戶首選的解決方案是兼容基于Multibus I和Multibus II的英特爾系統(tǒng)。但我們直接與這些工程師直接交流，討論所要求的板級(jí)規(guī)格，討論元器件的選擇。隨后，我們新設(shè)計(jì)的VME總線剛一出現(xiàn)就成為一種開放的標(biāo)準(zhǔn)，迅速被政府客戶接受。

　　幾年以后，20世紀(jì)90年代，國(guó)防部秘書長(zhǎng)Williman Perry上臺(tái)后，政府轉(zhuǎn)向?qū)ν獠少?gòu)新設(shè)計(jì)�，F(xiàn)在，政府工程師們提出系統(tǒng)到系統(tǒng)集成商的完整要求，由系統(tǒng)集成商選擇組件。Pentek等絕大多數(shù)板級(jí)設(shè)計(jì)方只是與主承包商或小型集成商溝通。

　　這樣做的優(yōu)勢(shì)是降低成本，解決方案更具競(jìng)爭(zhēng)性，更易采用新技術(shù)。但劣勢(shì)是終端用戶與板級(jí)設(shè)計(jì)方難以有直接溝通。

　　問：過去30年間，什么技術(shù)對(duì)軍用信號(hào)處理影響最大?

　　答：FPGA。過去30年我們也在做同樣的事情，獲取信號(hào)，然后進(jìn)行信號(hào)處理。起初，我們采用德州儀器的數(shù)字信號(hào)處理器，然后用了摩托羅拉的PowerPC，最后轉(zhuǎn)向FPGA。

　　與CPU和GPU等可替代器件不同，F(xiàn)PGA具有許多特殊功能，對(duì)于軍事和航空航天系統(tǒng)至關(guān)重要。FPGA的可重構(gòu)特性讓設(shè)計(jì)人員能夠配置和并行連接硬件資源，以滿足最棘手的實(shí)時(shí)處理需求。當(dāng)前的FPGA產(chǎn)品已具備軟件控制重構(gòu)能力，可在任務(wù)運(yùn)行期間進(jìn)行重新配置以應(yīng)對(duì)不斷變化的威脅。

　　例如，美國(guó)賽靈思公司的Kintex UltraScale FPGA，能夠?qū)�DSP性能提升50%，成本降低39%，功耗降低18%。

　　FPGA還能夠提供可配置接口用于A/D和D/A等進(jìn)行GHz頻率采樣，提供Gbit串列接口。DDDR4 SDRAM復(fù)雜內(nèi)存控制器支持2.4GHz快速數(shù)據(jù)讀/寫。具備這些不同的、高性能特性，F(xiàn)PGA可提供完整的信號(hào)采集、處理和接口子系統(tǒng)，很好的適應(yīng)電子戰(zhàn)和雷達(dá)系統(tǒng)的快速輸入/輸出、低延遲和高計(jì)算強(qiáng)度需求。

　　問：未來5至10年，什么技術(shù)對(duì)軍用信號(hào)處理影響最大?

　　答：片上系統(tǒng)(SoC)。對(duì)于10GHz或40GHz高速連接的系統(tǒng)控制器，需要一個(gè)CPU來處理協(xié)議，需要一個(gè)緊密集成的FPGA進(jìn)行實(shí)時(shí)處理�；�于SoC的遠(yuǎn)程信號(hào)采集模塊可以靠近天線放置，執(zhí)行數(shù)字化和預(yù)處理操作，然后將有效數(shù)據(jù)通過光學(xué)鏈路傳輸?shù)街飨到y(tǒng)。這為雷達(dá)、電子戰(zhàn)，甚至是軍用無線通信的信號(hào)處理系統(tǒng)，提供了很好的解決方案。

　　Pentek公司簡(jiǎn)介

　　美國(guó)Pentek公司主要為DSP、軟件無線電和數(shù)據(jù)采集提供嵌入式計(jì)算機(jī)板和記錄系統(tǒng)解決方案，產(chǎn)品適用于商用現(xiàn)貨和惡劣環(huán)境。