主頁（http://m.by236.com）：美國Pentek 公司談FPGA如何為軍事電子戰、認知無線電和雷達信號

　　軍用雷達、電子戰和通信集成等應用對信號處理性能需求的持續提升，尤其是后兩者已步入認知應用。下面就看美國Pentek 公司副董事長、共同創始人Rodger Hosking先生談論嵌入式信號處理如何賦予電子戰和無線電認知能力，現場可編程門陣列(FPGA)如何顛覆嵌入式計算。

　　問：什么類型的需求推動軍用雷達信號處理應用發展?

　　答：軍用雷達希望探測距離越遠越好。對于雷達系統，需要更大的快速傅里葉變換(FFT)進行更加精確的多普勒處理，才能實現對目標的速度和距離進行跟蹤。提升雷達分辨率能夠獲取目標的飛機體積、表面結構檢測等更精確信息，這些豐富信息能夠幫助確定目標。

　　同時，因為軍事系統設計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境中提取目標，因而造成雷達波形逐年復雜化。

　　問：哪些因素導致軍事通信中的信號處理要求提升?

　　答：軍事應用想要更寬的帶寬來處理擴頻信號，需要更多的信道來處理增加的通信量。關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，增強信號的檢測和利用能力。為此，需要采樣率達到GHz的快速數據轉換器，實現寬帶信息的數字化。反過來講，這就需要更多的數字信號處理資源來實時運行所需算法。最理想的處理方法是，FPGA內配置數千個數字信號處理器(DSP)，所有DSP并行運行。

　　數據轉換器與FPGA之間也需要更快速的嵌入式系統鏈路，機箱內電路板之間和系統與子系統之間也需要更高的數據速率連接。

　　問：認知是用于描述下一代無線電和電子戰技術的。嵌入式數字信號處理是如何賦予系統認知能力的呢?

　　答：認知無線電具備了解周圍環境、自動區別友方信號和敵方信號、檢測潛在干擾并將干擾轉到別的頻率以避免受到干擾攻擊等能力，通常也稱作“自適應無線電”。

　　認知系統的反應速度比人更快，能夠在最短的時間恢復通信鏈路，抵抗干擾攻擊，保持比敵人領先一步。類似的方法也用于認知電子戰，面對威脅和干擾，認知電子戰系統變得更加智能，更加敏捷。

　　為了實現認知能力，需要超高端的信號處理能力，以快速有效的運行所需計算。這種情況下，只能利用FPGA和商用處理器實現如此高端的信號處理系統。

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

　　答：實時信號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。為應對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，每個單元的額功耗下降了，所以更高性能的新一代FPGA功耗不會高于舊版本。

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

　　答：由于國防預算縮減，美國國防部不再資助從頭開始的技術研發，而是將研發的負擔推給承包商，或者與承包商分擔成本。這是一種聰明的舉措，國防部采購了更多的COTS。但我們希望國防部的工程師能夠更加直接的參與到我們系統設計和產品選擇過程，降低過程中作抉擇所花費的時間。

　　問：與20世紀80年代Pentek剛成立時相比，目前軍方采購與當時最大的區別是什么?

　　答：當時，我們通常直接與政府機構內的系統設計人員打交道。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。但我們直接與這些工程師直接交流，討論所要求的板級規格，討論元器件的選擇。隨后，我們新設計的VME總線剛一出現就成為一種開放的標準，迅速被政府客戶接受。

　　幾年以后，20世紀90年代，國防部秘書長Williman Perry上臺后，政府轉向對外采購新設計。現在，政府工程師們提出系統到系統集成商的完整要求，由系統集成商選擇組件。Pentek等絕大多數板級設計方只是與主承包商或小型集成商溝通。

　　這樣做的優勢是降低成本，解決方案更具競爭性，更易采用新技術。但劣勢是終端用戶與板級設計方難以有直接溝通。

　　問：過去30年間，什么技術對軍用信號處理影響最大?

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

　　與CPU和GPU等可替代器件不同，FPGA具有許多特殊功能，對于軍事和航空航天系統至關重要。FPGA的可重構特性讓設計人員能夠配置和并行連接硬件資源，以滿足最棘手的實時處理需求。當前的FPGA產品已具備軟件控制重構能力，可在任務運行期間進行重新配置以應對不斷變化的威脅。

　　例如，美國賽靈思公司的Kintex UltraScale FPGA，能夠將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等進行GHz頻率采樣，提供Gbit串列接口。DDDR4 SDRAM復雜內存控制器支持2.4GHz快速數據讀/寫。具備這些不同的、高性能特性，FPGA可提供完整的信號采集、處理和接口子系統，很好的適應電子戰和雷達系統的快速輸入/輸出、低延遲和高計算強度需求。

　　問：未來5至10年，什么技術對軍用信號處理影響最大?

　　答：片上系統(SoC)。對于10GHz或40GHz高速連接的系統控制器，需要一個CPU來處理協議，需要一個緊密集成的FPGA進行實時處理。基于SoC的遠程信號采集模塊可以靠近天線放置，執行數字化和預處理操作，然后將有效數據通過光學鏈路傳輸到主系統。這為雷達、電子戰，甚至是軍用無線通信的信號處理系統，提供了很好的解決方案。

　　Pentek公司簡介

　　美國Pentek公司主要為DSP、軟件無線電和數據采集提供嵌入式計算機板和記錄系統解決方案，產品適用于商用現貨和惡劣環境。