はじめに：

レーダイメージ今日のレーダと電子戦（EW）システムは、戦場での成功に重要な役割を果たしています。敵の航空機、船舶、地上車両の探知とその通信妨害、ミサイル誘導、地形マッピング、敵のレーダのスプーフィングなど、作戦の成功には電磁スペクトルを支配することが最も重要です。スペクトルを制御するということは、戦闘員が安全に保たれ、敵を寄せ付けないことを意味します。国防総省 (DoD) が 2013 年の電磁スペクトル戦略の行動喚起で指摘したように、現代の戦場での成功は電磁スペクトルの支配にますます依存しています。

「国防総省 (DoD) の空、陸、海、宇宙、およびサイバースペースの作戦は、電磁スペクトルアクセスへの依存度がますます高まっています… 国防総省は、将来の混雑し競合する電磁環境へのアクセスを確保するために、今すぐ行動する必要があります。具体的には、同省はスペクトルリソースを取得して使用する方法を適応させる必要があります。私たちのアプローチには、より効率的で柔軟で適応性のあるシステムを獲得すると同時に、より機敏で適時的なスペクトル作戦を開発して、私たちの軍隊が確実に任務を完了できるようにすることが含まれなければなりません。」

2018年初め、ヘザー・ウィルソン空軍長官は、「大国間の競争が再燃しており、ロシアや中国などの世界大国が非常に急速に近代化していることが明確に認識されている。彼らは防空能力を近代化しているが、空対空能力も全面的に本当に近代化している。近代化のペースが速いため、米空軍にとってはペースを保つ脅威となっている。」と述べた。

敵は進化する：

敵が進化し続けるにつれて、脅威に対抗するためのテクノロジ要件も進化します。レーダとEW技術も例外ではありません。レーダシステムの動作周波数範囲が拡大し続けるにつれて、帯域幅が広くなると妨害や干渉が起こりにくくなり、電子戦システムもより広い帯域をカバーする必要があります。さらに、システムごとに必要なチャネル数も増加しています。より広い帯域幅とより多くのチャンネルは、より広い範囲と追跡可能なターゲットを意味します。

より広い帯域幅とより多くのチャネルを求める傾向が高まるにつれ、柔軟なハードウェアプラットフォームの必要性がますます高まっています。FPGAベースのデジタル受信機は、レーダおよび EWシステムのフロントエンドです。アナログ/デジタル変換システムに FMCモジュールを活用する製品は、現在の課題に対する柔軟で高性能なソリューションを提供しています。

システムの柔軟性は、パフォーマンス要件が変化したとき、または次世代テクノロジが導入されたときに、FMCモジュールなどのハードウェア部分をアップグレードできることから生まれます。ハードウェアレベルでの柔軟性は、より広い帯域幅、より多くのチャネル、高い適応性といった厳しい要件を克服するのに役立ちますが、この柔軟性をアンテナに近づけることができれば、さらに優れた柔軟性が提供される可能性があります。

ザイリンクスのイノベーション：

ザイリンクスの Zynq® UltraScale+™ RFSoCデバイスは、このようなソリューションを提供します。第３世代デバイスファミリは、統合 ADC (5.0GSPS で 8つの 14ビットチャネルサンプリング)、柔軟な ADC/DAC クロッキングを備えた DAC (10.0GSPS で最大 8つの 14ビットチャネルサンプリング)、構成可能なロジックエレメント、マルチプロセッサ組み込み ARM Cortex-A53 アプリケーションプロセッシングユニット (APU)、および ARMリアルタイムプロセッシングユニット (RPU) を備えています。これらのデバイスをすべて統合することで、通常デジタル受信機のアンテナの近くで行われるアナログ信号処理アクションの多くをデジタル領域に移行することができます。

Abaco_VP431 これにより、RF信号処理チェーンの複雑性が軽減され、さまざまなアプリケーションに対応するために 1セットの柔軟なハードウェアを標準化し、広帯域幅を犠牲にすることなく入出力チャネル密度を最大化し、異種混合処理機能を活用できるようになります。同時に、IPの安全性を維持する Zynqアーキテクチャの組み込みセキュリティ機能も活用できます。

Abacoの「VP431」は、RFSoCデバイスを搭載した第2世代 COTS 3U VPX ボードで、RFSoC の利点を提供し、データをより効率的にオフロードできるソリューションを提供します。ユーザーは、コストの削減、ライフサイクルサポート、将来のテクノロジの導入の簡素化を活用しながら、できるだけ早く導入を開始できます。

FPGA vs MPSoC vs RFSoC

FPGA_MPSoC_RFSoC

RF信号チェーンの複雑さを軽減：

複数のチャネルを備えたレーダおよび EWシステムにおいて、チャネル数が増えることはより高価で大規模な RF信号のアップ/ダウンコンバージョンと信号調整を意味するため、コストと複雑さの課題に悩まされます。これに対する一般的な解決策は、ダイレクトRFサンプリングです。これは、従来のアナログ周波数変換やフィルタリングよりも柔軟なアプローチです。ダイレクトRFサンプリングはデジタル領域で実装できるため、消費電力が少なく一般的にコストも安くなります。

これは、RFフロントエンドが消費電力を抑えながら、従来のアナログ技術よりも広い帯域幅を処理できることを意味します。RFSoCデバイスのように、A/Dコンバータで非常に高いサンプルレートを使用することは、アナログフィルタリングと調整の多くをアンテナの近くで実行できることを意味し、これまでに可能であったものよりもシンプルで柔軟なフロントエンドを提供します。

VP431はこの利点を提供し、レーダ、通信、EWで一般的な多くの周波数範囲に対する複雑なアップコンバージョンとダウンコンバージョンの必要性を最小限に抑えるのに役立ちます。

これは、レーダおよび電子戦システムの場合、ソフトウェアレベルでのデジタル信号処理の制御が強化され、新しい脅威が出現したときにシステム全体をより迅速に適応できることを意味します。これは、真のコグニティブレーダと EWの基礎も築きます。

さらに、ADCとDAC は歴史的にプログラマブルFPGA とは別のデバイスであったため、デバイス間の通信には高速インターフェイスが必要でした。近年、JESD204B が高速シリアルインターフェイスとして一般的に使用されていますが、遅延と設計の複雑さの点でコストがかかります。一部のレーダまたは EWアプリケーションでは、JESD204B からの遅延が大きすぎるため、システム統合にこのインターフェイスを使用するデバイスが除外されることがよくあります。RFSoC はこれを克服するのに役立ちます。ADCとDACをデバイスに統合することにより、JESD204Bの必要性がなくなり、設計の複雑さが簡素化され、レイテンシの短縮に役立ちます。

RFSoCテクノロジ – 何が重要か?

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I/Oチャネル密度を最大化する：

電磁スペクトル支配に対する新たな脅威の範囲に対処するために、現代のレーダおよび電子戦システムには、チャネル数の増加とより広い帯域幅が必要です。 Abaco の VP431 は 8 チャネル ADC と 8 チャネル DAC を備えており、業界で最も高密度の 3U VPX アナログ FPGA キャリアボードの 1 つとなり、16 チャネルすべてを同期できるだけでなく、さらに大規模なシステムアプリケーション向けに複数のボードを同期する機能も備えています。前世代のテクノロジでは、この組み合わせには 4 倍のボードが必要でした。

異種混合処理能力：

多くのレーダおよび EWシステムでは、FPGAを備えたストリーミングDSPと、決定と制御用に汎用プロセッサの両方が必要です。以前は、これらの処理要件は別のモジュールによって処理されていました。今回のVP431では、RFSoCテクノロジを活用することで、両方の機能を1つのモジュールで実現できるようになりました。

これは、コグニティブまたはスマートレーダ/EWテクノロジに対する需要の高まりに特に当てはまります。さらに、RFサンプリングデバイスとの統合が簡素化されているため、JESD204B高速シリアルインターフェイスの複雑さが解消されます。これは、デバイス間通信などの基本機能によって消費されるプログラマブルロジックエレメントが減り、アプリケーション固有のIPが利用できる計算リソースが以前よりも多くなることを意味します。

データをより効率的にオフロードする：

VP431は、RFSoCデバイスの前述の利点をすべて得ることに加えて、オプションの8チャネル VITA 66.4 光ファイバーインターフェイスを利用することで、より効率的にデータをオフロードすることもできます。

システムに多くのチャンネルと最高のサンプルレートが含まれる場合、データの大量ストリームをどのように処理するかという問題が常に発生します。常に、システムはFPGA内のデータを間引き、処理または転送する必要があります。多くの場合、システムはデータ接続ファブリックに限定されます。VP431には従来のVPXデータプレーンインターフェイスがあり、ホストコンピューターへの PCIe x4 Gen3 接続が可能です。

8つのADCがサンプルあたり2バイト、最大 5GSPSのレートでサンプリングを行うため、最新の PCIe Gen3 高速データ接続でもダイレクト転送するには遅すぎます。この課題を克服するために、VP431にはバックプレーンに最大100GbEが搭載されており、100Gb/s Aurora または 100Gイーサネットをサポートする最大 8チャネルの光ファイバーインターフェイスのサポートと、チャネルあたり最大 100G イーサネットの転送用の 8チャネル VITA 66.4 光ファイバーインターフェイスを構築するオプションも含まれています。

将来のレーダと電子戦システム：

戦場で電磁スペクトルを制御することは、ミッションを成功させるために不可欠です。その制御を獲得し維持するための主要な要素は、最先端のレーダと電子戦システムを備えていることです。

将来のシステムは、広帯域幅を監視および操作できるほど強力であると同時に、可能な限りリアルタイムに近い状態で適応できる十分な柔軟性を備えていなければなりません。RFSoC のようなテクノロジを活用すると、軍隊が敵よりも適応力を高めるために必要な優位性を得ることができます。

原文ドキュメント：Abaco Systems社

RFSoC for Radar and Electronic Warfare Solutions Brief 2021 _1.pdf

RFSoC for Radar and Electronic Warfare

Abaco Systems社について

Abaco Systems社は、30年以上前の英国Plessey Microsystems社がルーツとなる企業です。Plessey社はICS社とOctec社を買収してRadstone社となりました。2006年にRadstone社は、SBS社、VMIC社、Condor社などの組み込みコンピューティング企業を買収したGE Fanuc Embedded Systems社に買収されました。2015年にEmbedded Computing部門がVeritas Capital社に買収され、Abaco Systems社が誕生しました。更にAbaco Systems社は4DSP社を買収し、FPGAボードやAD/DA FMCモジュールのラインナップを拡充して組み込みシステムビジネスのリーダーとしてマーケットを牽引しています。Abaco Systems社の詳細については、www.abaco.comを参照してください。

レーダ・LiDAR , 航空宇宙 AE86：レーダおよび電子戦（EW）用のRFSoC