Тракт обработки реального времени прототипа пассивного радара Prim Ceramic 2700 образует связка RF модуль -> АЦП -> ПЛИС. В терминологии PCL, тракт — это частотный канал, или бистатическая секция. Прототип содержит две бистатические секции, что позволяет разрешить принадлежность целей за счет пересечения двух эллипсов неопределенности.

Тракт обработки пассивного радара: RF модуль, быстродействующий АЦП и сигнальный процессор на ARM/FPGA

В нижней части расположена плата RF модуля, который обеспечивает прием и усиление сигнала, поступающего с антенной системы пассивного локатора. RF модуль разработан и изготовлен компанией Primaria для линейки продуктов, связанных с обработкой радиосигнала, в первую очередь для PCL. Выход модуля образован двумя аналоговыми I/Q каналами. Управление модулем, в частности задание частоты производится через интерфейс I2C. На модуле расположен синтезатор с опорным генератором, которые используются в режиме Master. В режиме Slave опорные частоты поступают с RF модуля, который работает в режиме Master, для обеспечения когерентного многочастотного приема и обработки.

Параметры платы следующие:

• диапазон входных частот: 50 МГц — 2 ГГц
•  температурная стабильность синтезатора: 10-7
• уровень шума, приведенный ко входу: о,6 Дб
• полоса пропускания по промежуточной частоте: 5 — 240 МГц

I/Q составляющие RF модуля через высокочастнотый кабель подаются на быстродействующий АЦП, выполненный на мезонинной плате с FMC соединителем высокой плотности.

Прототип сигнального процессора выполнен на отладочной плате ZedBoard (верхняя часть фото), ядро которой составляют АРМ процессор и ПЛИС. Справа на плате расположен FMC соединитель, к которому подключена плата четырехканального АЦП. Конфигурация платы обеспечивает передачу параллельных выборок АЦП в ПЛИС с последующей обработкой и передачей промежуточных данных в АРМ ядро. Разработка приложений для ядер АРМ и ПЛИС ведется в среде Vivado. На АРМ ядре установлена ОС Linux Embedded.

Дальнейшую обработку выполняет модуль BeagleBoard, который использует возможности DSP для быстрого выполнения преобразований FFT, необходимых для вычисления двумерной функции неопределенности.

Сигнальный процессор обеспечивает оцифровку I/Q сигналов RF модуля со скоростью 250 М/выборок в секунду с разрядностью параллельных данных АЦП 16 бит. Для увеличения динамического диапазона тракта используется передискретизация и специальные технологии цифровой фильтрации сигналов.

Сигнальный процессор выполняет следующие функции бистатической секции пассивного радара:

• адаптивную фильтрацию основанную на процедуре ортогонализации Грама – Шмидта и множественном регрессионном фильтре;
• непрерывное формирование матрицы функции неопределенности (Ambiguity Function) с размерностью Range bins х Dopler bins;
• plot extractor базируемый на алгоритме CFAR.

Сформированные плоты упаковываются в поток фреймовой структуры и передаются на мультистатическую секцию прототипа по внутренней сети Ethernet прототипа.

Количество сигнальных процессоров прототипа Prim Ceramic 2700 соответствует количеству бистатических секций пассивного радара, которое в свою очередь определяется количеством используемых частот.

Мультистатическая обработка реализована на многоядерной x86 платформе и выполняет функции ассоциации плотов, разрешения неоднозначности и построения треков целей.

На фото внизу показан прототип в сборе. Цифрами обозначены узлы:

Прототип PCL «Prim Ceramic-2700» в сборе

1. Диаграммаобразующая схема антенной системы
2. Основной радиоканал для тракта цели (эхо — сигнал)
3. Опорный радиоканал для тракта помехи (опорной станции)
4. Интерфейс управления I2C для радиоканалов: частоты синтезатора и другие параметры
5. Квадратурный I/Q выход радиоаналов
6. Фильтры ограничивающие полосу
7. Опорная частота для обеспечения когерентного приема в двух радиоканалах
8. Высокоскоростной 2x канальный АЦП FMC модуль с частотой выборки 250 млн. 16 — разрядных I/Q отсчетов в секунду
9. 2x канальный адаптивный фильтр на основе ARM / FPGA модуля
10. Плата ARM / DSP для вычисления в реальном времени функции неопределенности и построения плотов целей по методу CFAR
11. Ethernet коммутатор связывающий модули для передачи данных

Мультиканальная и трекинговой обработка выполняется на внешней рабочей станции с видеокартой, что позволяет использовать Python модули OpenGL для отображения воздушной обстановки в реальном времени.