Projeto RF Reconfigurável para Sistemas de Missão Aerotransportados: Canalização de Alta Largura de Banda e Integração

Com o desenvolvimento de microeletrônica e tecnologia de dispositivo de largura de banda impulsionando a digitalização para frente, a integração RF subirá a um nível mais alto com largura de banda mais ampla e redução gradual em termos de volume, peso e custo. Além disso, mudanças revolucionárias ocorrerão na configuração de hardware do sistema e estrutura integrada e a generalização de hardware será uma tendência inevitável. Através da integração e miniaturização de design de sistema de missão aerotransportado, antenas de todos os sistemas podem ser resumidas ou reconstruídas em antena com um número baixo de acordo com banda de frequência e funções. Além disso, processamento abrangente é feito em antena, circuito analógico, circuito de controle, circuito digital e rede de conexão para que um sistema transceptor RF possa ser criado com amplo espectro de frequência, múltiplos canais e auto-adaptabilidade. O propósito da integração RF reside na redução de custo, peso e volume para que os usuários considerem o custo aceitável com tanto praticabilidade quanto confiabilidade subindo também. Baseado em experimentos, prova-se que MTBCF (Tempo Médio Entre Falhas Críticas) de sistemas integrados pode ser aumentado em duas vezes através de meios de comunidade, módulos, compartilhamento de recursos, testabilidade e reconstrução para realizar objetos discutidos acima.

Análise de Projeto de RF Integrado

Devido a uma série de limitações de imóveis em porta, peso, espaço e fonte de energia, projeto de integração é aplicado por sistemas de missão aerotransportados para integrar e compartilhar recursos com funções similares. Como resultado, ao garantir as implementações de índices funcionais do sistema, objetivos serão realizados incluindo peso leve, miniaturização e baixo consumo de energia de modo a ser compatível com requisito de montagem de avião.

a. Do ponto de limitação do sistema, antenas em todos os sensores e sistema transceptor respondem pela maioria de todo o sistema em termos de luz, imóveis e consumo de energia, responsáveis por emissão de sinal e percepção de sinal. Para atender a todas as demandas discutidas acima, é necessário realizar projeto de sistema RF integrado:
b. Do ponto de capacidade do sistema, feedback rápido de acordo com demandas militares exige tal flexibilidade funcional alta que novas funções podem ser adicionadas com baixo custo durante um curto tempo para alcançar atualização rápida de sistema e expansão de função.
c. Do ponto de melhoria de configuração de equipamento, é efetivo implementar projeto integrado, coleta digital e compartilhamento de informação.
d. Do ponto de flexibilidade de plataforma, aplicação de projeto de RF integrado leva transportador aéreo a atender requisito concernente adaptabilidade de montagem através de redução de peso e energização. Além disso, uma série de questões podem ser resolvidas com sucesso, como bloqueio, interferência eletromagnética e área de reflexão aumentando como resultado do aumento de conta de antena.

Atributos de RF Integrado

Para ser compatível com recursos limitados em plataforma e atender à demanda de operação militar, uma configuração aberta é aplicada em sistema de missão aerotransportado com módulo básico contribuindo para o sistema todo. Projeto de RF integrado combina detecção de radar, detecção passiva, comunicação/cadeia de dados e IFF (Identificação Amigo ou Inimigo) para que um dispositivo eletrônico integrado possa ser gerado apresentando múltiplos espectros, múltiplos meios e auto-adaptabilidade.

Atributos de RF integrado incluem:
a. Construção RF aberta;
b. Plena incorporação de digitalização, modularização, generalização e padronização;
c. Capaz de ser robusto e tolerante a falhas;
d. Habilidade de desenvolvimento secundário;
e. Alta confiabilidade, acesso a suporte, expansibilidade, peso leve e baixo custo, etc.

Elementos no Projeto de RF Integrado

Elementos de Projeto de Integração de Recepção de Rádio

Integração de recepção de rádio refere-se ao processo em que diferentes sistemas de missão compartilham um canal de entrada RF e alcançam sua própria função de recepção de sinal. Funções de canal de recepção demandam que sinais RF recebidos por antenas de recepção sejam amplificados, filtrados, convertidos de frequência, digitalizados e pré-processados de sinal e sejam saída para processador de núcleo integrado para processamento de sinal e processamento de dados. Um dos sinais possivelmente requer múltiplos canais de recepção que têm que ser operados juntos com demandas de desempenho incluindo handover de rede de compartilhamento, amplificação de baixo ruído, ganhos de canal, AGC, faixa dinâmica, largura de banda de canal e balanço de canal.

Os seguintes elementos devem ser levados em consideração concernentes à integração de recepção de rádio:

• a. Frequência de operação;
• b. Largura de banda transiente de canal de recepção;
• c. Dinâmica transiente de sinais de recepção;
• d. Sensibilidade de sinais de recepção;
• e. Largura de banda de saída maior que a largura de banda geral quando todas as missões estão segurando o mesmo canal.

Elementos de Projeto de Integração de Emissão de RF

Integração de emissão de RF impulsiona diferentes sistemas de missão a compartilharem comummente canal de saída RF para completar suas próprias funções de emissão de sinal. Canais de emissão fornecem forma de onda de sinal correspondente, modulação, conversão de frequência, amplificação de drive e saída de potência que será enviada para antenas. Seu desempenho principal reside em forma de onda de sinal, estabilidade de sinal, ganhos de canal, faixa dinâmica, potência de saída e pureza de espectro de saída.

Os seguintes elementos devem ser levados em consideração concernentes à integração de emissão de RF:

• a. Frequência de operação;
• b. Largura de banda transiente de canal de emissão;
• c. SFDR (Spurious Free Dynamic Range) de sinais emitidos;
• d. Frequência de sinais emitidos;
• e. Forma de onda de sinal de saída.

Elementos mencionados acima devem ser garantidos por emissão de RF integrada. Diferente da integração de recepção de rádio que é capaz de receber sinais ao mesmo tempo, algumas questões ainda estão disponíveis em emissão no mesmo tempo, o que ocorre especialmente em forma de onda de largura de banda. A questão-chave reside no fato de que emissão comum multi-fonte deixa altas demandas na linearidade do amplificador de potência.

Métodos de Projeto de RF Integrado

Método de Projeto de Integração de Abertura de Antena

Antena integrada ou array de antena é um componente físico-chave contribuindo para sistema de missão aerotransportado e implementa conversão entre energia RF elétrica de espaço e energia RF elétrica de alta frequência por subsistemas. De acordo com o requisito em termos de domínio aéreo, domínio de frequência, domínio de tempo e domínio de modulação, junto com suas propriedades em funções, modo de operação, faixa de frequência de operação, cobrindo domínio aéreo, período de operação, modo de modulação, polarização e adaptabilidade aerotransportada, todos os tipos de antenas devem ser integrados e tecnologias avançadas de projeto de antena atual devem ser aplicadas o máximo possível, como super largura de banda, conformal, miniaturização, abertura comum e reconstrução. Alvo de projeto ótimo deve ser atingido ao redor de índice, volume, peso e custo e todos os tipos de antenas devem receber projeto integrado com suas funções e frequências otimizadas liberadas a fim de finalmente integrar abertura de antena.

• a. Projeto de tipo integrado. Com requisito como frequência de operação, cobrindo domínio aéreo e polarização considerado, antena com alta largura de banda, alta eficiência e altos ganhos deve ser aplicada e antena ou array de antena deve receber projeto uniforme com classificação de antena simplificada.
• b. Projeto de abertura integrada. Com demanda em desempenho de antena atendida, projeto de abertura comum deve ser realizado em antena ou array de antena o máximo possível com um alvo de projeto otimizado em custo, volume e peso. Baseado em considerações em frequência de operação de antena, posição de montagem, tamanho do espaço & cobrindo faixa e resultado de discussão fundamental, projeto de abertura comum é implementado em antenas com posições de montagem similares para que múltiplas antenas ou array de antena seja arranjado na mesma abertura para reduzir espaço de montagem de antena e melhorar eficiência de uso de abertura.
• c. Projeto de compartilhamento de antena. Quando se trata de antenas com requisito de índice similar em termos de frequência de operação, tipo de polarização, ganhos e espaço de cobrimento, projeto de compartilhamento de antena é realizado através de mudança de switch, combinador ou divisor de sinal e aplicação de compartilhamento de tempo a fim de minimizar a conta de antenas.

Projeto de integração de front-end RF

Baseado em tecnologia de dispositivo de largura de banda de alta potência, Tecnologia de Microssistema, MEMS (micro sistema eletromecânico) e tecnologia distribuída, um sistema padrão de RF integrado é estabelecido através de projeto de generalização, digitalização e modularização. Além disso, canal transceptor RF geral e plataforma de hardware são estabelecidos para que canal de sistema RF possa ser compatível com todo espectro, reconstruível, digitalizado e microsistematizado.

De acordo com requisito geral de desenvolvimento de sistema de missão aerotransportado e sua definição estrutural, junto com princípios de projeto integrado, métodos de projeto de integração de front-end RF contêm os seguintes aspectos:
a. Canalização RF. Discrição e dedicação de cada subsistema funcional devem ser quebradas e todos os sistemas RF recebem projeto de canalização para levar canal transceptor RF a ser compatível com todo espectro e geralmente integrado.
b. Modularização de recurso. Todos os recursos de hardware são projetados através de quadro plano, backplane e módulos compatíveis com padrão a fim de alcançar montagem uniforme, fonte de energia e dissipação térmica de módulos de recurso de hardware.
c. Generalização de módulo. Módulos de recurso público de front-end RF passam por projeto de generalização, incluindo módulo de fonte de energia, módulo de recepção, módulo de switch e projeto de generalização é gradualmente implementado em módulo de pré-processamento multi-função. Por um lado, projeto de generalização de módulos ajuda a reduzir classificação de recurso. Por outro lado, base é estabelecida para backup de função e reconstrução.
d. Padronização de interface. Barramento padrão é aplicado em front-end RF e rede de sensor é acessada através de um módulo de interface geral uniformemente projetado. Padronização de interfaces é capaz de efetivamente reduzir tipo e número de barramento do sistema, benéfico para interconexão entre sistemas.
e. Unificação de gerenciamento de recurso. Módulo de interface geral em front-end RF uniformemente recebe e analisa demandas de administração de recurso do processador de núcleo e as envia para módulos de pré-processamento correspondentes e outros módulos com administração uniforme em front-end RF completada.

Métodos de Projeto de Modularização

Seção de sensor pertencente a sistema de missão aerotransportado, incluindo circuito analógico em front-end RF e circuito digital em rear-end RF, aplica uma estrutura de sistema aberta e usa módulos de hardware padrão com diferentes funções e poucos tipos que contêm módulo de front-end RF, módulo de recepção geral, módulo de pré-processamento, módulo de processamento de sinal, módulo de emissão multi-frequência, módulo de modulador multi-função, unidade de interface de antena e array de switch de matriz. Esses módulos podem ser combinados dinamicamente baseados em demandas em funções de RF de sensores para realizar funções de diferentes sensores. Eles podem ser projetados e fabricados baseados em uma dimensão padrão estrutural rigorosa e uniforme e serem instalados e usados em um quadro de instalação padrão.

Unidade de interface de antena completa funções de switches de mudança de RF, responsável por enviar sinais RF recebidos por antenas para módulo de front-end RF. Conectado com módulo de emissor multi-frequência, unidade de interface de antena transmite sinais RF que estão prontos para serem emitidos para antenas correspondentes. Unidade de interface de antena é capaz de resolver conflitos que possivelmente ocorrerão quando sinais transceptores estiverem compartilhando antena.

Módulo de recepção de front-end RF converte sinais RF em frequência média padrão e switch de frequência média transmite sinais de frequência média de saída por módulo de recepção de front-end RF para módulo de recepção geral, sinais de modulação de frequência média gerados por modulador multi-funcional para módulo de emissor correspondente. Switches de frequência média são responsáveis por resolver conflitos que podem ser criados quando sinais transceptores de frequência média estão compartilhando módulo de recepção geral e módulo de modulador multi-funcional.

Sinais de frequência média são transmitidos para pré-processador de sinal após serem processados por módulo de recepção geral incluindo filtragem passa-banda, conversão A/D e DDC (Digital Down Conversion). Pré-processador de sinal realiza filtragem casada em sinais após digitalização do módulo de recepção geral com transformação de fase de banda base, captura de pulso e dispersão digital completados. Além disso, também compartilha parte do trabalho de processamento de processadores de sinal e sinais digitais após pré-processamento são transmitidos para módulo de processamento de sinal. No processo de emissão, pré-processador de sinal envia sinais de banda base para modulador multi-função após implementar espalhamento de espectro digital e formatação de pulso.

Módulo de processamento de sinal é responsável por processamento de sinal de todas as funções dos sensores, incluindo desmodulação, balanço auto-adaptativo de canal, codificação e decodificação de correção de erro e criptografia e descriptografia.

Métodos de Projeto de Canalização

Como múltiplos canais estão trabalhando juntos ou independentemente em front-end RF integrado e uma certa forma de onda de sinal está sendo processada, todos os recursos de módulo de hardware podem ser combinados juntos dentro de rede de conversão digital para criar um thread de hardware suportando processamento de forma de onda de sinal. Front-end RF integrado é capaz de suportar múltiplos threads de hardware que podem trabalhar uniformemente ou independentemente em conformidade com estratégia de varredura de antena ou procedimento de processamento de sinal. Como resultado, front-end RF do sistema é capaz de processar múltiplos sinais com múltiplas funções alcançadas baseadas em demanda de processamento de informação do sistema. Canais redundantes ainda estão disponíveis em canais de RF, sintonia e frequência média para que todos os canais sejam mantidos como backups uns com os outros para aumentar a confiabilidade do sistema. Se houver algo errado com alguns canais de sinal que falham em suportar completamente o processamento paralelo de múltiplos sinais, diferentes threads de processamento paralelo ou de compartilhamento de tempo podem ser formados de acordo com modo de funcionamento do sistema e prioridade de processamento de sinal.

Como indicado na Figura 1, numerosos canais paralelos de múltiplos sinais estão disponíveis em front-end RF, os quais podem ser comutados ou trabalhar de forma paralela através de controle do sistema. Canal de recepção de sintonia extrai todos os tipos de sinais relativamente puros que então caem em frequência média através de conversão de frequência. Todos os sinais podem ser razoavelmente divididos em alguns canais de frequência média públicos com métodos de compartilhamento de frequência ou compartilhamento de tempo e são processados em receptor digital multi-função após seleção e combinação por array de switch. O sistema aplica integrador de frequência integrado com propriedades de banda larga, multi-ponto de frequência, agilidade rápida e saída de combinação.

Métodos de Projeto de Microssistematização

Microssistemas integram componentes como sensores, circuitos de leitura, processador de sinal digital, AD/DA, componentes transceptores e fontes de energia dentro de faixa de micrômetro para que volume e consumo de energia possam ser drasticamente reduzidos de sistema e configuração. Configuração de canal transceptor RF de microssistema, dispositivo e componentes com aplicação de tecnologia 3S (Sop, Sip, Soc) leva ao desenvolvimento-chave de banda de frequência larga.

Tecnologias Líderes

Tecnologias de Projeto Integrado de Sistema

Tecnologia de projeto integrado de sistema desempenha papel potencial em alcançar integração de sistema de missão, fazendo o melhor uso de todos os tipos de eficiência de dispositivo eletrônico e garantindo capacidades militares integradas. Centrando na perspectiva de sistemas, integração tem que ser implementada em sua composição, construção, funções e método de interconexão para que projeto de integração de sistema de missão possa ser otimizado. Conformando a missões militares e requisito de missão, projeto de integração de sistema de missão é responsável por definir, analisar, projetar, testar e avaliar o sistema todo de modo a impulsionar sistema de missão a ser compatível com demanda de missão em termos de funções, desempenho, confiabilidade, manutenção, suportabilidade e custo de ciclo de vida. Designers de sistema devem participar em planejamento e pesquisa de acordo com projetos fundamentais, duradouros e conformais da indústria.

Tecnologia de Projeto de Construção de Sistema Aberto

Construção de sistema aberto é benéfica para formação de sistemas distribuídos, fornece conveniência para interconexão e interoperação entre hardware de diferentes fabricantes, computadores com tipos de número variados ou outros. É conveniente para transplante e aprimoramento de hardware e software e expansão de funções de sistema. Também, ajuda a encolher período de pesquisa e desenvolvimento, pois suporta escala volátil do sistema.

A chave para a implementação de construção de sistema aberto reside em todos os tipos de fabricação de interface padrão e conformabilidade para que o mesmo padrão e regulamentos possam ser seguidos por diferentes unidades de desenvolvimento e fabricação de produto. Além de hardware, software também está envolvido em construção de sistema aberto, ainda desempenhando papel significativo em software de sistema aberto, reutilizabilidade e escala volátil. Além disso, é considerado como uma medida importante para reduzir custo de ciclo de vida do sistema e período de desenvolvimento. Uma nova versão de software de sistema de missão integrado deve conformar a padrão e regulamentos uniformes e algumas propriedades de software, incluindo reutilizabilidade, padronização, intelectualização, transplantação e confiabilidade devem ser incluídas entre parâmetros característicos de tecnologia de software representacional.

Tecnologia de Projeto de Integridade de Abertura de Antena

Como uma parte essencial de sistema de missão aerotransportado, antena ou array de antena é responsável por emitir e receber numerosos sinais de rádio. Devido a um grande número de composições do sistema, demandas aumentam em direção a tipos e quantidade de antenas e diferentes demandas estão disponíveis em termos de faixa de frequência de operação, modo de polarização, ganhos e cobrindo espaço aéreo. Além disso, devido à limitação de espaço de plataforma aerotransportada e posições de instalação de antena, layout de antena do sistema torna-se áspero, deixando uma demanda rigorosa para redução de conta de antena.

Para diminuir dificuldade de layout de antena do sistema, projeto de integridade de antena ou array de antena deve ser realizado após demandas serem atendidas em antena em compatível com funções. Todas as antenas devem ser integradas e compartilhadas para fazê-las front-end de sensores de compartilhamento para que abertura de antena possa ser aplicada de forma integrada. Além disso, para garantir o EMC (Compatibilidade Eletromagnética) entre funções enquanto o sistema está funcionando, projeto otimizado deve ser tomado no layout de antena no sistema para minimizar o efeito no desempenho de antena e efeito mútuo entre antenas.

Tecnologia CIP

CIP com uma integração de alto nível no sistema combina múltiplas tecnologias avançadas e muitas funções de computação, processamento, controle e administração são completadas dentro dele. CIP é responsável por processamento integrado, fusão de dados, computação de missão, geração de informação de vídeo, computação de navegação, gerenciamento de armazenamento, backup eletrônico e gerenciamento de defesa, gerenciamento de comunicação, controle de sistema e monitoramento de falha, inspeção e reconstrução de dados de entrada de sensor. Muitas características significativas de uma nova versão de sistema de missão estão envolvidas em CIP que tecnicamente faz o melhor uso de propriedades de módulo comum, sistema de processamento paralelo e sistema operacional de tempo real distribuído, processa recursos com compartilhamento de núcleo e melhora desempenho e confiabilidade para atender demandas de capacidade de processamento aerotransportado e desenvolvimento rápido de capacidade de computação.

Tecnologia de Digitalização de Canal RF Configurável de Banda Larga

Sistema de missão aerotransportado cobre uma ampla faixa de frequência, numerosos tipos de métodos de modulação de sinal e formatos de sinal e níveis de sinal com amplas diferenças. Dispositivos em sistema de comunicação de hardware de densidade tradicional apresentam uma relação de interconexão complicada, alto custo, alto nível de dificuldade de transferência de atualização e difícil interconexão entre sistemas. Portanto, é necessário depender de rádio por software e tecnologia de amostragem RF, para impulsionar a digitalização para frente e reduzir canal de processamento de front-end RF e aumentar reutilização de função de processamento de sinal digital em rear-end a fim de resolver algumas questões de integração concernentes a múltiplas funções, ampla faixa de frequência e múltiplos métodos de modulação do sistema. Além disso, aplicação de hardware e software modular traz conveniência para projeto de sistema e introdução de novas tecnologias para que o desempenho seja melhorado, custo e tempo reduzidos.

Recursos Úteis

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