一台紧凑型设备要连续记录 80 MHz 带宽、160 MHz 中频的电子侦察信号同时实时评估低至 300 ns 脉冲重复率下的来波脉冲信息。最终的方案把多块新一代 FlexRIO 模块、宽带高性能数字化仪和一块经过改造的 PXI Express 机箱内数据流模块组合在一起做成了 CESAR 80。宽带接收机机柜与频谱监测设备界面呈现宽带频谱瀑布图01 要做什么背景与技术难点电子侦察领域长期存在一道分工线电子支援措施ESM系统要为战术态势报告快速给出结果而经典的 ELINT 系统则包含大量评估与记录功能。今天对灵活性的要求意味着解决方案必须跨过 ESM 与 ELINT 之间的这道传统鸿沟。从需求侧看用 ELINT 系统采集的数据做技术评估评估结果会进入数据库供那些强调快速识别所采集辐射源的系统使用例如雷达告警接收机RWR或 ESM 系统。换个方向说当前的电子侦察系统必须做成战术 ELINT 系统既要能快速识别辐射源又要具备完整的数字记录能力以便把尚未知悉的辐射信号传出去做更详细的分析。该项目面对的挑战正是这个矛盾的具体版本——研制一台成本可控、结构紧凑的设备连续记录某电子侦察系统输出的、带宽 80 MHz、中频 160 MHz 的信号并具备实时评估来波脉冲信息的能力。02 难在哪实时评估与连续记录要同时成立第一重难处是实时性。脉冲信息要在低至 300 ns 的脉冲重复率下完成评估留给系统的处理窗口极窄。第二重难处是数据量与保真度。设备要按 80 MHz 范围、14 bit 分辨率记录信号用于后续的脉内分析。带宽越宽、分辨率越高后端需要落盘的数据就越难对付。第三重难处是存储通路。中频信号要被连续流到 RAID 系统上这意味着从采集、处理到存储的整条链路都不能成为瓶颈。而且除了连续记录设备还要提供智能的事件驱动记录方式脉冲描述字与流盘的中频信号都要带 GPS 时间戳记录。最后一重是形态约束。设备最终要用在移动系统里于是上述所有指标还得一并塞进 19 in.、4 HE 的紧凑结构中。03 方案用模块化商用现货换灵活性方案的结果是 CESAR 80COMINT and ELINT Signal Analyzer and Recorder。它的做法是把多块新一代 FlexRIO 模块、宽带高性能数字化仪以及一块经过改造的 PXI Express 机箱内数据流模块组合起来形成一台既能记录又能评估 ELINT 信号的紧凑设备。结构上CESAR 80 设计了一路 160 MHz 中频接收通道、一路用于视频信号数字化的接收通道以及用于存储数据的 RAID 系统再配合高速数字适配模块把数据快速处理掉。值得关注的是它的平台无关性与模块化商用现货COTS设计这带来了灵活的硬件配置调整余地也是它能成为这类系统核心组件的原因。它把三件事组合在一起快速而精确的分析功能、80 MHz 带宽的中频流以及紧凑的结构。在系统集成层面CESAR 80 通过千兆以太网口接入复杂的电子侦察系统这个端口同时充当所有组件控制与操作的控制站。04 LabVIEW 里的程序PDW 生成、流盘与离线分析开发人员使用 LabVIEW 系统设计软件和 LabVIEW FPGA Module 完成编程。脉冲分析这条链路是自下而上搭起来的。视频接收信号先被数字化数据在 FPGA 中处理系统为每一个检测到的脉冲生成一个脉冲描述字PDW其中包含识别出的脉冲参数。脉间分析则建立在对已生成 PDW 的处理之上。分析软件支持从先前保存的 PDW 中自动提取辐射源也支持对来波脉冲做在线分析操作员可以随时中止自动分析。数字记录这条链路是另一套逻辑。设备的中频信号被数字化后流到 RAID 系统上用于更详细的脉内分析。除了连续流设备还提供智能的事件驱动流。PDW 与流盘的中频信号都使用 GPS 时间戳记录。回看数据时用户通过离线分析工具OAT打开记录文件用不同的可缩放视图和更高分辨率的频谱显示做细致的信号分析。已保存的 PDW 和数字记录还可以导出到其他分析环境供进一步研究使用。05 结果设备已经集成进一套战术 ELINT 系统后续还计划集成到更多 ELINT 系统中同时也在规划一个独立版本。从功能覆盖上看它同时照顾了两类分析需求80 MHz 范围、14 bit 分辨率的数字记录服务于日后的脉内分析快速的脉间分析结果则即时贡献到电磁态势图里。这套方案还在继续演进记录带宽正在扩展到 600 MHz这个范围选项将与已经实现的 80 MHz 窄带记录在同一台设备中提供此外还计划增加脉冲分析与数字记录的存储深度。06 这个案例说明什么这个案例里最值得借鉴的是它对实时与记录两条链路的切分方式。凡是要求即时出结果的判断比如脉冲检测与 PDW 生成都被放在 FPGA 里完成凡是代价高、允许晚一点做的分析比如脉内细节与辐射源自动提取都被交给记录文件和离线工具。两条链路的时延预算完全不同分开设计才不会互相牵制。第二点是模块化的价值。商用现货的模块化设计让硬件配置保留调整余地同一套架构既能按 80 MHz 窄带记录交付也能朝 600 MHz 的范围选项演进。对需求仍在变化的项目而言这通常比一次性把指标做满更实用。第三点是可以把在线分析与离线分析做成同一套数据的两个视图。PDW 与中频记录都带 GPS 时间戳离线工具能直接读取这些文件还支持导出到其他分析环境。数据格式统一之后在线快速判断和事后深度分析才真正连成一条链路。FPGA 先判主机后算把实时性要求高的脉冲检测与 PDW 生成放进 FPGA深度分析交给离线工具。为升级留出通道窄带 80 MHz 已在用600 MHz 扩带与更大存储深度都在同一架构内推进。07 写在最后我们专注 LabVIEW 软件开发与测试测量系统集成从硬件选型、方案设计到现场交付调试提供一站式服务。无论是 FlexRIO 上的 FPGA 实时处理、宽带中频信号的连续流盘还是 PXI 平台的系统集成都欢迎在评论区留言身边朋友有类似项目也欢迎帮忙引荐。