适用于雷达应用中大型阵列的实用宽带数字波束成形

我确实了解数字波束成形背后的数学原理，但不确定如何实际实施此类系统。例如，在工作于S波段的典型宽带FMCW雷达中，（基带）脉冲带宽可能高达500MHz。为了数字化该信号，您需要高速ADC，通常为1GHz采样频率。据我所知，这些ADC并不便宜。

现在，如果您说有20个天线单元的统一矩形阵列（URA），则需要将RF前端复制20次！该RF前端通常将包括LNA，混频器和高速ADC。

另外，上述系统产生的数据量巨大，需要大的存储器和处理能力。

因此，我的问题是：

1. 以上情况反映了实际的波束成形系统是如何实施的还是过于幼稚？我在这里缺少基本的东西吗？
2. 是否有任何硬件/信号处理技巧可以帮助降低此类系统中的硬件或处理要求？

谢谢

我以前没有从事过此类系统的设计工作，但我认为您的想法很重要。具体来说，是的，波束成形阵列确实具有可多次复制的RF前端。在这方面，现代相控阵雷达的复杂性令人震惊。有些设计中包含数百个单独的天线元件，并使用各种信号处理技术对阵列响应进行了令人印象深刻的控制。

就像您怀疑的那样，这种方法并不便宜。Gigasample级的ADC可以在几千美元的范围内购买到，但是像这样的系统中使用的定制的，低数量的RF前端可能会使该价格相形见war。即便如此，具有这种能力的雷达通常还是在非常昂贵的大型系统（例如，价值数亿美元的战斗机）中作为子系统使用。

就后端数字信号处理而言，这是一个在过去几十年中发展起来的相当成熟的市场。主要目标是处理密度：将最大数量的FLOPS变成最小的体积。毕竟，此类雷达通常用于飞机等空间受限的应用中。因此，您将看到许多在定制FPGA和/或单板计算机上完成的处理，这些计算机可以紧凑地堆叠到标准化机箱组件（例如VPX或CompactPCI）中。

好的-我认为我要寻找的技术是像合成孔径雷达（SAR）一样合成孔径。在通常情况下，涉及静态目标和雷达平台的“技巧”很可能是所有阵列元素都将物理存在，而不是传统的SAR，后者使用平台运动来合成很大的孔径。使用RF开关来模拟平台运动，可以依次捕获SAR数据并应用众所周知的SAR技术来获得所需的性能，即良好的角度分辨率。

与成熟的数字波束形成器相比，这种情况下的“捕获”将是SAR数据采集所需的额外时间。另一个是该技术可能对仅接收波束成形的场景有效。

只要您有一个客户愿意支付ASIC成本（即大约 2500万美元的 NRE设计成本），您就可以在一个DC至100GHz的任何CMOS芯片上获得全部20个前端，ADC和数字波束赋形算法，而 重复成本低于 20 美元成本