文献解读-基于RFSoC的多应用雷达演示器

发布时间:

2026-06

（本文数据来源：挪威国防研究院）

挪威国防研究院（FFI）是挪威的国防科研机构，主要从事国防与安全相关的应用研究与技术开发。FFI开发了多款国际著名的雷达系统，比如用于火星车的RIMFAA、鸟类与无人机探测雷达、积雪探地雷达和基于RFSoC的多功能雷达演示器VeRa。

前言

2002年Chipcon（现为德州仪器）CC1000系列芯片可作为RFSOC的起源，该芯片继承了1GHz的收发器，并且做到了极低的设计功耗。从那时起，射频组件的所有方面在速率和保真度上都有了显著提升。ADC和DAC的采样率和分辨率都显著提升。根据奈奎斯特采样定理和混叠特性，RFSoC系统可以直接在高达6Ghz甚至更高频RF上工作。

多功能射频是将多个射频传感器功能集成到一个综合套件中，在军事射频领域通常指无线电、雷达和电子战（EW）设备共享同一射频系统。这一概念已发展多年，特别是由美国海军推动，其驱动力是舰船上众多射频系统争夺空间，同时信号特征缩减的需求也在增加。RFSoC的大规模FPGA可以并行容纳多个无线电系统，而DAC和ADC的大带宽可以允许多个频段完全并行使用。此外，单芯片设计使得极快的重配置成为可能。

本篇本章小编向大家介绍VeRa的硬件设计、软件后端并且展示一些测量的结果。

一、硬件

VERA系统全程是VeRsatile RADar，其主要由三部分组成：射频前端、FPGA和主计算机。

挪威国防研究院开发者以XILINX ZUC111评估板为核心，它具有 8 个 12 位分辨率、4.096 GSps 的 ADC 和 8 个 14 位分辨率、6.554 GSps 的 DAC

VERA系统目前使用2个DAC和ADC通道，以实现极化测量。ADC采样率使用4.096GSps，使得整个工作频带位于第二奈奎斯特区内；使用相同的采样率让DAC生成雷达信号，从而可以在芯片上为整个频带生成波形。

图1：VERA系统框图

系统主波形采用280MHz带宽非线性调频(NLFM)脉冲，核心定位为高距离分辨率雷达；后续可扩展脉冲间调频、多波形快速交织等功能。

挪威国防研究院过往雷达系统均采用CPU+GPU实时处理架构，因此VERA设计时FPGA侧仅做极简预处理，核心信号处理（如脉冲压缩）均在上位机完成。优势为算法迭代灵活、调试便捷；不足为FPGG资源利用率低，后续可将脉冲压缩迁移至FPGA，当前的瓶颈为宽带脉冲采样数据量过大，超出FPGA内置有限长单位冲击响应。

信号生成通过使用存储在BRAM中的预生成非线性调频(NLFM)脉冲来处理。一个持续循环的脉冲触发发生器以恒定的脉冲重复频率工作，在发射脉冲时，它还将控制前端中的射频开关，同时标记从DAC接收数据的开始。这个非常简单的设计将来会被修改以支持可变PRF。虽然实时生成可变宽带和脉冲宽度的线性调频脉冲相当容易，但NLFM脉冲的程序化生成尚未在FPGA上实现。如果实现，将来可以为雷达创造更多灵活性，同时节省BRAM。

二、射频前端

VERA系统是一个S波段的宽带双极化雷达系统，因此射频前端必须体现这一点、图2是系统的框图，包含两个并行的射频路径，分别对应两种极化。