射頻感測器綜合開放式架構實現

射頻感測器綜合化的技術結構框架來源於「SAEAS4839」中所描述的通用開放結構（General Open Architecture，GOA），GOA提供的技術框架定義了應用開放系統的組件、架構和介面標準，可規範系統的軟/硬體設計，其定義的邏輯介面和直接介面能用於確定系統功能的實現途徑，其中邏輯介面定義了信息是怎樣交換的，直接介面定義了信息是怎樣通過系統傳輸的。

通用開放結構（GOA）一般應用於數字領域，很少有射頻的或模擬電路的開放式系統結構。美國國防部開放式系統聯合任務組（Open SystemJoint Task Force，OS-JTF）提出了實現射頻綜合的途徑，確定了一種實現射頻綜合功能的基本架構。這種基本架構是一種抽象的框架，用於提供對公用結構的理解和定義邊界介面，有助於最底層功能的劃分。基本架構表明了系統內部功能的分類，但並不規定系統的實現方式，只是確定了技術結構的功能劃分和介面。開放系統一個重要的方面是確定「原子層」，即定義為開放介面維護的最底層。

射頻綜合技術的基本架構的描述如圖1所示。這是從GOA結構擴展而來的，與GOA系統的區別在於它提供了適應不同射頻感測器系統應用的可選擇服務以及物理和邏輯的介面。其中，軟體和處理層及其介面來源於GOA。這就表明大量的規範與GOA相同。

圖1射頻綜合功能的基本架構

圖1中的基本架構是上面層次中第4層和3層（4L和3L）的介面，與GOA系統是相同的，即應用軟體要符合應用程序介面（API）與操作系統的交聯；與GOA不同的是，它定義了下面兩層（2L和1L）的功能，第2層（2L）為射頻功能服務層，第1層（1L）為處理層，與其它硬體資源的區別在於它們能夠完成射頻功能的處理。圖中的射頻控制層對射頻資源進行服務和控制，這一層可以和處理層合併。圖1中最下方是射頻（RF）資源，它產生或接收射頻信號。

這種基本架構提供了功能可變化的基本結構，可根據不同的射頻功能需求來優化系統。這裡每個射頻資源可獨立地與處理層進行介面連接，由需要完成的射頻功能來決定射頻資源的組合。

最高層4L的應用軟體是為不同的射頻應用提供軟體編程的射頻功能，它為多種應用提供標準的處理服務。3L的操作系統與一般開放式系統的操作系統一樣，它獨立於應用軟體，用來支持應用軟體在系統中運行，並使應用軟體與系統中的或外界環境的數據通過介面連接。在射頻感測器系統中，操作系統是嵌入式實時多任務操作系統。

處理層被定義為完成射頻功能所需要的其他硬體資源，在實現射頻功能中起到兩個主要的作用：首先，將操作命令轉變為對系統資源的特定控制；其次，分析由射頻感測器採集的數據，並將其格式化為對操作者有用的信息。這些軟體提供了實現特定射頻功能的指令，需要時這些功能可以交替進行，但這些處理必須是實時的。

與GOA系統的主要區別在於射頻（RF）資源層和資源控制。射頻資源層包含產生和/或接收射頻信號的必要功能，包括用來產生和接收信號的基本射頻模塊、模擬（或數模混合信號）模塊以及完成控制和管理的嵌入式數字模塊。嵌入式控制與射頻/模擬模塊介面通過低級別的控制/狀態匯流排互聯。同步器與射頻/模擬模塊的介面（如雷達定時器介面）一般採取點到點方式，以確保其精確性要求。射頻（RF）資源的大量介面是射頻/模擬模塊之間的互聯，有的綜合射頻感測器系統則通過射頻和中頻開關來實現。

資源控制層實現並控制射頻資源服務。對於沒有包括在內的部分，其功能將集成於處理層。資源控制層的區分反映了嵌入式控制高度綜合化化的趨勢，這將導致介面抽象的等級更高。

在射頻綜合技術的基本架構中，射頻/模擬模塊劃分的基本要求與一般開放式系統結構（Open System Architecture，OSA）類似，即：

·所採用的模塊可適合於不同的應用；

·模塊應易於升級，以支持新的功能或融入新的要求。

值得注意的是，在射頻開放式系統結構中，射頻模塊需做成可用數字電路模塊對其進行控制的形式，所以這種開放式結構涉及到射頻/模擬模塊、數字模塊和數字處理軟體以及射頻和數字的介面。

射頻綜合架構技術的一個典型應用是為F-35飛機預研的綜合感測器系統（ISS）計劃。

ISS將雷達、電子戰、CNI和數據鏈等功能子系統結合為一個共用實體。按前文所述的射頻綜合技術基本架構，ISS可以依據其作用而考慮為單一的GOA堆棧。ISS結構使用共用控制基礎結構，實現了統一的介面，並提供各功能中共享射頻資源的機會。共享資源的實現方法是用一個資源管理器按不同子系統要求動態地分配射頻資源，資源管理器是應用軟體的一部分，它應能滿足高速、實時分配射頻資源的要求。

基於前文所述的射頻綜合技術基本架構的ISS技術結構如圖2所示。該實例是許多基於射頻綜合技術基本架構的可實現綜合射頻感測器系統中的一個。ISS的主要部分是射頻應用軟體和射頻資源。

圖2ISS中射頻開放結構應用示意圖

ISS的射頻應用軟體包括資源管理器和雷達、電子戰、CNI以及數據鏈等子系統詳細工作的功能軟體。功能軟體可以分為管理器和模式軟體。功能管理器指示所有已分配資源的運作，為滿足苛刻時間要求，應與射頻控制器資源相結合。模式軟體是獨立的軟體模塊，主要作用是實現詳細的射頻功能操作。這些模式由功能管理器交叉存取。功能管理器還能管理其他諸如ISS GOA堆棧之外的天線孔徑資源，如電掃描陣列（Electronically Scanning Array，ESA）等。

ISS硬體資源劃分為完成專用的數字運算和完成射頻模擬或者混合數字／模擬操作的兩類模塊：

1）執行數字運算的專用ISS資源，比如射頻控制，成為模塊的數字設備，通過背板的數字化匯流排進行通信。背板的數字化匯流排使ISS內的數字通信操作更容易。在數字模塊設備中，有橋接核心處理資源的和橋接射頻/模擬資源的兩類橋接操作。

2）射頻資源通過射頻控制匯流排與射頻控制器裝置進行通信，特殊情況下可以允許通過數字化匯流排進行有選擇性的直接操作。圖2中最底層的射頻模塊可以與射頻控制匯流排交聯，以便接受上層的控制，在射頻控制匯流排與數字匯流排之間有射頻匯流排介面，以實現這兩條匯流排的交聯。

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