電子戦システム向けRFSoC
電子戦（EW）システムは、ますます混雑し、競争が激化する電磁環境に対応して急速に進化している。最新のレーダーシステムは、俊敏な波形、低被探知確率（LPI）技術、広い瞬時帯域幅、および複雑な変調方式を採用している。同時に、防衛プラットフォームは、小型軽量・低消費電力（SWaP）化、応答時間の短縮、堅牢なハードウェア、および現場での再構成が可能なアーキテクチャを求めている。
従来のマルチボード信号チェーン設計は、こうした要求によってますます限界に直面している。電子戦アーキテクチャ向けの統合型RFSoCベースのアーキテクチャは、単一の適応型デバイス内で広帯域信号取得、決定論的処理、およびコヒーレント信号生成を可能にする強力な代替手段として台頭しつつある。
現代の電子戦（EW）における課題 システムアーキテクチャ
従来の電子戦アーキテクチャは、一般的に以下の要素で構成されます。
- ディスクリート高速ADCおよびDAC
- FPGAまたはDSP処理装置
- 外部RFフロントエンド
- 独立した制御プロセッサ
- マルチボード相互接続
これらのアーキテクチャは機能的には優れているものの、遅延、同期の複雑さ、電力オーバーヘッド、およびキャリブレーションの課題を伴います。脅威環境において検出から対応までのサイクルが高速化されるにつれ、複数のデバイス間での遅延は重大な制約となります。
現代の電子戦システムには、ますます以下のことが求められています。
- マルチGSPSデータ変換
- 大きな瞬間帯域幅
- リアルタイムスペクトル分析
- 決定論的処理パイプライン
- 位相コヒーレントなマルチチャネル動作
- 広い温度範囲と堅牢な動作
こうした要求により、設計者はより緊密に統合され、防衛基準を満たしたソリューションへと向かうようになっている。
電子戦向けRFSoCアーキテクチャ
AMDのZynq UltraScale+ RFSoC FPGAは、高速RFデータコンバータ、プログラマブルロジック、マルチコアARMプロセッサ、および高速トランシーバーを単一の適応型SoCに統合しています。
この異種混在アーキテクチャにより、以下のことが可能になります。
- オプションのマルチGSPS ADCおよびDACによる直接RFサンプリング
- プログラマブルロジックにおける並列DSPパイプライン
- 決定論的な低遅延信号経路
- 組み込みARMコアによるリアルタイム制御と高レベル処理
マルチギガビットトランシーバーによる高速接続
RFSoCは、複数の信号チェーンコンポーネントを1つのデバイスに統合することで、基板数を大幅に削減し、同期性を向上させ、SWaP（サイズ、重量、電力）を低減します。これは、航空機、船舶、地上配備型の電子戦プラットフォームにとって重要な利点です。
RFSoCアーキテクチャおよびiWave SoMに関する詳細については、以下をお読みください。
過酷な環境向け軍用グレードRFSoC
航空宇宙および防衛プラットフォームに配備される電子戦システムには、性能だけでなく、極限的な環境条件下での信頼性も求められる。
防衛グレードのZynq UltraScale+ XQ RFSoCバリアントは、航空宇宙および防衛用途向けに特別に設計されています。これらのデバイスは以下の特長を備えています。
- 頑丈なパッケージ
- -55℃～+125℃の広い動作温度範囲
- 高速4GSPS ADCおよび6.4GSPS DAC（オプション構成）
- 28Gb/sトランシーバー
- クアッドコアArm Cortex-A53およびデュアルコアCortex-R5プロセッサ
- デバイスレベルのセキュリティのためのオプションの256ビット物理的複製不可能機能（PUF）
これらの機能により、システム設計者は、プログラマブルロジックと異種混在コンピューティングの柔軟性を維持しながら、厳格な軍事信頼性基準を満たすことができる。
高高度航空機、無人航空機、艦艇、または地上戦術システムに配備される電子戦アプリケーション向けに、XQ RFSoCデバイスは、ミッションクリティカルな運用に必要な堅牢性を提供します。
主要な電子戦アプリケーションにおけるRFSoC
レーダー警報受信機（RWR）：レーダー警報受信機は、広範囲のスペクトルを継続的に監視し、レーダー放射をリアルタイムで検知および分類する必要があります。性能要件は以下のとおりです。
- 広い瞬間帯域幅
- 高速パルス検出および到着時間測定
- PRIと周波数分析
- 脅威ライブラリの相関関係
RFSoCベースのアーキテクチャは、広帯域RFサンプリングを直接実行でき、プログラマブルロジックがチャネル化、パルス検出、および特徴抽出パイプラインを並列に実装します。組み込みプロセッサは、分類アルゴリズムとシステム制御を管理します。
緊密に統合されたアーキテクチャは、応答性を向上させ、現代の脅威環境において重要な検出遅延を低減します。
- DRFMベースのジャマー: デジタル無線周波数メモリ（DRFM）システムは、受信したレーダー信号を捕捉し、デジタル的に処理した後、整合性のある欺瞞信号を再送信する。
重要な設計パラメータは次のとおりです。
- ADC-DAC間のレイテンシーを最小限に抑える
- 高い位相コヒーレンス
- 広帯域再生機能
- マルチチャンネル同期
RFSoCデバイスは、ADC、FPGAファブリック、DACを同一シリコン上に統合することで、ディスクリートアーキテクチャに比べてレイテンシを大幅に削減します。プログラマブルロジックにより、遅延挿入、ドップラーシフト、振幅スケーリング、偽ターゲット生成など、リアルタイムでの波形操作が可能になります。
軍事用途向けには、XQ RFSoCの派生型が、航空機搭載型および戦術型妨害プラットフォームに必要な環境耐性を提供します。
- SIGINT / ELINT受信システム: SIGINTおよびELINTシステムには、継続的なスペクトル監視と高度な信号特性評価が必要となる。
主な機能は次のとおりです。
- 広帯域スペクトルキャプチャ
- リアルタイムFFTとデジタルダウンコンバージョン
- プロトコルと発信者識別情報
- マルチチャネルスケーリング
RFSoCアーキテクチャは大規模並列DSP処理をサポートし、組み込みプロセッサはメタデータタグ付け、制御、およびセキュアな通信を処理します。高速トランシーバにより、ミッションコンピュータやストレージサブシステムへのデータストリーミングが可能になります。
防衛環境に配備された場合、XQの派生型は極端な温度や厳しい運用条件下でも安定した動作を保証します。
防衛システムにおけるRFSoCの利点
iWave対応RFSoCシステムをモジュールベースの電子戦プラットフォームに導入
電子戦システムを開発する防衛関連企業にとって、ハードウェアの立ち上げ時間と高速設計の複雑さは、プログラムスケジュールに影響を与える可能性があります。iWaveでは、防衛関連アプリケーションをサポートするZynq UltraScale+ RFSoCファミリーをベースとしたRFSoCベースのシステムオンモジュールと開発プラットフォームを提供しています。これらのモジュールは、高速メモリ、電源管理、高帯域幅I/Oをコンパクトで量産対応のハードウェアに統合しています。
検証済みのRFSoCプラットフォームを活用することで、エンジニアリングチームはレーダー警報受信機、DRFMジャマー、SIGINT/ELINT受信機の開発を加速させ、アルゴリズム開発とシステムレベルの統合に集中できます。また、堅牢性、長期ライフサイクルサポート、またはアプリケーション固有のキャリアボードを必要とする航空宇宙および防衛プログラム向けのカスタマイズやODM（相手先ブランドによる設計・製造）もサポートしています。
広範囲な温度動作と堅牢な展開を必要とする航空宇宙・防衛プログラムをサポートするため、当社は防衛規格に適合した適応型SoCをベースにした、軍用グレードのXQバリアントRFSoCベースのシステムオンモジュールを提供しています。
入手可能な軍用規格RFSoC SoM：
- XQZU49DR RFSoCシステムオンモジュール
- XQZU48DR RFSoCシステムオンモジュール
これらのモジュールは、 Zynq UltraScale+ XQ RFSoCファミリーの機能を活用するように設計されており、ミッションクリティカルな環境において、高速RFデータ変換、プログラマブルロジックの高速化、および組み込み処理を実現します。
i WaveのRFSoC SoMで電子戦システムの開発を加速させましょう。お問い合わせはmktg@iwave-global.comまで。
