作者：CHAD AUGUSTINE，HAYDN NELSON

保持電磁頻譜的主導地位對任務的成功從未如此重要。系統設計人員面臨的挑戰是如何加速新的通信和電子戰（EW）能力從概念到實驗室的過渡，然后加快將這些新功能部署到作戰人員。

為國防應用提供新的無線技術需要大量的時間和成本來試驗、設計和迭代新技術。例如，軟件定義無線電（SDR）系統設計人員通常在同樣堅固且昂貴的SDR任務系統硬件上開發和測試新穎的無線，傳感和電子戰（EW）方法，這些波形（如MUOS，SINCGARS和MN-MIMO）將部署在硬件上。這種方法增加了開發進度，同時降低了工程靈活性，并且通常會將開發人員鎖定在供應商非常具體的軟件框架中。

SDR 波形開發的新突破性方法通過利用經過驗證的商用 SDR USRP ［通用軟件無線電外設］ 技術進行實驗室開發，提供了一種更好的方法。商用USRP最初由Ettus Research開發，是包含FPGA（現場可編程門陣列）和處理器資源的可調諧硬件收發器，當連接到計算機時，工程師可以使用開源軟件工具訪問電磁頻譜。通過利用 USRP 硬件，生成的波形可以無縫部署在符合傳感器開放系統架構 （SOSA） 技術標準或符合 C5ISR/電子戰模塊化開放標準套件 （CMOSS） 的堅固耐用的 3U OpenVPX 板上。現在，它們基于與開發它們的實驗室系統完全相同的USRP架構。

有些 USRP 型號可以無頭運行以進行移動操作，還有一種型號具有用于戶外安裝的 IP-67 等級外殼?？蛻艉秃献骰锇檫€構建了定制外殼，用于在車輛、無人機或背包上部署 USRP。然而，商用實驗室級 USRP SDR 本身并不是在極端溫度或高沖擊和高振動環境中部署的理想選擇。為了對使用 USRP SDR 原型的波形和算法進行堅固部署，這種現實使得需要在外殼上進行機械工作，以便將 USRP 帶到現場，或者通過 FPGA 導出工具或軟件重寫將 IP 遷移到任務硬件。如果沒有兩個平臺共享的通用API，將商用硬件上開發的波形轉換為任務系統需要大量的軟件和固件工作，有時需要幾個月的時間，只是為了修改特定專有SDR或FPGA板的定制板支持包（BSP）。

現在，使用 SOSA 兼容 USRP 的商用現貨 （COTS） VPX 硬件，實驗室開發可以從幾個月減少到幾周。工程師可以在短短一周內完成從接收商用 USRP 到開發電子戰干擾技術測試，而將波形遷移到 OpenVPX 板只需幾分鐘即可完成。

更好的是，使用商業SDR解決方案進行實驗室開發打開了廣泛的開源社區，使系統開發人員能夠立即訪問龐大的SDR波形IP庫，包括一些專用的國防代碼庫。其結果是一種經濟高效的SDR技術創新和原型設計方法，它還為將IP從原型硬件遷移到基于任務就緒的堅固模塊化開放系統平臺上部署提供了無縫和直接的途徑。使用開源社區，波形開發人員可以訪問來自多個來源的軟件代碼，并立即試用，然后將其迭代到他們想要的方式執行。與傳統的一級軍事供應商的工程師面臨的開發過程相比：首先，他們必須編寫需求規范，然后必須獲得規范批準，然后必須在開發開始之前簽署合同。

降低 SDR 開發成本并使工程師能夠利用現有的開源 IP 極大地激發了創造力，并使新技術能夠更快地得到驗證。由于商用USRP（可通過筆記本電腦運行）比任務系統硬件便宜得多，因此實驗室開發現在可以擴展。實驗室 USRP 可以提供給開發團隊中的更多工程師。每個工程師現在都可以合理地負擔自己的SDR，而不必共享時間來訪問有限數量的更昂貴的任務系統。

將開源開發引入可部署的 SDR

在電子戰的貓捉老鼠世界中，加快新技術的交付至關重要，因為對手正在開發更新穎，更具創造性的通信方法和威脅，例如為武器系統采用低成本的商用無人機。更重要的是，這些新威脅正在以商業工具的速度開發，而不是防御計劃的速度要慢得多。在應對這些新威脅時，為 SDR 系統開發人員提供對開源 IP 的訪問是真正的游戲規則改變者。

SDR 工程師不再局限于為非常特定的國防市場開發的 IP 支持，而是可以利用開源 USRP IP、專業知識和 SDR 成熟度，這些成熟度可以跨學術、商業無線、射電天文學和其他領域擴展。例如，龐大的可用開源用戶群，加上大量的IP，可以為可能沒有接受過無線電訪問培訓的陸軍工程師提供更大的協作知識庫。

特別提款權開發平臺

用于實驗室開發的USRP的一個例子是Ettus Research USRP-E320，這是一種用于開發商業、學術、科學和國防應用的無線應用的標準。在由專業人士和業余愛好者組成的大型開源社區的支持下，Ettus Research USRP最初是為4G / 5G電信等無線應用研究提供原型平臺。USRP-E320基于ADI公司的2x2 MIMO AD9361收發器，覆蓋70 MHz至6 GHz的頻率，并提供高達56 MHz的瞬時帶寬。

根據與NI的協議開發，Curtiss-Wright的VPX3-E320 SDR模 塊是USRP-E320的完全堅固耐用的3U OpenVPX功能等效變體，具有背板I/O，旨在與最新的RF系統實施標準保持一致，包括CMOSS和模塊化開放式RF架構（MORA）。

USRP-E320 和 VPX3-E320 都與 USRP 硬件驅動程序 （UHD） 和開放靈活的 FPGA 框架 RF 片上網絡 （RFNoC） 完全兼容。（圖2。這兩個軟件框架使工程師能夠在商業硬件上快速進行原型設計，并且可以成為實現 SOSA 對齊部署解決方案的途徑，從而彌合從原型到堅固耐用的嵌入式部署的差距?；谕ㄓ玫?UHD 和 RFNoC 框架構建意味著工程師可以利用龐大的培訓、IP 和開源社區更快地快速構建和部署新功能。

［圖2 |RFNoC 是一種網絡分布式異構處理工具，專注于在 USRP 設備中實現 FPGA 處理。

由于 USRP-E320 和 VPX3-E320 支持 UHD 和 RFNoC，因此許多 FPGA 編程任務都是自動抽象的，從而使編程變得更容易，在某些情況下甚至無需 FPGA 代碼開發工程師。此外，一些窄帶應用可以由板載CPU處理，而無需任何FPGA開發。

考慮一個負責設計基于 SDR 的無人機防御應用的工程師的情況：過去，為了進行開發，工程師需要停止使用 SDR 任務硬件，或者設計一些定制開發板（或使用一些 COTS 板構建數據移動基礎設施）。工程師現在不必經歷漫長而昂貴的過程 - 包括設計IP然后將其遷移到任務系統的雜務 - 工程師現在可以簡單地設計應用程序，在實驗室中運行它，然后使用USRP E320評估新功能。之后，只需很少的更改，他們就可以將新 IP 遷移到可部署的 VPX3-E320 版本。

開源SDR技術為作戰人員提供了將新型電子戰技術部署到戰場的新工具，并為電磁頻譜的主導地位提供了新途徑。

審核編輯：郭婷