​​​EMSOテスト環境での複数チャンネルRFの記録と再生

広帯域複数チャンネルの記録および再生の要求は、いくつかのアプリケーション領域によって促進されます。レーダーシステムでは、変化の速いターゲットを解決し、波形性能を検証するために広帯域キャプチャが必要です。また、電子戦および電磁スペクトル操作（EMSO）アプリケーションでは、輻輳した環境全体で動作するスペクトル敏捷性エミッタを観察する必要があります。SIGINTシステムは、過渡信号や低確率の傍受信号を検出、観測、解析するために広帯域記録に依存しており、衛星通信や非地上ネットワークでは、干渉や共存のシナリオを特徴付けるために広帯域キャプチャに依存するケースが増えています。これらのアプリケーションでは、損失のない広帯域キャプチャを維持する能力が、テスト全体の効率を制限する要因となる場合がよくあります。 

RF記録/再生は、実際のRF環境と制御されたテスト条件のブリッジとなります。最新のシステムは、キャプチャと再生を孤立した操作として処理するのではなく、フィールドテスト、ラボ検証、HIL (Hardware-In-the-Loop) のシナリオ全体で連続的なワークフローをサポートするように設計されています。

今日の航空宇宙および防衛アプリケーションでは、記録/再生システムは広い瞬間帯域幅で動作し、複数の同期されたRFチャンネルをサポートし、過渡および時間変動の動作を観察するのに十分なキャプチャ時間を維持することが求められます。さらに、キャプチャされた信号を解析、システム検証、比較のために一貫性があり信頼性のある方法で再利用できるように、リプレイは確定的で再現性のあるものであることが必要です。

これらの要件は、テストアーキテクチャにおける記録/再生の役割を根本的に変えます。周辺ツールの代わりに、記録/再生システムは、エンジニアが操作環境、シミュレーションプラットフォーム、およびラボテスト設定間でRFデータを確実に移動できるように、コアインフラストラクチャの役割を果たします。屋外レンジキャプチャ、シンセシス波形注入、閉ループHIL (Hardware-In-the-Loop) テストなど、ワークフローが拡大するにつれて、データ移動、タイミング、システム確定性に対する要求も増加します。 

最新のRF記録/再生システムにおける課題は、RF変換のみではなく、データを損失なくスケールで移動および格納できることです。広帯域RFデジタル化は、極端なデータレートに直接変換されるため、複数チャンネルでマルチギガヘルツの即時帯域幅をキャプチャするには、毎秒数十ギガバイトの持続的なストリーミングレートが必要です。  

そのようなレートでは、航空宇宙および防衛アプリケーションの妥協のない制約条件の下で、テラバイトのデータを約90秒で生成できます。短絡イベントは予測不可能であり、サンプルをドロップすると重要なデータが失われる可能性があるため、ストリーミングは連続的で無損失である必要があります。データ移動は確定的であり、連続的な高レート操作の下で信頼性の高い転送を維持する機能が必要です。そのため、ストレージシステムは中断や劣化なしにこのデータを取り込む必要があります。 

これらの制約は、従来の計測器集録よりもデータセンターストリーミングの課題に似ています。同時に、確定性、同期性、および再現性が不可欠であるテストおよび測定環境においても、これらの問題を軽減する必要があります。 

従来の録音/再生の方法は、ローカルバッファ、セグメント化されたキャプチャ、または非確定的ストリーミングパスに依存することがよくあります。これらの方法は、狭帯域または短時間のキャプチャには有効ですが、帯域幅とチャンネル数が増加するにつれて困難になります。また、持続的なキャプチャ中にバッファを使い果たしたり、バースト遷移中にサンプル損失が発生したり、帯域幅とともにデータ移動を線形にスケーリングできないなどの一般的な制限もあります。マルチギガヘルツ帯域幅では、記録と再生はキャプチャ機能の問題ではなくなり、デジタル化、メモリアクセス、転送、ストレージにわたるエンドツーエンドのアーキテクチャ上の問題となります。 

広帯域のロスレス記録/再生をサポートするには、デジタイザからホストメモリまでの確定的で低レイテンシのデータパス、CPUの介入を最小限に抑えるダイレクトメモリアクセスメカニズム、RF集録をストレージインフラストラクチャから分離する、および高速操作を維持できるスケーラブルなストレージアーキテクチャなど、持続的なデータ移動のために特別に設計されたシステムアーキテクチャが必要です。 

PCI Expressクラスのテクノロジーの相互接続性、確定性を維持する高スループットのデータ移動のためのRDMAベースのストリーミング、大容量のネットワーク接続ストレージを組み合わせ、データの整合性を損なうことなく、帯域幅と持続時間の両方で記録/再生システムを拡張します。 

複数チャンネルの記録と再生では、単にRFパスを追加するだけでは不十分です。チャンネル間のタイミングアライメント、広帯域幅での位相コヒーレンス、ドリフトおよび周波数依存の影響の補正がキャプチャされたデータの解釈可能性に直接影響するレーダー、電子戦、マルチエミッタ解析などのアプリケーションでは、チャンネル間で意味のあるアライメントを維持することが重要です。ベースアライメントとキャリブレーションを適切に行わないと、複数チャンネルの録音を正しく解析することが困難または不可能になる場合があります。詳細な補正テクニックは、他の場所で専用の処理を必要としますが、広帯域記録/再生システムでは、アライメントを後付けではなく基本機能として組み込む必要があります。 

RFの記録と再生は、エンジニアがある環境でRFの状態を観察し、別の環境で有意義に再利用できるため、システム開発ライフサイクル全体にわたって幅広いワークフローをサポートします。フィールドまたはレンジアクティビティ中にRF環境のライブキャプチャを行い、実世界の信号動作を保持し、解析、アルゴリズムの改良、または制御された実験のためにそれらの記録をラボ設定で再生します。モデリング環境で生成されたシミュレーションまたはシンセシス波形をRFシステムに注入して、定義された条件下でのパフォーマンスを評価したり、閉ループHIL (Hardware-In-the-Loop) 操作中にキャプチャされたシステム応答を使用して、進化する設計の動作を観察し比較することができます。 

これらのステージにおいて、記録と再生は、操作環境、シミュレーション、およびラボ検証間の連続性を提供します。しかし、基本的な要件は変わりません。システムは、損失、歪み、または意図しない変動なしに広帯域RFデータを確実にキャプチャして再生する必要があります。 

最新のRFマルチチャンネル記録/再生システムは、従来の計測器設計を大幅に超える要件に直面しています。広い即時帯域幅、短時間のイベント、および複数チャンネル操作には、持続性、確定性、および損失のないデータストリーミングが可能なアーキテクチャが必要です。 

レコード/再生ソリューションを評価するエンジニアは、エンドツーエンドのシステムアーキテクチャに優先順位を付け、データの移動と保存機能に特に注意を払う必要があります。ピーク仕様だけでは不十分です。意味のある性能は、妥協することなく実世界のRF環境を確実にキャプチャおよび再生できることによって定義されます。 

エンジニアがこれらのアーキテクチャ要件を実際にどのように実装できるかを示す例として、NI RF Record and Playback Solution（RPS）は、広帯域、複数チャンネルのRFキャプチャおよび再生を持続的で確定的なデータ移動とともにサポートするように設計されています。このソリューションは、チャンネルあたり最大2 GHzの即時帯域幅、複数チャンネルの同期とアライメント、および高スループットデータ転送を使用した大容量ストレージへの無損失ストリーミングをサポートします。RFデジタル化、データ移動、およびストレージを分離することで、システムは航空宇宙および防衛のテスト環境に必要な確定性を維持しながら、帯域幅とチャンネル数の増加に合わせて拡張するように設計されています。  

広帯域マルチチャンネル記録/再生がテストワークフローをどのようにサポートできるかを検討するには、アーキテクチャ要件を早期に評価し、確定的で損失のないストリーミング用に設計されたソリューションを評価することを検討してください。

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