​​​在 EMSO 測試環境中進行多通道 RF 記錄與播放

寬頻多通道記錄與播放的需求源自於數種應用領域:雷達系統需要寬頻捕捉,以解決快速改變的目標並驗證波形效能;而電子作戰與電磁頻譜作業 (EMSO) 應用則必須觀察頻譜敏捷的發射器在充滿電壓的環境中運作。SIGINT 系統採用寬頻記錄功能來偵測、觀察與分析暫態訊號或低截收機率訊號,而衛星通訊與非地面網路越來越需要寬頻訊號來進行干擾與共存情境的特性分析。在這些應用中,可否維持完整的寬頻收集功能,往往是對整體測試效率的限制因素。 

RF 記錄與播放功能可橋接實際的 RF 環境與受控測試條件。現代化系統的設計可支援現場測試、實驗室驗證與硬體迴路情境的連續工作流程,而不是將捕捉與重播視為孤立作業。

在現今的航太與國防應用領域中,記錄與播放系統應該能在大範圍的瞬間頻寬下運作、支援多個同步化 RF 通道,並維持足以觀察暫態與時間變動行為的長時間。此外,重播作業必須精確且可重複,才能以一致且可靠的方式重複使用所取得的訊號進行分析、系統驗證與比較。

這些需求徹底改變了記錄與播放在測試架構中的角色;記錄與播放系統已成為核心基礎架構,讓工程師可在作業環境、模擬平台與實驗室測試設定之間穩定移動 RF 資料。隨著工作流程的擴充,包含開放式範圍捕捉、合成波形注入與閉迴路硬體迴路測試,對資料遷移、時序與系統精確度的需求也隨之增加。 

現代 RF 記錄與播放系統所面臨的挑戰並非單純的 RF 轉換,而是大規模資料遷移與儲存功能,而不會造成損耗。寬頻 RF 數位化可直接達到極高的資料傳輸率;若要在多個通道之間捕捉多兆赫瞬間頻寬,則串流速率必須持續達到每秒數十 GB。  

在如此的速率下,在航太與國防應用的嚴苛限制下,只要 90 秒左右就能產生 1 TB 的資料。串流作業必須連續且完整無缺,因為短事件可能難以預測,而丟棄樣本也會影響重要資料。資料移動必須精確,而且在連續的高速運作下能夠保持可靠的傳輸,因此儲存系統必須能在不造成中斷或劣化的情況下收集這些資料。 

相較於傳統的儀控作業,這些限制更接近資料中心串流挑戰。同時,在測試與量測環境中,精確度、同步化與可重複性仍是不可或缺的條件,因此必須加以降低。 

傳統的記錄與播放方式往往仰賴局部緩衝、分段式的捕捉或非精確的串流路徑。這些方法適合用於窄頻或短時間,但在頻寬與通道數增加時卻有其難度。這些問題也帶來了常見的限制,例如在持續捕捉期間緩衝消耗、突波轉換期間的取樣損耗,或是無法按照頻寬線性調整資料移動。就多兆赫的頻寬而言,記錄與播放已不再只是一項量測功能的問題,更成為一項涵蓋數位化、記憶體存取、傳輸與儲存等領域的端對端架構問題。 

要支援寬頻無損記錄與播放功能,就必須採用專為持續資料遷移所設計的系統架構,其中包含從示波器到主機記憶體的精確、低潛時資料路徑、可將 CPU 干擾降至最低的直接記憶體存取機制,以及能與儲存基礎架構隔開的 RF Acquisition,以及可擴充的儲存架構,以利持續的高速運作。 

結合 PCI Express 等級技術的互連功能、以 RDMA 為基礎的串流,可進行高傳輸率的資料移動,以保有精確度;以及高容量的網路連接儲存裝置,可在不影響資料完整性的情況下,同時擴充頻寬與持續時間的記錄與播放系統。 

多通道記錄與播放作業所帶來的挑戰,不僅僅是增加更多 RF 路徑,對於雷達、電子作戰與多發射器分析等應用而言,維護跨通道的有效對齊至關重要,因為通道對通道的時序對齊、跨大頻寬的相位同調,以及漂移與頻率相關效應的補償,會直接影響資料的解讀能力。如果沒有適當的基本調正與校準功能,多通道記錄可能會難以或無法正確分析。詳細的修正技術可確保在其他地方進行專屬處理,但寬頻記錄與播放系統必須將調正功能納入基本功能,而不是進行後續思考。 

RF 記錄與播放功能可支援跨系統開發生命週期的多種工作流程,因為工程師可以觀察到單一環境中的 RF 條件,並在另一個環境中重複使用。在現場或範圍活動期間,他們可能會捕捉即時的 RF 環境,以保存實際的訊號行為,並在實驗室環境中重播這些記錄,以利進行分析、演算法精簡或受控實驗。他們可以將在建模環境中產生的模擬或合成波形注入 RF 系統,以在定義條件下評估效能,也可以使用於閉迴路硬體迴路作業期間所獲取的系統響應來觀察並比較不斷演進的設計行為。 

在這些階段中,記錄與播放作業可在作業環境、模擬與實驗室驗證之間提供連續性。然而,基礎需求仍然不變:系統必須可靠地捕捉與重播寬頻 RF 資料,而不會造成遺失、失真或意外變化。 

現代 RF 多通道記錄與播放系統的需求遠超過傳統儀器設計。即時頻寬廣、活動短時間與多通道作業,都需要可持續、精確且完整無缺的資料串流架構。 

評估記錄與播放解決方案的工程師應優先考量端對端系統架構,並特別注意資料遷移與儲存功能。光靠尖峰規格是不夠的;實質效能的定義在於能否穩定捕捉並重播不受影響的實際 RF 環境。 

NI RF 記錄與播放解決方案 (RPS) 是工程師如何在實際應用中實作這些架構需求的範例,其設計旨在支援寬頻、多通道 RF 收集與重播,並提供持續且精確的資料移動。此解決方案支援最高每通道 2 GHz 的瞬間頻寬、多通道同步化與調正,以及使用高傳輸率資料傳輸的無損串流至高容量的儲存空間。透過將 RF 數位化、資料移動與儲存區分開,此系統可隨著頻寬與通道數增加而擴充,同時保有航太與國防測試環境所需的精確度。  

若要探索寬頻多通道記錄與播放功能如何支援您的測試工作流程,請提早評估架構需求,並評估專為精確無缺串流所設計的解決方案。

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