开源SDR：开发和部署电子战功能的更快、更好方法

　　作者：CHAD AUGUSTINE，HAYDN NELSON

　　保持电磁频谱的主导地位对任务的成功从未如此重要。系统设计人员面临的挑战是如何加速新的通信和电子战（EW）能力从概念到实验室的过渡，然后加快将这些新功能部署到作战人员。

　　为国防应用提供新的无线技术需要大量的时间和成本来试验、设计和迭代新技术。例如，软件定义无线电（SDR）系统设计人员通常在同样坚固且昂贵的SDR任务系统硬件上开发和测试新颖的无线，传感和电子战（EW）方法，这些波形（如MUOS，SINCGARS和MN-MIMO）将部署在硬件上。这种方法增加了开发进度，同时降低了工程灵活性，并且通常会将开发人员锁定在供应商非常具体的软件框架中。

　　SDR 波形开发的新突破性方法通过利用经过验证的商用 SDR USRP ［通用软件无线电外设］ 技术进行实验室开发，提供了一种更好的方法。商用USRP最初由Ettus Research开发，是包含FPGA（现场可编程门阵列）和处理器资源的可调谐硬件收发器，当连接到计算机时，工程师可以使用开源软件工具访问电磁频谱。通过利用 USRP 硬件，生成的波形可以无缝部署在符合传感器开放系统架构 （SOSA） 技术标准或符合 C5ISR/电子战模块化开放标准套件 （CMOSS） 的坚固耐用的 3U OpenVPX 板上。现在，它们基于与开发它们的实验室系统完全相同的USRP架构。

　　有些 USRP 型号可以无头运行以进行移动操作，还有一种型号具有用于户外安装的 IP-67 等级外壳。客户和合作伙伴还构建了定制外壳，用于在车辆、无人机或背包上部署 USRP。然而，商用实验室级 USRP SDR 本身并不是在极端温度或高冲击和高振动环境中部署的理想选择。为了对使用 USRP SDR 原型的波形和算法进行坚固部署，这种现实使得需要在外壳上进行机械工作，以便将 USRP 带到现场，或者通过 FPGA 导出工具或软件重写将 IP 迁移到任务硬件。如果没有两个平台共享的通用API，将商用硬件上开发的波形转换为任务系统需要大量的软件和固件工作，有时需要几个月的时间，只是为了修改特定专有SDR或FPGA板的定制板支持包（BSP）。

　　现在，使用 SOSA 兼容 USRP 的商用现货 （COTS） VPX 硬件，实验室开发可以从几个月减少到几周。工程师可以在短短一周内完成从接收商用 USRP 到开发电子战干扰技术测试，而将波形迁移到 OpenVPX 板只需几分钟即可完成。

　　更好的是，使用商业SDR解决方案进行实验室开发打开了广泛的开源社区，使系统开发人员能够立即访问庞大的SDR波形IP库，包括一些专用的国防代码库。其结果是一种经济高效的SDR技术创新和原型设计方法，它还为将IP从原型硬件迁移到基于任务就绪的坚固模块化开放系统平台上部署提供了无缝和直接的途径。使用开源社区，波形开发人员可以访问来自多个来源的软件代码，并立即试用，然后将其迭代到他们想要的方式执行。与传统的一级军事供应商的工程师面临的开发过程相比：首先，他们必须编写需求规范，然后必须获得规范批准，然后必须在开发开始之前签署合同。

　　降低 SDR 开发成本并使工程师能够利用现有的开源 IP 极大地激发了创造力，并使新技术能够更快地得到验证。由于商用USRP（可通过笔记本电脑运行）比任务系统硬件便宜得多，因此实验室开发现在可以扩展。实验室 USRP 可以提供给开发团队中的更多工程师。每个工程师现在都可以合理地负担自己的SDR，而不必共享时间来访问有限数量的更昂贵的任务系统。

　　将开源开发引入可部署的 SDR

　　在电子战的猫捉老鼠世界中，加快新技术的交付至关重要，因为对手正在开发更新颖，更具创造性的通信方法和威胁，例如为武器系统采用低成本的商用无人机。更重要的是，这些新威胁正在以商业工具的速度开发，而不是防御计划的速度要慢得多。在应对这些新威胁时，为 SDR 系统开发人员提供对开源 IP 的访问是真正的游戏规则改变者。

　　SDR 工程师不再局限于为非常特定的国防市场开发的 IP 支持，而是可以利用开源 USRP IP、专业知识和 SDR 成熟度，这些成熟度可以跨学术、商业无线、射电天文学和其他领域扩展。例如，庞大的可用开源用户群，加上大量的IP，可以为可能没有接受过无线电访问培训的陆军工程师提供更大的协作知识库。

　　特别提款权开发平台

　　用于实验室开发的USRP的一个例子是Ettus Research USRP-E320，这是一种用于开发商业、学术、科学和国防应用的无线应用的标准。在由专业人士和业余爱好者组成的大型开源社区的支持下，Ettus Research USRP最初是为4G / 5G电信等无线应用研究提供原型平台。USRP-E320基于ADI公司的2x2 MIMO AD9361收发器，覆盖70 MHz至6 GHz的频率，并提供高达56 MHz的瞬时带宽。

　　根据与NI的协议开发，Curtiss-Wright的VPX3-E320 SDR模 块是USRP-E320的完全坚固耐用的3U OpenVPX功能等效变体，具有背板I/O，旨在与最新的RF系统实施标准保持一致，包括CMOSS和模块化开放式RF架构（MORA）。

　　USRP-E320 和 VPX3-E320 都与 USRP 硬件驱动程序 （UHD） 和开放灵活的 FPGA 框架 RF 片上网络 （RFNoC） 完全兼容。（图2。这两个软件框架使工程师能够在商业硬件上快速进行原型设计，并且可以成为实现 SOSA 对齐部署解决方案的途径，从而弥合从原型到坚固耐用的嵌入式部署的差距。基于通用的 UHD 和 RFNoC 框架构建意味着工程师可以利用庞大的培训、IP 和开源社区更快地快速构建和部署新功能。

　　

　　［图2 |RFNoC 是一种网络分布式异构处理工具，专注于在 USRP 设备中实现 FPGA 处理。

　　由于 USRP-E320 和 VPX3-E320 支持 UHD 和 RFNoC，因此许多 FPGA 编程任务都是自动抽象的，从而使编程变得更容易，在某些情况下甚至无需 FPGA 代码开发工程师。此外，一些窄带应用可以由板载CPU处理，而无需任何FPGA开发。

　　考虑一个负责设计基于 SDR 的无人机防御应用的工程师的情况：过去，为了进行开发，工程师需要停止使用 SDR 任务硬件，或者设计一些定制开发板（或使用一些 COTS 板构建数据移动基础设施）。工程师现在不必经历漫长而昂贵的过程 - 包括设计IP然后将其迁移到任务系统的杂务 - 工程师现在可以简单地设计应用程序，在实验室中运行它，然后使用USRP E320评估新功能。之后，只需很少的更改，他们就可以将新 IP 迁移到可部署的 VPX3-E320 版本。

　　开源SDR技术为作战人员提供了将新型电子战技术部署到战场的新工具，并为电磁频谱的主导地位提供了新途径。

　　审核编辑：郭婷