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美国对“可扩展阵列处理SOAP”进行招标研究

日期：2024-02-17 17:45:57 来源：网络整理作者：本站编辑浏览：16 评论：0

美国国防高级研究计划局 (DARPA)（弗吉尼亚州阿灵顿）已发布一项计划招标书 (DARPA-PS-24-05)，该计划旨在开发能够提供同时多波束、多功能性能且不降低增益或分辨率的阵列技术，这项工作被称为可扩展阵列处理（SOAP）。该项目将致力于开发可扩展的软件算法，通过分布式处理的硬件协同设计来取代信号处理中的大型矩阵运算，以支持信号处理算法的快速高效执行。

根据招标中的项目背景描述：“数字阵列架构比模拟阵列具有公认的优势，特别是支持同时多个波束和多功能的能力。”接着指出：“随着数字阵列雷达的发展，阵列处理继续使用早已为模拟阵列建立的信号处理和跟踪算法。虽然传统的阵列处理算法（如自适应波束形成中的算法）足以满足传统模拟阵列的需求，但随着数字系统扩展到更多单元和更高的数据速率，传统阵列计算的数字瓶颈严重限制了数字阵列的前景”。将这些限制描述为“处理瓶颈”和“数据传输瓶颈”。

背景描述指出，“超过 1000 个单元和 1 GHz 瞬时带宽 (IBW) 的相控阵雷达很容易需要 1000 x 1000 矩阵的实时数值运算，并且阵列前端和处理器之间的数据量大于 1Tbps。如此大的数据流需求带来了数字信号处理瓶颈，这极大地限制了当今数字阵列架构中可实现的独立单元雷达和 IBW 的数量，这些数字瓶颈随着阵列中单元雷达的数量和每个单元雷达带宽IBW 的增加而扩展。

SOAP 计划的目标是：实现可扩展的算法和处理架构，以克服固有的数字瓶颈，这些瓶颈严重限制了任意大型单元数字相控阵的宽带处理。SOAP 寻求开发新的阵列处理方法，利用在其他大量数据处理领域（如机器视觉、大型语言模型训练等）中已被证明成功的技术。SOAP 旨在降低数组处理的计算复杂性，从指数缩放到线性缩放。SOAP 还寻求将从物理上分离的后端处理器转移到集成到阵列中的处理器，以便完全处理在单元级别生成的所有信息，而不会丢失任何单元信息。为了实现这些目标，SOAP 将设计可以分布在阵列内、尽可能靠近单元的处理器。这些处理器应该以这样的方式连接和联网：来自任何单元的数据都可以由任何处理器处理。为了促进数据从单元到处理器以及处理器之间的传输，SOAP 将利用数据中心和大型语言模型训练中使用的 SOA 互连的最新研究成果。”

SOAP 计划将解决两个技术挑战。技术挑战1将实现数字阵列计算的可扩展算法，计划将非传统算法（图像处理和机器视觉算法等）应用于波束形成。技术挑战 2 将实现可扩展到极高聚合数据速率的处理架构，计划通过非集中式架构（计算量分散到多个处理器之间）以实现分布式计算，类似于多核处理架构。

招标书进一步解释说：“预计 SOAP 将确定矩阵处理计算资源的最佳组合，SOAP 会将这些处理单元移动到阵列上，尽可能靠近射频 (RF) 前端，以便数字信号数据一生成就可以开始处理，然后再将其传输到阵列上或从阵列上传输出去。”还补充道：“这种分布式处理架构将实现虚拟子阵列的概念，其中射频元件的任何组合（从一个到全部）都可以用于执行特定功能，预计会有多个虚拟子阵列，并且任何单元都可以是一个或多个虚拟子阵列的一部分。”

SOAP 的优势可能非显著。招标书指出，“预计 SOAP 项目将首次实现宽带数字阵列，支持高 IBW (>>10 MHz) 下的高波束数 (>>10) 运行。此外，它将实现真正的低延时多功能（通信、跟踪、搜索、电子战等）。在激烈的战场环境中，极大提高尺寸、重量和功率受限平台的生存能力。”

SOAP 是一项为期 18 个月的工作，承包商必须应对这两项技术挑战。完整提案截止日期为2024年3 月 4 日。

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