翼牛网揭秘美军 DRBE 工作原理和关键技术

DRBE（数字射频战场模拟器）是美国国防高级研究计划局（DARPA）于 2019 年启动的项目，隶属于其电子复兴计划第二阶段，旨在打造全球首个大规模虚拟射频测试靶场，破解传统射频系统测试难题，为美军电子战相关技术研发与训练提供高保真支撑，本文将对该项目进行详细概述。

一、范围

二、 DRBE项目概述

2.1 项目背景

2.2 核心目标

2.3 关键技术与研究方向

2.4 项目进展与应用规划

2.5 核心价值

三、 DRBE项目动态

3.1 美国DARPA公布 “DRBE”：五角大楼争夺 “无形战争” 主导权

3.2 DARPA推出全球最大的实时电子战测试靶场DRBE

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3.2.1 拓展 DRBE 的范围

3.3 美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室完成射频接口需求研究

四、 DRBE项目射频接口技术

4.1 简介

4.2 DRBE背景

4.3 射频接口设计考虑

4.4 射频接口概念设计

4.5 高速数据转换器

4.6 射频接口频率规划

4.7 数据转换器时钟生成与分配

4.8 内置自测试（BIST）与校准

4.9 与实时高性能计算机（RT-HPC）的物理接口

4.10 应用程序编程接口（API）

4.11 替代待测试系统（Surrogate SUT）

4.12 研究结果与建议

4.13 结论

五、佐治亚理工的实时数字射频模拟研究

5.1 直接路径计算模型

5.2 近内存硬件加速器

DRBE项目概述

1. 项目背景

随着电磁环境愈发复杂，美军雷达和电子战系统快速迭代，但传统测试方式弊端凸显。实验室难以模拟真实射频环境，露天测试又受地理、频谱规则、安全等限制，且成本高、流程复杂。同时，人工智能在射频系统中的应用日益广泛，亟需能满足全年无休测试训练需求的虚拟工具，而传统计算模式的吞吐量和速度无法复刻真实射频交互，DRBE 项目由此应运而生。

该项目还承载着助力美国重建本土电子创新体系、减少对国外半导体供应链依赖的使命，其相关技术后续还可反哺民用领域。

2. 核心目标

技术层面，研发名为 “实时高性能计算（RT-HPC）” 的新型计算模式，目标实现两位数千万亿次浮点运算级别的计算性能，同时将端到端延迟控制在个位数微秒级，平衡高计算吞吐量与低延迟。

应用层面，构建全闭环射频虚拟环境，让多个射频系统实现复杂交互，精准复刻真实场景中的密集射频环境，为电子战战术、信号情报工具、自适应无线电系统等提供可控、可重复的测试场景，也为军方人员和人工智能系统提供安全的训练环境。

3. 关键技术与研究方向

硬件研发：开发适配的新型处理器和专用集成电路，将这些芯片组装成多处理器实时高性能计算系统。2025 年 4 月，DARPA 联合 Cerebras Systems 公司和 Ranovus 公司，借助晶圆级技术与共封装光学器件，在降低功耗的同时实现计算性能的大幅提升。

架构与工具开发：一方面探索融合 GPU 高吞吐量和 FPGA 低延迟优势的新型计算架构；另一方面研发配套工具、规范和接口，保障实时高性能计算系统与外部系统的衔接，方便测试场景设计和资源调配。后续还计划引入光学互连技术，进一步提升系统带宽，实现数百个晶圆级计算机的可扩展连接。

4.项目进展与应用规划

2025 年 8 月，DARPA 宣布成功建成全球最大的高保真实时虚拟射频测试靶场。首个 DRBE 系统于 2025 年底移交至美国海军实验室，融入国防部测试评估体系。

除海军外，美国其他国防机构也对该系统表现出兴趣，DARPA 正探索将其整合到更多实验室环境中。未来其应用领域还将拓展至战场自主性、数字孪生、材料科学等领域，同时可为 5G、6G 网络、自动驾驶等民用技术的研发提供频谱环境模拟支撑。

5.核心价值

对军方而言，它不仅能大幅降低测试成本、缩短先进电子战装备的研发周期，还能避免测试时干扰真实通信或泄露敏感技术。

从技术影响来看，其突破的实时仿真与计算技术，为下一代更智能、更具韧性的电子战系统奠定基础，同时也为军事和民用领域的高性能计算应用提供了新的思路。

DRBE项目动态

1.美国DARPA公布 “DRBE”：五角大楼争夺 “无形战争” 主导权

为推进电磁战现代化进程，美国国防高级研究计划局（DARPA）于2025年8月宣布，已成功研发出据称是 “全球规模最大的电磁频谱（EMS）作战实时虚拟测试环境”。

图 1 作战人员在电子战测试场景中使用 DRBE 系统的概念渲染图。

这套名为 “数字射频战场模拟器”（Digital RF Battlespace Emulator，简称 DRBE，发音同 “Derby”）的新型系统，旨在以前所未有的保真度对复杂射频（RF）场景进行数字化镜像还原，彻底改变美军下一代电子战（EW）能力的训练、测试与研发模式。

DARPA 对 DRBE 的发布，标志着数字时代国防系统的设计与验证方式迎来转型。DARPA 表示，DRBE 的核心是一个 “超高密度仿真平台”，能够复现真实世界的电磁频谱环境，同时支持数百个全双工信道并行运行。

这一特性使其可在 “可控、可重复、安全的虚拟战场空间” 内，对电子战战术、信号情报工具及自适应无线电系统开展大规模测试。

当前，全球军备竞赛正不断向数字与网络领域延伸，现代冲突区域的电磁频谱环境日益复杂、拥挤且充满对抗性。DRBE 的研发目标便是通过提供这一强大工具，提升美军战备水平，以应对此类环境带来的挑战。其在未来战争中的战略重要性不言而喻。

DARPA 微系统技术办公室（Microsystems Technology Office）DRBE 项目负责人安娜・陶克 - 佩德雷蒂博士（Dr. Anna Tauke-Pedretti）在声明中表示：“DRBE 让我们在‘如何针对复杂对手备战并部署射频系统’方面实现了跨越式进步。它不仅为实时仿真设立了新基准，还加速了我们研发和优化先进电子战能力的进程，确保我们能跟上新兴威胁的发展速度。”

多年来，随着 “软件定义系统” 与 “人工智能驱动的信号处理技术” 不断重塑电子战格局，对这类测试平台的需求也在持续增长。

传统的户外实弹测试场受地理条件、频谱法规及安全限制影响，已难以跟上射频威胁环境 “高维度、快速演变” 的特性 —— 此类测试模式在应对新型威胁时逐渐力不从心。

而 DARPA 研发 DRBE 的核心目标，便是通过构建 “电磁战场数字孪生体”突破这些限制。这一数字环境支持开展 “快速迭代、大规模测试与复杂实验”，而这些在现实世界中往往难以实现。

DRBE 系统由 DARPA 微系统技术办公室（MTO）主导研发，通过与行业合作伙伴协作推进 —— 其中包括来自佐治亚理工学院（Georgia Tech University）3D 系统封装研究中心的科研人员。

最终，DRBE 将用于测试和评估各类先进技术，涵盖从 “人工智能驱动的信号分类工具” 到 “自主干扰系统” 等多个领域。该系统可实时仿真动态移动环境（包括视距与非视距传播场景），还能模拟 “敌方信号注入” 等复杂情况。

美国海军 “航空器与频谱集成环境” 部门首席技术专家詹妮弗・科赫（Jenifer Koch）解释道：“DRBE 是一款催化剂，它重新定义了我们研发电子战有效载荷、应对复杂挑战的规模。它让我们的实验室能够开发出复杂度前所未有的解决方案，大幅提升了我们对产品有效性与可靠性的信心。”

尤为重要的是，DRBE 还满足了美国国防部一项日益迫切的作战需求 —— 在 “复杂、对抗性频谱环境” 中训练军事人员与人工智能系统，同时避免 “干扰现实通信” 或 “向对手暴露敏感能力” 的风险。

借助 DRBE，作战人员与新兴技术可沉浸式体验逼真的电子战场景，包括 “GPS 拒止”“雷达欺骗”“敌方通信干扰” 等，无需再依赖成本高昂且耗时漫长的野外测试。

近年来，中国、俄罗斯等对手在电磁频谱领域动作频频，部署了先进干扰器、欺骗装置及搭载电子战系统的无人机，旨在干扰北约的通信与雷达网络。

为应对这些新兴威胁，DRBE 被研发为 DARPA “电子复兴计划”（ERI）第二阶段的组成部分。该计划于 2019 年启动，为期五年，投入 15 亿美元，旨在推动美国政府及国防电子系统的未来发展。

通过对 “先进射频仿真”“高性能计算”“安全微电子” 等基础技术进行投资，ERI 计划一方面致力于重建美国本土的创新产业链、降低对国外半导体供应链的依赖，另一方面也为 DRBE 这类精密工具提供支持，助力下一代电子战能力实现快速研发与测试。

此外，DRBE 的潜在价值远不止于战场领域。其模拟复杂频谱环境的能力，对于推动 5G、6G 网络、自动驾驶汽车、具备频谱感知能力的物联网（IoT）系统等民用技术发展也具有不可估量的作用。这种广泛影响力充分彰显了该技术的多功能性。

尽管从传统意义上来说，DRBE 并非武器，但其战略价值极为巨大。随着射频环境日益密集，信号对抗失败的代价愈发惨重，能否模拟并掌控电磁频谱这一 “无形战场”，或将成为决定未来战争主导权的关键因素。

陶克 - 佩德雷蒂博士（Dr. Tauke-Pedretti）表示：“DRBE 不只是一款测试工具，它有望成为下一代国防技术的战略赋能器。通过突破实时仿真与计算能力的边界，我们正在为更智能、更快速、更具韧性的电子战系统奠定基础。”

编者注：早期版本曾错误提及 DRBE 由 DARPA “战略技术办公室”（Strategic Technology Office）主导。本文已更新修正，明确该项目实际由 DARPA “微系统技术办公室”（Microsystems Technology Office，简称 MTO）负责管理。

2. DARPA推出全球最大的实时电子战测试靶场DRBE

数字射频战场模拟器（DRBE）实现了更高水平的真实性、规模和复杂性。

美国国防部面临着日益复杂的电磁环境，雷达和电子战（EW）的快速发展需要新的开发、测试和训练工具。DARPA（美国国防高级研究计划局）的数字射频战场模拟器（DRBE）项目迎接了这一挑战，打造出全球最大的高保真、实时虚拟射频（RF）测试靶场 —— 实现了电子战场景仿真中前所未有的规模和真实性。

与传统的建模、仿真和露天测试方法不同，DRBE 系统能够在完全软件定义的环境中，让合成射频实体同时进行复杂交互。这为测试人工智能驱动的电子战能力和加速下一代射频系统的开发提供了强大的新工具。

“DRBE 是我们在针对复杂对手的射频系统准备和装备方面取得的一大飞跃，”DARPA 微系统技术办公室的 DRBE 项目经理安娜・陶克 - 佩德雷蒂博士表示，“DRBE 不仅为实时仿真树立了新标杆，还加快了我们开发和完善先进电子战能力的速度，以应对不断出现的威胁。”

DRBE 的核心是实时高性能晶圆级计算架构，即 “实时高性能计算（Real-Time HPC）”，由全球最大的处理器提供动力。该计算系统能实现海量吞吐量且延迟极低，这对于以现代电子战战术所需的时间精度来仿真复杂的射频对抗至关重要。

首个 DRBE 系统将于 2025 年末移交至美国海军实验室，并将整合到国防部的测试与评估基础设施中。

“DRBE 是一个催化剂，重新定义了我们开发电子战载荷和应对复杂挑战的规模。它使我们的实验室能够打造出前所未有的精密解决方案，显著增强了我们对产品有效性和可靠性的信心，” 美国海军飞机与频谱集成环境首席技术专家詹妮弗・科赫表示。

3. 拓展 DRBE 的范围

在这一势头的基础上，DARPA 现正寻求扩展 DRBE 的架构，以进一步提升性能和数据流量。下一阶段的开发将把尖端光学互连集成到 DRBE 系统中，大幅增加带宽，并实现数百个晶圆级计算机之间的可扩展连接。

这些增强功能将为更大规模的射频场景创造可能，同时也为 DRBE 架构支持更多任务领域开辟道路，包括战场自主性、材料科学和数字孪生技术。

“DRBE 不仅仅是一个测试工具；它有潜力成为下一代国防技术的战略赋能者，” 陶克 - 佩德雷蒂表示，“通过突破实时仿真和计算的边界，我们正在为更智能、更快速、更具韧性的电子战系统奠定基础。”

DRBE项目旨在创建世界上首个大规模虚拟射频（RF）环境，用于开发、训练和测试先进射频系统，如雷达和电子战（EW）系统。

目标 DRBE 环境将使多个射频系统能在全闭环射频环境中相互作用，复制密集、响应迅速的真实世界射频环境。

射频系统正越来越多地运用人工智能（AI）来助力自动化并增强国防领域的能力。为满足这些人工智能驱动系统全年无休的测试与训练需求，虚拟模拟器成为必要工具。在其他领域，例如现代战斗机飞行员训练中，模拟器已被用于补充真实飞机的飞行时长。然而，当前的模拟环境依赖传统计算方式，无法生成足够的计算吞吐量和速度来准确复现真实世界的射频交互，也无法模拟物理测试靶场的规模，或满足更复杂系统的技术要求。

DRBE 正在探索新型计算架构，以打造一种名为 “实时高性能计算（Real Time HPC，简称 RT-HPC）” 的新型高性能计算模式。RT-HPC 的目标是实现两位数千万亿次浮点运算（petaFLOPs）级别的计算性能，同时保持个位数微秒级的端到端延迟。通过平衡计算吞吐量与极低延迟，DRBE 应能生成高保真的射频环境。

为支持 RT-HPC 和虚拟射频测试靶场的创建，DRBE 将：

1．开发新型处理器和专用集成电路（ASICs），以实现低延迟、高计算能力的愿景；

2．将这些 ASICs 组装成多处理器 RT-HPC 系统；

3．设计并集成必要工具，以展示 RT-HPC 作为大规模虚拟射频测试靶场的应用。

4. 美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室完成射频接口需求研究

美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室已完成一项射频（RF）接口需求研究，该研究旨在为美国国防高级研究计划局（DARPA）的 “数字射频战场模拟器”（DRBE）项目提供技术支撑。

此项研究是在 DRBE 项目第一阶段（Phase I）框架下完成的，合作方为麻省理工学院林肯实验室（Massachusetts Institute of Technology–Lincoln Laboratory）—— 该实验室承担 DRBE 项目的主要系统集成职责。研究核心目标是确定射频接口的技术需求，确保该接口在模拟器环境中能够支持 80 至 200 个待测试系统（systems under test）。后续项目阶段将推进 DRBE 系统的全面开发工作。

DRBE项目射频接口技术

1. 简介

美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室（US Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory）已完成一项射频（RF）接口需求研究，该研究旨在为美国国防高级研究计划局（DARPA）的 “数字射频战场模拟器”（Digital RF Battlespace Emulator，DRBE）项目提供支持。此项研究是在 DRBE 项目第一阶段（Phase I）框架下，与麻省理工学院林肯实验室（Massachusetts Institute of Technology–Lincoln Laboratory，MIT-LL）合作完成的 —— 后者承担该项目的主要系统集成职责。该研究的核心目标是确定射频接口的技术需求，确保该接口在模拟器环境中能够支持 80 至 200 个待测试系统（systems under test，SUTs）。DRBE 项目的后续阶段将推进该系统的全面开发工作。

射频接口的核心功能是实现 “模拟待测试系统”（analog SUTs）与 “数字实时高性能计算机”（digital real-time high-performance computer，RT-HPC）之间的互联。具体而言，该射频接口需具备三大功能：为待测试系统与实时高性能计算机提供模拟信号调理、数模 / 模数转换（ADC/DAC），以及数字控制接口。其中，数字控制接口将通过应用程序编程接口（API）与实时高性能计算机进行信息交互。

2.DRBE背景

DRBE 项目的目标是打造一个大规模虚拟射频测试靶场，能够仿真真实、复杂的射频（RF）信号环境。如图 1 所示，DRBE 的设计方案将为先进认知雷达与电子战（EW）系统的研发、测试及训练提供支持。该项目的核心工作是研发一款 “实时高性能计算机”（RT-HPC），这款计算机需具备高计算能力与极低延迟，从而实现多个射频系统在虚拟环境中的交互运行。

DRBE 项目的实时高性能计算机（RT-HPC）将与一系列 “真实及仿真电子战系统、雷达系统与待测试系统（SUTs）” 建立连接，进而在虚拟战场上仿真多种场景。此外，DRBE 项目还将推进系统集成工作，研发并提供虚拟环境完整部署所需的工具与硬件，具体包括场景生成工具、待测试系统（SUTs）与实时高性能计算机（RT-HPC）间的物理接口、应用程序编程接口（API），以及参考算法。项目后续阶段计划研发通用型数字射频仿真器。

图 2 DRBE概念

表 1 列出了与射频接口研发相关的 DRBE 系统级指标。其中，“最小延迟” 指标可能是射频接口研发过程中的一大挑战。DRBE 项目的 “广泛机构公告”（BAA）明确规定，系统总延迟最小值需控制在 3.3 微秒（µs），且分配给实时高性能计算机（RT-HPC）的最大延迟为 2.5 微秒（µs），这意味着射频接口的延迟仅能保留 800 纳秒（ns）的余量。由于 DRBE 的所有场景均涉及 “发射端待测试系统（Tx SUTs）” 与 “接收端待测试系统（Rx SUTs）” 的交互，因此这 800 纳秒的延迟需在发射接口（Tx）与接收接口（Rx）之间分配。当前的 “商用现货”（COTS）数据转换器应能满足 “发射端 / 接收端平均瞬时带宽（IBW）” 要求。尽管该项目未将 “频率覆盖范围” 定义为一项指标，但广泛机构公告（BAA）中提到，相关系统的工作频率范围从接近 0 赫兹（Hz）到远高于 10 吉赫兹（GHz）。有关 DRBE 项目的更多详细信息，可参考其广泛机构公告（BAA）。

表 1 DRBE系统级指标

3. 射频接口设计考虑

DRBE 系统应能与多种类型的待测试系统（SUT）实现接口适配，包括 “仅接收型（Rx-only）”“仅发射型（Tx-only）” 及 “收发一体型（Tx/Rx）”。如图 2a 至图 2e 所示，不同类型待测试系统的典型示意框图涵盖电子监视与雷达告警接收机、电子攻击（EA）/ 干扰发射机、雷达，以及数字射频存储器（DRFM）。

接收机前端通常会配备低噪声放大器（LNA），用于确定接收机动态范围的下限。部分接收机还会在低噪声放大器（LNA）之前设置限幅器，以保护放大器免受干扰信号或干扰机高功率信号造成的损坏。发射机在天线之前的最后一级通常会配置高功率放大器（HPA），常见的高功率放大器类型包括行波管放大器（TWTA）等真空电子管，以及砷化镓（GaAs）或氮化镓（GaN）等半导体电子器件。现代射频（RF）系统通常采用数模转换器（DAC）生成基带波形，并通过模数转换器（ADC）采集接收信号，以便进行后续数字信号处理。

图 3 待测试系统（SUT）典型类别框图（a）电子监视（b）雷达告警监视（c）EA/干扰机（d）传统雷达（e）DRFM

预计待测试系统（SUT）不会通过自身天线发射和接收辐射信号，原因是此类操作需要一个能够承受极高功率的大型消声室 —— 而待测试系统（SUT）的发射功率可能高达数千瓦。为提取 / 注入信号并保持待测试系统（SUT）信号的保真度，射频（RF）接口应尽可能靠近天线与待测试系统（SUT）连接。若需绕过待测试系统（SUT）中的额外组件（如功率放大器（PA）），则必须将这些组件的特征响应应用于信号，以确保信号表征的准确性。需对待测试系统（SUT）逐一开展详细研究，确定 DRBE 接口的最佳连接点，以及准确仿真待测试系统（SUT）所需的额外信号和 / 或信息（例如频率、瞬时带宽（IBW）、发射功率（Tx power）、天线方向图和波束控制指令）。

DRBE 系统还应能与多种多端口待测试系统（SUT）实现接口适配（示例见图 3a 至图 3d），例如测向（DF）接收机、单脉冲接收机以及无源 / 有源阵列雷达。测向（DF）系统和单脉冲系统可通过幅度比较或相位比较，测量接收信号的到达角。无源阵列雷达发射机通常由高功率放大器（HPA）驱动，并在天线单元处设置移相器，以实现波束控制。有源阵列雷达则在天线单元处分布收发（Tx/Rx）模块，这些模块包含低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）以及用于波束控制的移相器。射频（RF）接口应能以最少的 DRBE 实时高性能计算机（RT-HPC）端口，与多端口待测试系统（SUT）连接 —— 这可能需要采用端口缩减技术。对于大型相控阵等不适用于端口缩减的多端口待测试系统（SUT），要在 DRBE 环境中运行，可能需要多个实时高性能计算机（RT-HPC）端口。

DRBE 项目的核心目标是为雷达与电子战（EW）系统打造虚拟测试靶场，这一目标促使人们需重点考量射频（RF）接口的频率覆盖范围。表 2 列出了IEEE标准雷达频段，以及国际电信联盟（ITU）2 区（涵盖北美洲与南美洲）的特定频率分配。射频接口设计需确保对这些 ITU 雷达频段的主要覆盖范围达到 X 频段，同时满足 DRBE 待测试系统（SUT）的性能要求。该接口的次要目标是实现近乎直流（near-DC）至至少 X 频段的连续覆盖，甚至可能将覆盖范围拓展至 Ku 频段。

表 2 IEEE标准雷达频段

4. 射频接口概念设计

如图 4 所示，射频（RF）接口的核心功能是实现模拟待测试系统（analog SUTs）与数字实时高性能计算机（digital RT-HPC）之间的互联。该射频接口需在待测试系统（SUTs）与实时高性能计算机（RT-HPC）之间提供信号调理、上下变频（up/down-conversion）及数字控制接口三大功能。其中，信号调理将包含可变增益 / 衰减与滤波的某种组合方式。射频接口后续的数模转换器（DACs）与模数转换器（ADCs），会负责将模拟待测试系统（SUT）的信号在模拟域与数字域之间进行转换。

对于瞬时带宽（IBW）超过射频接口处理能力的待测试系统（SUT），可能需要使用多个 DRBE 实时高性能计算机（RT-HPC）端口；关于多端口待测试系统（multiport SUTs）的详细说明，将在后续章节中展开。数字控制接口会通过应用程序编程接口（API）与实时高性能计算机（RT-HPC）进行信息交互。在场景开始前，需针对每个已连接的待测试系统（SUT）对射频接口进行配置；在场景运行过程中，接口可能还会接收更新指令，以维持待测试系统（SUT）所需的性能水平。

图 4 与RT-HPC 系统的接口

在实现各类待测试系统（SUT）与 DRBE 实时高性能计算机（RT-HPC）的接口连接时，模块化射频（RF）架构是更优选择。待测试系统（SUT）的信号特性往往差异较大，例如总频率覆盖范围、瞬时带宽（IBW）、信号幅度及动态范围等指标均可能存在显著不同。

需要注意的是，不建议在射频（RF）接口中采用窄带滤波设计 —— 因为这种设计可能会增加射频接口的延迟，而延迟控制是 DRBE 系统的核心技术要求之一。

5. 高速数据转换器

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