Disparo avançado com base em análise de pulso multicanal para caracterizar os receptores de alertas de radar

Sua tarefa

Um receptor de alertas de radar (RWR, veja a figura acima) normalmente consiste em vários receptores que são avaliados em conjunto para determinar a direção de um pulso de radar de entrada. Geralmente, quanto mais receptores forem combinados, melhor é a precisão angular da marcação.

O método de detecção de direção (DF) usado pode depender da aplicação em questão; os métodos típicos são diferença de tempo de chegada (TDOA) e interferômetro correlativo. Seja como for, as medições da área de pesquisa e desenvolvimento necessitam de um receptor com coerência de fase para medir a diferença de fases entre receptores. No estágio de desenvolvimento, o desempenho do receptor é medido em condições ideais e também, com frequência, em cenários mais exigentes.

A solução da Rohde & Schwarz

Os osciloscópios R&S®RTO e R&S®RTP são instrumentos de domínio de tempo e seus canais de entrada foram desenvolvidos para a aquisição de sinal de coerência de tempo.

Um desvio potencial (diferença no atraso da propagação) que resulte de uma configuração de medição pode ser ajustado 1). Recursos avançados para disparo estão disponíveis para isolar e analisar eventos com mais detalhes. A seguir será apresentado um cenário desafiador e demonstrados os recursos de um osciloscópio como uma poderosa ferramenta de depuração.

Configuração de medição

A configuração inclui o software R&S®Pulse Sequencer para simular um cenário na banda X (entre 8 GHz e 12 GHz), e um gerador vetorial de sinais R&S®SMW200A de canal duplo para fornecer os sinais necessários. O osciloscópio R&S®RTP, em combinação com o software explorador de sinais vetoriais R&S®VSE, executa a análise. Para demonstrar uma diferença de fase, somente duas antenas do RWR são simuladas. Elas são colocadas a uma distância de 11 m a estibordo da porta nas pontas das asas de uma aeronave. Além disso, para facilitar o esforço da simulação, todos os objetos são colocados na mesma altura, deixando somente dois graus livres (por exemplo, coordenadas leste e norte).

Geralmente a situação não é estática; em vez disso, o RWR precisa lidar com cenários dinâmicos. O cenário deste exemplo consiste em um emissor em movimento (o que gera amplitudes variáveis) e um emissor estacionário. O RWR é mantido estacionário. As figuras 1 e 2 mostram a configuração espacial gerada pelo R&S®Pulse Sequencer. Um radar aéreo (aeronave de patrulha) em operação na banda X rastreia o RWR e passa ao seu lado.

Existe outro radar (o radar de solo) em operação na banda X com um nível de potência na entrada do RWR similar ao radar aéreo. O segundo radar atua como um a distúrbio na análise do RWR.

Os pulsos do radar de solo têm intervalos de repetição de pulso (PRIs) e níveis de potência similares aos do radar aéreo. Enquanto o sinal do radar de solo é mais fraco no receptor da porta e mais forte no receptor a estibordo, o nível de potência do radar aéreo está no máximo no receptor da porta, diminuindo conforme passa pelo RWR, e retorna ao máximo no receptor a estibordo.

É essencial determinar a diferença de fase no cenário de DF. Um simples disparo inicial nos dois sinais recebidos pelo osciloscópio do R&S®RTP revela uma visão bem misturada (veja a fig. 3).

O osciloscópio exibe um pulso de 5 μs de duração nos dois receptores e um sinal intermitente de 1 μs distribuído aleatoriamente em torno do sinal de 5 μs. Na verdade, esses são os valores predefinidos para o cenário simulado com o software R&S®Pulse Sequencer.

Como mencionado anteriormente, os pulsos do radar de solo são frequentes e não devem ser incluídos na análise. O movimento simulado da aeronave abrange uma faixa de 3 km, percorrida a uma velocidade de 400 m/s, resultando em cerca de 7,5 s em uma rota unidirecional. Neste intervalo de tempo, é possível esperar aproximadamente 75.000 pulsos da aeronave. Cobrir 7,5 s em uma única aquisição não é uma opção viável, já que seriam necessários 2 × 40 giga-amostras/s × 7,5 s = 600 giga-amostras de memória. A condição adequada de disparo para isolar os pulsos de 1 μs no domínio do tempo é obrigatória.

Condição de disparo

A condição de disparo é explicada em detalhes na ficha de aplicação “Disparo em pulsos de RF de radar com um osciloscópio” (PD 3609.2000.92). Os pulsos da aeronave de patrulha podem ser isolados usando a configuração de disparo descrita:

• Disparo A (disparo de largura com um tempo de desativação maior que 100 ns). Fornece um disparo estável para cada pulso (incluindo pulsos que não são considerados na análise)

• Disparo B (disparo de tempo limite). O disparo ocorre quando um pulso permanece abaixo do nível de limite por 10 ns. O disparo B é avaliado depois de um atraso um pouco menor que a duração de pulso pretendida, por exemplo, depois de 95 % (essa condição ainda vai capturar todos os pulsos mais longos que esse atraso)

• Disparo R (redefine o tempo limite um pouco maior do que a duração de pulso pretendida, por exemplo, em 10%). Essa condição rejeita todos os pulsos mais longos do que o tempo limite especificado. Como resultado, somente os pulsos de 1 μs serão considerados

Configurações da análise

É possível executar a análise diretamente no R&S®RTP, veja a ficha de aplicação “Analisar pulsos de radar de RF com um osciloscópio” (PD 5215.4781.92) e a nota de aplicação “Radar automotivo – Análise de chirp com o osciloscópio R&S®RTP” (GFM318); ou usando um software de análise dedicado. O software do explorador de sinais vetoriais R&S®VSE com a opção de análise de pulso multicanal R&S®VSE-K6A determina rapidamente a diferença de fase, assim como outros parâmetros importantes de radares, como largura e inclinação do pulso.

Os canais 1 e 3 são escolhidos como canais de entrada, e o modo de forma de onda é selecionado. Como resultado, os dois canais do R&S®RTP são amostrados a uma taxa de 40 giga-amostras/s.

Depois de configurar parâmetros importantes, tais como a frequência central, o tempo de aquisição e o algoritmo de detecção, o R&S®VSE é configurado no modo de disparo manual. As configurações de disparo já mencionadas são aplicadas ao R&S®RTP. Além disso, é possível definir um desvio de disparo negativo para garantir a sincronização adequada, já que o disparo altera a aquisição de pulso para a esquerda da marca de disparo. Agora o osciloscópio está pronto para a aquisição de sinal.

As principais ferramentas de análise multicanal incluem as funções de medição de fase de pulso (condicionada) e de fase de pulso (não condicionada) (veja a janela direita inferior na fig. 4). Um novo traço é gerado e atribuído ao canal 3. Agora é possível medir a diferença de fase colocando marcadores nas duas curvas e vinculando os marcadores juntos. O marcador delta revela uma diferença de fase de 279° neste exemplo. A diferença de fase também pode ser determinada a partir dos valores na tabela de resultados (janela direita superior).

Resumo

As medições de diferenças de fase necessitam de receptores de fase coerentes. Além disso, em cenários especialmente desafiadores, uma condição de disparo adequada pode acelerar a análise do sinal de radar de interesse. A opção de análise de pulso multicanal do R&S®VSE-K6A utiliza a faixa completa de funções de disparo digital disponíveis nos osciloscópios R&S®RTO e do R&S®RTP. Ela fornece análises automáticas da maioria dos parâmetros de radar mais importantes, em combinação com medições automáticas de diferenças de fases.