Многоканальный анализ импульсных сигналов на основе расширенных функций запуска для определения характеристик системы предупреждения о радиолокационном облучении

Измерительная задача

Система предупреждения о радиолокационном облучении (СПО, см. рисунок выше) обычно состоит из нескольких приемников, сигналы с которых используются для определения направления приходящего радиолокационного импульса. Как правило, с увеличением количества совместно используемых приемников угловая точность пеленга повышается.

Используемый метод радиопеленгации может зависеть от рассматриваемой задачи; типичными методами являются измерение временной разницы приема сигнала (TDOA) и применение корреляционного интерферометра. В любом случае для измерений в рамках НИОКР требуется фазокогерентный приемник для измерения разности фаз между приемниками. На этапе разработки характеристики приемника измеряются в идеальных условиях, и при этом часто в более сложных сценариях.

Решение компании Rohde & Schwarz

Осциллографы R&S®RTO и R&S®RTP — это приборы, работающие во временной области, и их входные каналы предназначены для захвата когерентных по времени сигналов.

Возможный фазовый сдвиг (разница в задержке распространения сигналов), вызванный измерительной установкой, может быть скорректирован 1). Для выделения событий и их более подробного анализа предусмотрены расширенные возможности запуска. В следующем разделе будет показана сложная измерительная задача и продемонстрированы возможности использования осциллографа в качестве мощного инструмента отладки.

Измерительная установка

В установку входит программное обеспечение R&S®Pulse Sequencer для моделирования сценария работы в диапазоне X (от 8 ГГц до 12 ГГц), а также двухканальный векторный генератор сигналов R&S®SMW200A для формирования необходимых сигналов. На комбинацию из осциллографа R&S®RTP и программного обеспечения векторного анализа сигналов R&S®VSE возложена задача анализа. Чтобы продемонстрировать разность фаз, моделируются только две антенны СПО. Они размещаются на расстоянии 11 м от правого и левого бортов самолета на законцовках его крыла. Кроме того, чтобы упростить моделирование, все объекты размещаются на одинаковой высоте, оставляя только две степени свободы (например, координаты в восточном и северном полушарии).

Чаще всего ситуация не статична, поэтому СПО должна справляться с динамическими сценариями. Сценарий в данном примере включает в себя движущийся излучатель (генерирующий переменные амплитуды) и неподвижный излучатель. СПО остается неподвижной. На рисунках 1 и 2 показана пространственная конфигурация, создаваемая ПО R&S®Pulse Sequencer. Бортовая РЛС (патрульный самолет), работающая в диапазоне X, отслеживает СПО и двигается мимо нее в сторону.

Еще одна РЛС (наземная РЛС), работающая в диапазоне X с уровнем мощности на входе СПО, аналогичным уровню мощности бортовой РЛС. Вторая РЛС действует как источник помех при анализе СПО.

Периоды повторения и уровни импульсов наземной РЛС аналогичны таковым у бортовой РЛС. Когда сигнал от наземной РЛС слабее на приемнике левого борта и сильнее на приемнике правого борта, уровень мощности бортовой РЛС максимален на левом приемнике, он уменьшается по мере ее прохождения мимо СПО и возвращается к своему максимуму на приемнике правого борта.

Ключевым моментом является определение разности фаз в задаче РП. Первоначальный простой запуск по двум сигналам, полученным осциллографом R&S®RTP, дает довольно неоднозначную картину (см. рисунок 3).

На осциллографе отображается импульс длительностью 5 мкс для обоих приемников и прерывистый сигнал длительностью 1 мкс, случайным образом распределенный в окрестности сигнала 5 мкс. Фактически это предварительно определенные значения для сценария, смоделированного с помощью программного обеспечения R&S®Pulse Sequencer.

Как было сказано ранее, импульсы от наземной РЛС являются частыми и не должны учитываться при анализе. Моделируемое движение самолета охватывает дистанцию 3 км со скоростью 400 м/с, что дает примерно 7,5 с для полета в одну сторону. На этом интервале времени можно ожидать получения примерно 75 000 импульсов от самолета. Захватывать 7,5 с за один цикл сбора данных нецелесообразно, поскольку для этого потребуется 2 × 40 млрд отсчетов/с × 7,5 с = 600 млрд отсчетов памяти. Здесь необходимо использовать правильное условие запуска для выделения импульсов длительностью 1 мкс во временной области.

Условие запуска

Условия запуска подробно описаны в рекомендациях по применению «Запуск по радиолокационным импульсам с помощью осциллографа» (PD 3609.2000.92). Импульсы от патрульного самолета могут быть выделены с помощью описанных ниже настроек запуска:

• Функция запуска A (запуск по длительности с временем выключения более 100 нс). Она обеспечивает стабильный запуск для каждого импульса (включая импульсы, не учитываемые при анализе)

• Функция запуска B (запуск по тайм-ауту). Запуск происходит, если уровень импульса остается ниже порогового значения в течение 10 нс. Функция запуска B оценивается после задержки, немного меньшей, чем предполагаемая длительность импульса, например после 95% (это условие будет продолжать захватывать все импульсы длиннее, чем эта задержка)

• Функция запуска R (тайм-аут сброса немного больше, чем предполагаемая длительность импульса, например, на 10%). Это условие отбрасывает импульсы длиннее указанного тайм-аута. В результате будут учтены только импульсы длительностью 1 мкс

Настройки анализа

Анализ можно выполнить либо непосредственно на осциллографе R&S®RTP (см. рекомендации по применению «Анализ радиолокационных импульсов с помощью осциллографа» (PD 5215.4781.92) и руководство по применению «Автомобильный радар — анализ ЛЧМ-сигналов с помощью осциллографа R&S®RTP» (GFM318)), либо с помощью специального программного обеспечения для анализа. ПО векторного анализа сигналов R&S®VSE с опцией многоканального анализа импульсных сигналов R&S®VSE-K6A быстро определяет разность фаз, а также другие важные параметры РЛС, такие как длительность и спад импульса.

В качестве входных выбраны каналы 1 и 3, выбран также режим осциллограммы. В результате оба канала осциллографа R&S®RTP дискретизируются с частотой 40 млрд отсчетов/с.

После установки таких важных параметров, как центральная частота и время сбора данных, а также настройки алгоритма обнаружения, ПО R&S®VSE устанавливается в режим ручного запуска. Приведенные выше настройки запуска применяются к осциллографу R&S®RTP. Кроме того, может быть задано отрицательное смещение запуска, чтобы гарантировать правильную синхронизацию, поскольку функция запуска сдвигает захват импульсов влево от метки запуска. Теперь осциллограф готов к захвату сигнала.

К основным инструментам многоканального анализа относятся функции измерения свернутой и развернутой фазы импульса (см. нижнее правое окно на рисунке 4). Создается новая кривая, которая назначается каналу 3. Теперь разность фаз можно измерить, поместив маркеры на две кривые и связав их друг с другом. В приведенном примере дельта-маркер показывает разность фаз 279°. Разность фаз также можно определить по значениям в таблице результатов (верхнее правое окно).

Заключение

Для измерения разности фаз требуются фазокогерентные приемники. Кроме того, особенно в сложных сценариях, ускорить анализ интересующего радиолокационного сигнала может подходящее условие запуска. Опция многоканального анализа импульсных сигналов R&S®VSE-K6A использует полный набор функций цифрового запуска, доступных в осциллографах R&S®RTO и R&S®RTP. Она обеспечивает автоматический анализ наиболее важных параметров РЛС в сочетании с автоматическим измерением разности фаз.