Streaming von pulsbeschreibenden Datenworten mit dem R&S®SMW200A

Ihre Anforderung

Für die Berechnung von Radarszenarien nutzen Radaringenieure häufig Softwaretools wie die R&S®Pulse Sequencer Software. Das ist eine komfortable Lösung für den Einsatz in Forschung und Entwicklung sowie bei der Verifizierung von Radargeräten. Nutzer können Parameter schnell ändern und Radarszenarien flexibel konfigurieren.

Für Tests im praktischen Einsatz müssen Radaringenieure häufig extrem lange Radarszenarien generieren, einschließlich anspruchsvoller Szenarien der elektronischen Kampfführung (EloKa) mit hoher Pulsdichte. Diese Szenarien können aus früheren Simulationen oder aus Live-Aufzeichnungen gewonnen werden. Sie werden oft als Listen pulsbeschreibender Datenworte (PDW) auf einem Recorder gespeichert. Die PDWs enthalten die Radarsignalparameter für jeden Puls sowie einen Zeitstempel, der die Pulsstartzeit festlegt.

Tests auf Systemebene werden häufig in einer Hardware-in-the-Loop-Umgebung durchgeführt. Das Ausgangssignal des Messobjekts wird ausgewertet und beeinflusst dessen Eingangssignal; daher müssen Szenarien in Echtzeit berechnet werden. Dafür sind leistungsstarke Simulations-Engines erforderlich, die die PDWs basierend auf dem Messobjekt-Ausgangssignal berechnen.

Für Tests im praktischen Einsatz und für Tests auf Systemebene benötigen Radaringenieure eine HF-Signalquelle, die die gestreamten PDWs z.B. über LAN empfangen, sie auswerten und daraus das Radarsignal generieren kann.

Lösung von Rohde & Schwarz

Der R&S®SMW200A übernimmt die Rolle einer agilen Signalquelle und erzeugt anspruchsvolle EloKa-Testumgebungen innerhalb seiner Basisband-Bandbreite von 2 GHz mit HF-Frequenzen bis 44 GHz. Aus gestreamten PDWs generiert er I/Q-modulierte Pulssignale, agile Signale mit schneller Umschaltung und klassische Pulssignale. Der R&S®SMW200A empfängt die gestreamten PDWs vom Radarsignalsimulator über LAN. Die leistungsstarke Basisband-Hardware wertet die PDWs aus und generiert gemäß der Pulsbeschreibungen das HF-Signal zu den in den PDWs definierten Zeitpunkten. Der R&S®SMW200A kann PDWs aus bis zu sechs parallelen PDW-Streams verarbeiten und Pulse erzeugen – mit einer maximalen Verarbeitungsrate von bis zu 2 Megapulsen pro Sekunde oder 2 MPDW/s pro Stream.

Die Synchronisation mit dem Messobjekt lässt sich ganz einfach mit Hilfe gängiger Referenzsignale (10 MHz oder 1 GHz) und Markersignale wie Puls-, Pre- und Post-Markern bewerkstelligen.

Das PDW-Format von Rohde & Schwarz

Jedes PDW repräsentiert einen Puls, besitzt eine feste Länge und enthält Informationen wie Ankunftszeit (Time of Arrival, ToA), Frequenzoffset, Amplitudenoffset, Pulsdauer und Modulationsparameter. Mit diesen Informationen lässt sich entweder ein klassischer Puls (Echtzeitdaten) oder ein I/Q-Wellenformsegment (Wellenform-ID) erzeugen. Eine optionale Erweiterung des PDW-Formats erlaubt die Definition der Pulsflankenform sowie von Puls-Bursts mit sich wiederholenden Pulsen.

Streamen von PDWs für klassische Pulssignale (Echtzeitdaten)

Bei PDWs, die Informationen ausschließlich für klassische Pulssignale enthalten, profitieren Nutzer von der Fähigkeit des R&S®SMW200A, mit seiner Breitband-Basisband-Hardware Signale in Echtzeit zu generieren.

Gemäß den in den PDWs definierten Parametern erzeugt der Signalgenerator in Echtzeit unmodulierte Pulse, Barker-codierte Pulse und lineare FM-Pulse (Chirpsignale) zusammen mit Frequenz- bzw. Amplitudenoffsets. Die Pulsstartzeit wird durch den ToA-Zeitstempel festgelegt, der ebenfalls im PDW enthalten ist.

Streamen von Steuer-PDWs

Steuer-PDWs geben dem Anwender direkte Kontrolle über die HF-Hardware des R&S®SMW200A, ohne dass der PDW-Stream angehalten wird. Steuer-PDWs ermöglichen die Änderung der absoluten HF-Frequenz des Geräts (z.B. vom X-Band zum C-Band, um unterschiedliche Radarbänder zu simulieren) oder des HF-Pegels (z.B. von 0 dBm auf –20 dBm, um unterschiedliche Strahlungsleistungspegel (Equivalent Isotropic Radiated Power, EIRP) von Emittern zu simulieren), ohne dass zusätzlich ein Fernsteuerbefehl gesendet werden muss.

Anwender können den gesamten HF-Frequenz- und Dynamikbereich der HF-Hardware nutzen und die HF-Frequenz zur Abdeckung unterschiedlicher Radarbänder umschalten. Steuerwörter werden in den PDW-Stream eingebettet, und mittels ToA-Zeitstempel lässt sich exakt bestimmen, ab wann eine Änderung wirksam wird. Auf diese Weise lassen sich Signale kontrolliert und stabil ändern. Befehle werden nach einer sehr kurzen Stummschaltperiode ausgeführt; danach wird die PDW-Verarbeitung fortgesetzt.

Generierung I/Q-modulierter Signale

Mit dem R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator lassen sich aus den gestreamten PDWs auch beliebige I/Q-modulierte Signale erzeugen. Ein PDW kann auf ein vordefiniertes Wellenformsegment referenzieren, das im Speicher des digitalen Basisbands abgelegt ist. Mit dieser Lösung kann der Nutzer auch PDWs mit klassischer Pulsbeschreibung mit modernen, durch I und Q beschriebenen Radarsignalen mischen. Die ToA-Information legt den Start der Signalerzeugung fest. Frequenz-, Amplituden- und Phasenoffsets werden gemäß den Definitionen in den PDWs in Echtzeit angewendet.

Pulsflankenformung und Puls-Bursts

Als einzigartiges Feature lässt sich im PDW die Form der Pulsflanken definieren – ohne Zuhilfenahme von I/Q-Segmenten. Rechteckige, lineare und Raised-Cosine-Formen stehen zur Verfügung. Diese Formen ermöglichen realistische, bandbreitenbegrenzte Empfängertests ohne externe Filter. Darüber hinaus ist die Generierung mehrerer identischer Pulse mit einem einzigen PDW möglich. Mit der Puls-Burst-Erweiterung des PDW-Formats lassen sich Pulswiederholintervall (Pulse Repetition Interval, PRI) und die Anzahl der Wiederholungen definieren.

Simulation mehrerer gleichzeitig sendender Emitter (Pulse-on-Pulse-Szenario)

Zur Erzeugung einer komplexen Testumgebung muss der Signalgenerator in der Lage sein, mehrere Emitter gleichzeitig zu simulieren und damit ein Pulse-on-Pulse-Szenario zu generieren.

Ausgestattet mit zwei Breitband-Basisbandgeneratoren (R&S®SMW-B9) kann der R&S®SMW200A zwei unabhängige PDW-Streams verarbeiten. Werden zwei oder vier zusätzliche Verarbeitungsplatinen (R&S®SMW-B15) installiert, so erhöht sich die Zahl gleichzeitig verarbeitbarer PDW-Streams auf sechs. Die einem bestimmten HF-Ausgang zugewiesenen PDW-Streams werden intern synchron hinzugefügt. Alle PDW-Streams können an einem einzigen HF-Ausgang ausgegeben werden. Verfügt das Gerät über zwei HF-Pfade, so lassen sich alternativ an jedem HF-Ausgang bis zu drei Streams ausgeben.

Die Möglichkeit, mit einem einzigen R&S®SMW200A bis zu sechs PDW-Streams (z.B. zur Simulation von Emittern) zu liefern, macht mehrkanalige Messaufbauten kompakter und unkomplizierter und reduziert die erforderliche Stellfläche.

Integration in Hardware-in-the-Loop (HIL)-Messaufbauten

Bei einem Hardware-in-the-Loop-Testszenario wird das Messobjekt in ein Simulatorsystem eingebettet, das die reale Umgebung des Messobjekts nachbildet. Für Empfängertests wird das Messobjekt üblicherweise an einen Signalgenerator angeschlossen, der vom Simulator gesteuert wird. Der Simulator wertet die Ausgangsdaten des Messobjekts auf Basis des vom Signalgenerator gelieferten Eingangssignals aus und stellt den Generator gemäß der Testparameter ein.

In einer HIL-Testumgebung sind von einem Signalgenerator Echtzeitfähigkeit, hohe Aktualisierungsrate und niedrige Latenz gefordert. Dank seiner Fähigkeit, PDW-Streams in Echtzeit zu verarbeiten, und der geringen Laufzeit vom Ethernet-Port zum HF-Ausgang eignet sich der R&S®SMW200A ideal für die Integration in einen HIL-Messaufbau. Bei einer HIL-Simulation müssen alle Geräte exakt aufeinander synchronisiert sein. Mit einem Eingang für einen externen Referenztakt, Trigger-Eingängen und benutzerdefinierten Marker-Ausgängen bietet der R&S®SMW200A mehrere Optionen für die Synchronisation mit dem HIL-Simulator. Zur Erleichterung der Fehlersuche stehen darüber hinaus umfassende Statistikfunktionen für die PDW-Streams zur Verfügung.

Wesentliche Merkmale und Vorteile

• Echtzeit-Radarsignalerzeugung für HIL-Tests
• PDW-Verarbeitungsrate von bis zu 12 MPDW/s pro Gerät
• PDW-Streaming für mehrere Emitter gleichzeitig (Pulse-on-Pulse-Szenario) mit einem einzigen Gerät
• Erzeugung beliebiger I/Q-modulierter Wellenformen
• Pulsflankenformung für bandbreitenbegrenzte Tests
• Extrem lange Signalabspielzeiten bei minimalen Speicheranforderungen
• Zwei unabhängige HF-Pfade in einem Gerät
• Hervorragende Signalqualität