Eine Vielzahl von Radaremittern für Empfängertests simulieren

Die R&S®Pulse Sequencer Software bietet in Kombination mit dem R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator eine einfache und benutzerfreundliche Lösung, um Multi-Emitter-Umgebungen zu simulieren. Damit können Ingenieure die Leistungsfähigkeit von Frühwarnempfängern validieren.

Ihre Anforderung

Radarwarnempfänger sind das Herzstück von Frühwarnsystemen (Early Warning, EW). Die Hauptaufgabe dieser Geräte besteht darin, Piloten in Flugzeugen zu schützen und zu warnen oder Ressourcen wie Flugzeuge oder Einrichtungen abzusichern. Zweck dieser Geräte ist, Radarsignale schnell zu detektieren, zu identifizieren und zu klassifizieren. Um dies zu erreichen, werden die empfangenen Signale mit einer vorhandenen Bibliothek verglichen, in der die Parameter bekannter Emitter abgelegt sind, beispielsweise Modulation-on-Pulse (MOP), Pulsdauer, Trägerfrequenz und Pulsmuster. Bei Einsätzen hat man es normalerweise mit einer Vielzahl von Signalen zu tun, die in sehr kurzer Zeit verarbeitet werden müssen. Das Wissen über die Beschaffenheit eines empfangenen Signals ist bei Einsätzen oder gefährlichen Situationen unverzichtbar. Für eine produktive und effiziente Entwicklung von Frühwarnempfängern ist es entscheidend, im Labor eine realistische und repräsentative Testumgebung mit mehreren Emittern sicherzustellen, um nachzuweisen, dass ein Frühwarnempfänger ein relevantes Signal, das in einem dichten Umfeld mit vielen Signalen verborgen ist, detektieren kann.

Beispiel eines Szenarios mit sechs Emittern
Nr. Frequenz in MHz Pulswiederholzeit (PRI) in μs Intra-/Interpulsmodulation Pulsbreite (PW) in ns
1 3042 ± 40 1755 9-Element-HF-Stagger 353
2 3300 569 bis 608 4-Element-PW-Stagger 222 bis 252
3 3150 973 bis 1097 32-Element-PRI-Stagger 400
4 2950 387 bis 411 3-Element-PW-Stagger 440/450/460
5 3200/3240 630
2-Element-HF ein / aus:
15 ms/5 ms
305
6 2900 577 bis 677 Zufallsbasierte PRI 500

Messtechnische Lösung

Um Szenarien mit mehreren Emittern zu simulieren, nutzen Ingenieure den R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator in Kombination mit der R&S®Pulse Sequencer Software. Mit der installierten Option R&S®SMW-K306 Multiple Emitters wandelt sich der R&S®SMW200A zu einem leistungsstarken und modernen Radarsignal-Simulator für Frühwarnempfänger-Tests. Ingenieuren steht nun ein praktisches Werkzeug und eine perfekte Alternative zu großen Simulatoren für den kompletten Entwicklungszyklus von Frühwarnempfängern zur Verfügung. Es verhindert Verzögerungen und Nacharbeiten beim Design und bringt Kosten und Leistung perfekt in Einklang. Radaringenieure können die R&S®Pulse Sequencer Software nutzen, um Listen von Radaremittern zu erzeugen (siehe Tabelle). Die R&S®Pulse Sequencer Software simuliert mehrere Emittersignale und kombiniert sie mit einem optimierten, prioritätsbasierten und intelligenten Interleaving-Algorithmus in einer einzigen Ausgabedatei. Die Vorteile sind:

  • Einfache, anpassbare Konfiguration von bis zu 256 Emittern
  • Optimierung und Vorschau von Interleaving-Ergebnissen dank Prioritätsschemen und Offset-Parametern
  • Interleaving von Emittern, die I/Q-modulierte Pulse oder Interpulsmodulations-Profile verwenden, beispielsweise PRI-Stagger, HF-Stagger und beliebige Antennen-Scan-Typen oder Antennendiagramme
  • Interleaving von Emittern, die im Laufe der Zeit die Betriebsart wechseln
  • Import und Interleaving von PDW-Listen

Erzeugen von Emittern mit Interpulsmodulation und MOP

Radare besitzen charakteristische Signaturen, beispielsweise gestaffelte oder zufällig variierende Pulswiederholzeiten (PRI) oder gestaffelte HF-Frequenzen (Frequenzsprung). Pulse können MOP-moduliert sein, z. B. mit linearer Frequenzmodulation. Insbesondere verwenden Radare mit geringer Erfassungswahrscheinlichkeit MOP und profitieren vom Pulskompressionsgewinn, um die abgestrahlte Leistung pro Puls zu verringern. Je komplexer, agiler und moderner Emittersignaturen sind, desto schwieriger wird es für Frühwarnempfänger, diese in einem Gemisch vieler anderer Emitter zu detektieren. Die R&S®Pulse Sequencer Software kann alle oben genannten Eigenschaften für Szenarien mit vielen Emittern simulieren. Im hier verwendeten Beispiel-Testfall besteht das Szenario aus sechs unterschiedlichen (1 bis 6) Radaren, die in der Tabelle aufgelistet sind. In diesem Testfall muss der Frühwarnempfänger das landgestützte Frühwarnradar (Radar 6), das nahe der Küste installiert ist, unter einem Gemisch aus aktiven, kommerziellen Radaren für die Navigation (Radare 1 bis 5) detektieren.

Kann Ihr Frühwarnempfänger den gesuchten Radaremitter detektieren?
Kann Ihr Frühwarnempfänger den gesuchten Radaremitter detektieren?

Interleaving von Emittersignalen auf Basis von Nutzerprioritäten

Ingenieure wollen die Anzahl an HF-Quellen minimieren und die Anzahl von erzeugten Radarsignalen maximieren. Ein guter Ansatz besteht darin, die einzelnen Radarsignale zu verschachteln und ein einziges, kombiniertes Signal zu erzeugen. Aufgrund der hohen Dichte von vorhandenen Radaren ist es wahrscheinlich, dass sich Pulse überlappen und Puls-auf-Puls-Situationen erzeugen. Die R&S®Pulse Sequencer Software nutzt einen Algorithmus, um Signale zu verschachteln und Pulse zu verwerfen, falls diese kollidieren – auf Basis eines optimierten, benutzerdefinierten Prioritätsschemas. Damit wird sichergestellt, dass nur sehr wenig verworfen wird. Als Beispiel wurden die erwähnten Radaremitter durch die R&S®Pulse Sequencer Software verschachtelt und das resultierende Multi-Emitter-Signal erzeugt. Die Abbildung oben zeigt die simulierten Leistungspegel-Kurven und die Variation der sechs simulierten und verschachtelten Radarsignale in Abhängigkeit von der Zeit. Um die Komplexität der Aufgabe eines Frühwarnempfängers zu demonstrieren, wird eine Messung des angezeigten Zeitintervalls (blauer Rahmen) der Pegelkurve im Screenshot unten dargestellt.

Der Empfänger muss Radaremitter 6 identifizieren. Jedoch sieht er auch alle anderen Radare. Der Frühwarncomputer muss nun die folgenden Radaremitter-Signale verarbeiten: Radar 1 variiert seine HF innerhalb von neun Werten mit einer Schrittweite von 10 MHz. Dies führt zu Frequenzstufen (grüne Punkte) in der Abbildung unten. Radar 4 wechselt seine Pulsbreite zwischen drei Werten (drei blaue Balken). Radar 5 schaltet seine HF ein und aus, indem er zwischen zwei unterschiedlichen HF-Frequenzen umschaltet (grün gestrichelt). In dem blauen Rahmen ist der relevante Emitter (Radar 6) hervorgehoben. Dieser Emitter zeigt Spitzen mit unterschiedlichen Höhen seiner Leistungspegelkurven aufgrund des Antennen-Scans. Die HF-Frequenz von 2900 MHz (grüner Balken) und die Pulsbreite von 500 ns (blauer Balken) sind über die Zeit konstant. Der Frühwarncomputer muss auch mit dem Effekt zurechtkommen, dass einige Pulse außerhalb der Hauptkeulen mit einer falschen Pulsbreite und Frequenz detektiert werden. Die Ursache dafür kann in der großen Empfängerbandbreite und des folglich reduzierten Signal/Rauschverhältnisses (SNR) liegen.

Wesentliche Vorteile

  • Validieren und verifizieren Sie die Leistungsfähigkeit Ihres Frühwarnempfängers in einer dichten Multi-Emitter-Umgebung mit einem R&S®SMW200A
  • Wandeln Sie den R&S®SMW200A in Kombination mit der R&S®Pulse Sequencer Software zu einem leistungsstarken Radarsignal-Simulator
Messung eines Multi-Emitter-Szenarios mit hochagilen Radarsignalen
Messung eines Multi-Emitter-Szenarios mit hochagilen Radarsignalen
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