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Innovative Radarsignalerzeugung für Szenarien mit hoher Pulsdichte

Um Radarszenarien mit Frequenz- und Pegelagilität mit hoher Pulsdichte und langer Wiedergabezeit zu simulieren, können sich Ingenieure die Echtzeit-Sequencing-Funktionalität des R&S®SMW200A Vektorsignalgenerators zunutze machen.

Radarszenario mit hoher Pulsdichte
Radarszenario mit hoher Pulsdichte

Ihre Anforderung

Bevor Radarwarnempfänger zum Einsatz kommen, müssen sie sich harten Funktionstests unterziehen. Radarwarnempfänger müssen mit Szenarien hoher Pulsdichte, die von vielen verschiedenen, durchaus komplexen Radaren herrühren, zurecht kommen. Die erforderlichen Radarsignale weisen wechselnde Pulsfolgefrequenzen (PRF) auf, die normalerweise von wenigen kHz bis zu Hunderten von kHz reichen. Eine PRF von nur 150 kHz mit einer Szenariolänge von 1 s erzeugt 150.000 Pulse.

Anzahl an erzeugten Pulsen im Vergleich zur Simulationsdauer
Anzahl an erzeugten Pulsen im Vergleich zur Simulationsdauer
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Auch bei Szenarien mit niedrigen PRF können viele Pulse produziert werden, da die erforderliche Szenariolänge oftmals von der Antennenabtastdauer abhängt, die ziemlich lang andauern kann. Die wichtigste Herausforderung besteht darin, solche realistischen Szenarien mit großen Szenariolängen mit einem geeigneten Simulator im Labor zu reproduzieren.

Um ein realistisches Szenario zu erzeugen, muss der Simulator auch modulierte und unmodulierte Pulse und agile Frequenzumschaltung unterstützen. Radare nutzen diese Technik, um einer Erfassung oder Störung zu entgehen. Die Szenarien können auch lange Perioden mit Sendepausen enthalten, da die Simulation die Tatsache nachbilden muss, dass die schmale Azimutkeule der Radarantenne das Messobjekt nur von Zeit zu Zeit trifft. Die Simulation dieser Szenarien kann schnell zu sehr langen Berechnungszeiten und großen Dateien für die Signale in der Größenordnung von GBytes führen. Die Umsetzung mit dem herkömmlichen ARB-Ansatz ist deshalb sehr anspruchsvoll oder kaum zu realisieren.

Beispiel einer Sequencing-Liste, berechnet von der R&S®Pulse Sequencer Software, mit vier Steuerwörtern, die entweder ein Echtzeitsignal (RT = Real-Time) definieren oder auf ein Wellenformsegment (WV = Waveform) verweisen

Messtechnische Lösung

Die Optionen R&S®SMW-K501 Extended Sequencing und R&S®SMW-K502 Wideband Extended Sequencing von Rohde & Schwarz bieten eine maßgeschneiderte Lösung für die obige Herausforderung. Auf Basis der leistungsstarken, digitalen Basisband-Hardware des R&S®SMW200A Vektorsignalgenerators und der R&S®Pulse Sequencer Software wird den Ingenieuren eine Lösung an die Hand gegeben, um komplexe Pulsszenarien schnell zu modellieren.

Die R&S®Pulse Sequencer Software modelliert das Signal anhand einer Sequencing-Liste mit Steuerwörtern. Alle Steuerwörter in der Liste definieren zusammen das endgültige Signal. Die Steuerwörter beinhalten sämtliche Pulsparameter, mit denen das Pulssignal festgelegt wird. Das Format der Steuerwörter, die von der R&S®Pulse Sequencer Software verwendet werden, enthält die Pulsbreite, die Modulationsart (MOP), einen relativen Leistungspegel (z. B. um Antennenabtastungen zu modellieren) und einen Frequenz- oder einen Phasenoffset (z. B. um einen Frequenzsprungbetrieb zu modellieren).

Jedem Steuerwort wird ein zugehöriger Zeitstempel mit Informationen zur Ankunftszeit (ToA = Time of Arrival) zugewiesen, um die Zeit für die Wiedergabe eines jeden Pulses zu definieren (z. B. um PRI-Stagger oder lange Pausenzeiten zu modellieren). Anstatt die Pulsbeschreibung zu beinhalten, kann das Format auf vorberechnete Wellenformsegmente im ARB referenzieren. Frequenzoffset, Phasenoffset und relativer Leistungspegel werden für jedes Steuerwort immer in Echtzeit angewandt.

Sequencing und Signalerzeugung in Echtzeit unter Verwendung einer Sequencing-Liste

Da der R&S®SMW200A Signale in Echtzeit erzeugen kann, interpretiert die digitale Basisband-Hardware die hochgeladene Liste von Steuerwörtern und generiert die Signale zu dem Zeitpunkt, der von den ToAs relativ zu einem Trigger-Ereignis festgelegt wurde. Unmodulierte Rechteckpulse und Pulse mit linearer Frequenzmodulation oder Barker-Codes werden zusammen mit beliebigem Pegel und Frequenz- oder Phasenoffset sowie mit Änderungen der Pulsbreite in Echtzeit erzeugt. Lang andauernde Pausenzeiten zwischen zwei Pulsen werden mit unterschiedlichen ToA-Werten modelliert. Es müssen keine I/Q-Abtastwerte vorberechnet werden, um die Lücke zwischen den Pulsen zu füllen. Das Konzept des Sequencing und der Signalerzeugung in Echtzeit reduziert die Speicheranforderungen und Rechenzeiten im Vergleich zum herkömmlichen ARB-Ansatz beträchtlich.

Im folgenden Beispiel wird die resultierende Dateigröße für ein Szenario bei Anwendung einer Sequencing-Liste mit Steuerwörtern mit dem klassischen ARB-Ansatz verglichen. Das Szenariobeispiel erzeugt für jeden Puls unterschiedliche Puls-Spitzenleistungspegel.

Diese Pegeländerung wird mit Hilfe des Interpuls-Modulationsmechanismus der R&S®Pulse Sequencer Software umgesetzt.

Szenarioparameter
SzenarioparameterWertEinheit
Pulsbreite 20 μs
Chirpsignal-Bandbreite 20 MHz
Pulswiederholzeit 1 ms
Szenariodauer 1 s

Wie man in der folgenden Tabelle sehen kann, ist die resultierende Szenario-Dateigröße beim Sequencing-Ansatz viel geringer als beim ARB-Ansatz. Die Rechenzeit wird ebenfalls deutlich reduziert.

Resultierende Dateigröße
KonzeptDateigröße
ARB-Ansatz 305 MB
Sequencing-Ansatz unter Verwendung einer Sequencing-Liste mit Steuerwörtern 22 kB

Echtzeit-Sequencing von vorberechneten Wellenformsegmenten

Die Sequencing-Liste kann auch auf vorberechnete Wellenformsegmente zugreifen und sie in Echtzeit wiedergeben. Dies ist notwendig, falls Einhüllende von Nicht-Rechteckpulsen oder jede beliebige Modulationsart außer Barker-Codes oder lineare Frequenzmodulation verwendet werden. Es wird nur ein einzelnes Wellenformsegment einschließlich der Modulationsart zusammen mit der Sequencing-Liste berechnet. Dieses Wellenformsegment wird, wie durch die Offsetwerte und ToAs in der Sequencing-Liste festgelegt, verändert und wiedergegeben.

Sämtliche Segmente werden für Szenarien vorberechnet, die Nicht-Rechteckpulse mit zufälligen Effekten auf Pulsparameter verwenden, z. B. Jitter auf Pulsanstiegszeiten zwischen den Pulsen. Es wird immer noch eine Menge an Speicher eingespart, da Pausenzeiten zwischen zwei Segmenten, Pegeländerungen, Frequenzoffsets etc. durch die Sequencing-Liste festgelegt werden. Zudem lassen sich mit diesem Sequencing-Ansatz auch Wellenformsegmente nutzen, die vom Kunden importiert werden.

Es ist auch möglich, Steuerwörter, die ein Echtzeitsignal definieren, und Steuerwörter, die auf ein im ARB vordefiniertes Wellenformsegment referenzieren, zu mischen. Die R&S®Pulse Sequencer Software kümmert sich automatisch darum.

Dank dieser Lösung war es noch nie so einfach, Radarausrüstung wie Radarwarnempfänger oder Sprungtransponder mit realistischen Szenarien zu testen, die Hunderttausende von Pulsen produzieren. Aufgrund minimaler Dateigröße und Rechenzeit ist diese Lösung komfortabel in der Anwendung. Der Anwender kann die volle Modulationsbandbreite des R&S®SMW200A Signalgenerators von bis zu 2 GHz nutzen und von seiner herausragenden HF-Performance profitieren.

Wesentliche Vorteile

  • Ultralange Signalwiedergabezeit mit minimalen Speicheranforderungen und Rechenzeiten
  • Echtzeit-Sequencing von Wellenformsegmenten
  • Sequencing und Signalerzeugung von unmodulierten Rechteckpulsen, linearer Frequenzmodulation und Barker-Codes in Echtzeit
  • Modellieren Sie Szenarien mit dichten Pulsfolgen
  • Unterstützt Modulationsbandbreiten bis zu 2 GHz