Müheloses Testen von Peilgeräten – auf Basis der Amplitude

Mit der R&S®Pulse Sequencer Radarsimulations-Software können Anwender einfach und intuitiv Szenarien für die Simulation des Einfallswinkels (Angle of Arrival, AoA) erzeugen. In Kombination mit mehreren gekoppelten R&S®SMW200A Vektorsignalgeneratoren ermöglicht diese Lösung eine schnelle und gründliche Performance-Charakterisierung aller Arten von Peilgeräten, beispielsweise solche, die Verfahren auf Basis des Amplitudenvergleichs, der Interferometrie oder der Laufzeitdifferenz (Time Difference of Arrival, TDOA) verwenden. In diesem Dokument wird unsere Lösung für Tests von Geräten beschrieben, die das Amplitudenvergleichs-Verfahren nutzen.

Abb. 1: Erzeugung von komplexen Radarszenarien. Mit der R&S®Pulse Sequencer Radarsimulations-Software und dem R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator
Abb. 1: Erzeugung von komplexen Radarszenarien. Mit der R&S®Pulse Sequencer Radarsimulations-Software und dem R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator

Abb. 1: Erzeugung von komplexen Radarszenarien. Mit der R&S®Pulse Sequencer Radarsimulations-Software und dem R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator

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Abb. 1: Erzeugung von komplexen Radarszenarien. Mit der R&S®Pulse Sequencer Radarsimulations-Software und dem R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator
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Ihre Anforderung

Ein Radarwarnempfänger (Radar Warning Receiver, RWR) ist ein wesentlicher Bestandteil des Verteidigungssystems eines jeden modernen Militärflugzeugs. Die primäre Aufgabe eines Radarwarnempfängers besteht darin, Radarsignale zu detektieren, den Emitter zu identifizieren und den Einfallswinkel (Angle of Arrival, AoA) des Radarsignals zu bestimmen. Ein häufig genutztes Verfahren für die Ermittlung des Einfallswinkels ist der Amplitudenmonopuls. Dabei werden mehrere Antennen verwendet, die rund um das Flugzeug angebracht sind, um eine 360°-Azimutabdeckung zu erzielen.

Die Entwicklung und das Testen von Radarwarnempfängern wäre ohne einen Simulator, der sämtliche, während des Entwicklungszyklus des Empfängers erforderlichen Testsignale generieren kann, schwierig.

Der Simulator muss flexibel genug sein, um alle Anwendungsfälle abzudecken, angefangen bei einfachen Radarpulsen für eine frühzeitige Hardwarevalidierung bis hin zu komplexen Mehremitter-Szenarien für Tests auf Systemebene. Idealerweise ist die Simulatorhardware als handelsübliche Lösung verfügbar, sodass man auf die Entwicklung von kostspieliger und unflexibler Spezialhardware verzichten kann. Zusätzlich muss die Definition von Signalen und die Erzeugung komplexer Szenarien einfach und intuitiv sein, um das zeitaufwendige Erstellen zusätzlicher Simulationssoftware zu vermeiden.

Lösung von Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz bietet ein leistungsstarkes Paket für die Simulation des Einfallswinkels. Dieses Paket besteht aus der R&S®Pulse Sequencer Radarsimulations-Software und mehreren gekoppelten R&S®SMW200A Ein- oder Zweipfad-Vektorsignalgeneratoren.

Der R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator kann zwei HF-Pfade mit bis zu 20 GHz oder einen HF-Pfad mit bis zu 44 GHz bereitstellen. Um eine Zeitsynchronisation über alle HF-Pfade zu erreichen, werden die internen Taktsignale und Trigger von den Generatoren gemeinsam genutzt.

Falls dedizierte Phasendifferenzen zwischen HF-Messtoren benötigt werden, beispielsweise für Tests von Peilgeräten mit interferometrischen Verfahren, besteht die Möglichkeit, das interne Lokaloszillator-Signal (LO) vom Master-Gerät an das Slave-Gerät zu verteilen oder einen externen LO, z. B vom R&S®SMA100B Analogsignalgenerator, zu verwenden.

Der R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator unterstützt die Wiedergabe einer nahezu unbegrenzten Vielfalt von Signalen. Von einfachen, unmodulierten Radarpulsen bis hin zu Radarsignalen mit komplexen Modulationsverfahren und Modulation on Pulse (MOP) – der R&S®SMW200A kann ein realistisches und dicht belegtes HF-Umfeld generieren. Dank der großen Modulationsbandbreite von 2 GHz unterstützt der R&S®SMW200A einen ausgezeichneten Frequenzsprungbetrieb, sodass die Simulation von modernen Radaren möglich ist.

Mit der R&S®Pulse Sequencer Software können Anwender ganz einfach Radarszenarien erzeugen sowie mehrere R&S®SMW200A steuern und konfigurieren. Die R&S®Pulse Sequencer Software deckt eine breite Palette an Testapplikationen ab, von einfachen Pulsfolgen bis hin zu hochgradig ausgeklügelten Szenarien mit mehreren, komplexen Emittern in Bewegung. Anwender können benutzerdefinierte Signalformen generieren und Emitter im Detail konfigurieren.

Die flexible Benutzeroberfläche vereinfacht die Erzeugung von realistischen Testszenarien. Die einfache Bedienung der Software beschleunigt die Erstellung von Testfällen, sodass mehr Zeit zum Testen bleibt. Das berechnete Szenario wird anschließend direkt auf den R&S®SMW200A geladen. Das Format der berechneten Daten kann aus pulsbeschreibenden Datenworten (PDW) oder I/Q-Waveform-Dateien bestehen. Geschwindigkeitsoptimierte Berechnungsroutinen minimieren die Wartezeit während der Berechnung des Szenarios und ermöglichen einen flexiblen und iterativen Entwurf von Testfällen.

Abb. 2: Simulation des Einfallswinkels (AoA) mit einem vierkanaligen Messaufbau. Dieser Messaufbau mit zwei gekoppelten Zweipfad-R&S®SMW200A Vektorsignalgeneratoren eignet sich gut für die Simulation des Einfallswinkels (AoA) von Emittern. Die R&S®Pulse Sequencer Software berechnet automatisch die Werte von relativer Laufzeit, relativer Phase oder relativer Amplitude zwischen den einzelnen HF-Messtoren.
Abb. 2: Simulation des Einfallswinkels (AoA) mit einem vierkanaligen Messaufbau. Dieser Messaufbau mit zwei gekoppelten Zweipfad-R&S®SMW200A Vektorsignalgeneratoren eignet sich gut für die Simulation des Einfallswinkels (AoA) von Emittern. Die R&S®Pulse Sequencer Software berechnet automatisch die Werte von relativer Laufzeit, relativer Phase oder relativer Amplitude zwischen den einzelnen HF-Messtoren.

Abb. 2: Simulation des Einfallswinkels (AoA) mit einem vierkanaligen Messaufbau. Dieser Messaufbau mit zwei gekoppelten Zweipfad-R&S®SMW200A Vektorsignalgeneratoren eignet sich gut für die Simulation des Einfallswinkels (AoA) von Emittern. Die R&S®Pulse Sequencer Software berechnet automatisch die Werte von relativer Laufzeit, relativer Phase oder relativer Amplitude zwischen den einzelnen HF-Messtoren.

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Abb. 2: Simulation des Einfallswinkels (AoA) mit einem vierkanaligen Messaufbau. Dieser Messaufbau mit zwei gekoppelten Zweipfad-R&S®SMW200A Vektorsignalgeneratoren eignet sich gut für die Simulation des Einfallswinkels (AoA) von Emittern. Die R&S®Pulse Sequencer Software berechnet automatisch die Werte von relativer Laufzeit, relativer Phase oder relativer Amplitude zwischen den einzelnen HF-Messtoren.
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Test eines vierkanaligen Radarwarnempfängers (RWR)

Ein Messaufbau für einen vierkanaligen RWR besteht aus zwei R&S®SMW200A die je zwei HF-Pfade bereitstellen, um die simulierten Radarsignale zu generieren (Abb. 2). Einer wird als Master-Gerät konfiguriert, der andere als Slave, sodass eine komplett synchronisierte Wiedergabe von Radarpulsen möglich ist. Abb. 3 zeigt ein Beispielszenario, das mit der R&S®Pulse Sequencer Software erzeugt wurde. Das Flugzeug fliegt einen kreisförmigen Kurs. Auf der linken Seite des Flugzeugs befindet sich ein bodengestütztes, statisches Radar mit Kreispeilung, der relative Peilwinkel beträgt anfangs 330°. Das Flugzeug trägt vier Richtantennen an den Flügelspitzen, die jeweils in eine unterschiedliche Richtung zeigen, wie im Antennenlayout in Abb. 4 dargestellt.

Abb. 3: Beispielszenario für RWR-Tests. Szenariokarte mit der Trajektorie des Flugzeugs und den Positionen, an denen der Radar-Scan das Flugzeug erfasst.
Abb. 3: Beispielszenario für RWR-Tests. Szenariokarte mit der Trajektorie des Flugzeugs und den Positionen, an denen der Radar-Scan das Flugzeug erfasst.

Abb. 3: Beispielszenario für RWR-Tests. Szenariokarte mit der Trajektorie des Flugzeugs und den Positionen, an denen der Radar-Scan das Flugzeug erfasst.

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Abb. 3: Beispielszenario für RWR-Tests. Szenariokarte mit der Trajektorie des Flugzeugs und den Positionen, an denen der Radar-Scan das Flugzeug erfasst.
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Die für jede Antenne simulierten Empfängersignale werden einem der vier HF-Pfade zugeordnet. Jeder HF-Pfad wird anschließend mit dem entsprechenden HF-Eingang des RWR verbunden.

Während sich das Flugzeug entlang der Trajektorie bewegt, wird es an den Positionen 1 bis 7 mehrere Male vom Radar-Scan erfasst. Auf jeder Position werden an den vier Antennen unterschiedliche Leistungspegel aufgezeichnet, da sich der Einfallswinkel des Emittersignals ändert. Der Leistungspegel eines jeden Antennenports kann im Graph in Abb. 4 betrachtet werden, wobei sich die Nummern auf die Positionen 1 bis 7 der Szenariokarte beziehen.

Um den Peilwinkel des Emitters zu erhalten, kommt das Monopulsprinzip zum Einsatz. Wenn ein Radarpuls detektiert wird, werden die beiden höchsten Leistungspegel der benachbarten Antennen verglichen. Liegt der Emitter genau in der Mitte zwischen beiden Antennen, sind die empfangenen Leistungspegel gleich. Weist der Emitter einen Versatz zur Mitte auf, wird eine Antenne einen höheren Leistungspegel empfangen. Das Verhältnis der empfangenen Leistungspegel wird verwendet, um den exakten Peilwinkel des Emitters zu erhalten.

Abb. 4: Darstellung der empfangenen Signale an vier RWR-Eingangstoren. Detektierte Radarpulse an jedem Antennenport über die Zeit. Die Antennen sind wie gezeigt an den Flügelspitzen des Flugzeugs befestigt.
Abb. 4: Darstellung der empfangenen Signale an vier RWR-Eingangstoren. Detektierte Radarpulse an jedem Antennenport über die Zeit. Die Antennen sind wie gezeigt an den Flügelspitzen des Flugzeugs befestigt.

Abb. 4: Darstellung der empfangenen Signale an vier RWR-Eingangstoren. Detektierte Radarpulse an jedem Antennenport über die Zeit. Die Antennen sind wie gezeigt an den Flügelspitzen des Flugzeugs befestigt.

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Abb. 4: Darstellung der empfangenen Signale an vier RWR-Eingangstoren. Detektierte Radarpulse an jedem Antennenport über die Zeit. Die Antennen sind wie gezeigt an den Flügelspitzen des Flugzeugs befestigt.
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Simulierte Pulsleistungspegel über die Zeit

Im unteren Teil der Abb. 4 wird ein einzelner Radarpuls gezeigt, wie er an den vier RWR-Eingängen an Position 4 aufgezeichnet wurde. Auf dieser Position empfangen die vordere und hintere linke Antenne die höchsten Leistungspegel, da sie in Richtung des Radars zeigen. Die Berechnung des Monopulsverhältnisses zwischen dem orangen und dem grünen Signal ergibt den Emitter-Peilwinkel von ca. 250°.

Abbildung des Ergebnisses in der Pilotenanzeige

Während des Flugs werden die identifizierten Emitter dem Piloten im Cockpit angezeigt. Der Peilwinkel des Emitters wird vom Computer berechnet und für den Piloten am RWR-Display dargestellt. Die Abbildung unten zeigt, wie der Emitter im beschriebenen Szenario für den RWR-Bediener oder den Pilot zu sehen ist, wenn sich das Flugzeug auf Position 4 befindet. Der Test wird als Erfolg gewertet, wenn der vom RWR bestimmte Peilwinkel dem simulierten entspricht.

Vorteile

  • Skalierbarer und kompakter Messaufbau mit Mehrkanal-Signalgeneratoren
  • Schnelle und flexible Erzeugung von Szenarien mit mehreren Emittern/Störquellen
  • Hohe Signalgenauigkeit mit 2 GHz Modulationsbandbreite
  • Simulation von Bewegungen mit sechs Freiheitsgraden (DoF)
Abb. 5: RWR-Anzeige in Flugzeug auf Position 4. RWR-Bedrohungsanzeige mit Darstellung des detektierten Emitters in 8-Uhr-Position für das Flugzeug. Die Nummer bezeichnet den Typ des Emitters, während die Raute diesen als primäre Bedrohung markiert.
Abb. 5: RWR-Anzeige in Flugzeug auf Position 4. RWR-Bedrohungsanzeige mit Darstellung des detektierten Emitters in 8-Uhr-Position für das Flugzeug. Die Nummer bezeichnet den Typ des Emitters, während die Raute diesen als primäre Bedrohung markiert.

Abb. 5: RWR-Anzeige in Flugzeug auf Position 4. RWR-Bedrohungsanzeige mit Darstellung des detektierten Emitters in 8-Uhr-Position für das Flugzeug. Die Nummer bezeichnet den Typ des Emitters, während die Raute diesen als primäre Bedrohung markiert.

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Abb. 5: RWR-Anzeige in Flugzeug auf Position 4. RWR-Bedrohungsanzeige mit Darstellung des detektierten Emitters in 8-Uhr-Position für das Flugzeug. Die Nummer bezeichnet den Typ des Emitters, während die Raute diesen als primäre Bedrohung markiert.

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