Análisis de pulsos multicanal basado en disparo avanzado para caracterizar receptores de alerta radar

Su misión

Un receptor de alerta radar (RWR, véase la figura al margen) se compone generalmente de varios receptores que se evalúan conjuntamente para determinar la posición de un impulso radar entrante. Por norma, cuantos más receptores se combinan, mejor es la precisión angular de la marcación.

El método de determinación de la posición utilizado puede depender de la aplicación concreta; como métodos típicos destacan el de diferencia de tiempo de llegada (TDOA) y el de interferómetro de correlación. En todo caso, para las medidas en el área de I+D se requiere un receptor coherente de fase para medir el desplazamiento de fase entre los receptores. En la fase de desarrollo se mide el rendimiento del receptor en condiciones ideales y, con frecuencia, también en escenarios más complejos.

Solución Rohde & Schwarz

Los osciloscopios R&S®RTO y R&S®RTP son instrumentos para el dominio temporal, y sus canales de entrada están diseñados para la adquisición de señales coherentes en el tiempo.

Se puede ajustar un sesgo potencial (diferencia en el retardo de propagación) resultante de la configuración de medida 1). Asimismo, se dispone de funciones avanzadas de disparo para aislar eventos y analizarlos con mayor detalle. A continuación se ilustra un escenario complejo y se demuestran las funciones de un osciloscopio como eficaz herramienta de depuración.

Configuración de la medida

La configuración de medida incluye el software R&S®Pulse Sequencer para simular un escenario en la banda X (de 8 GHz a 12 GHz), así como un generador vectorial de señales R&S®SMW200A de dos canales para aportar las señales necesarias. El osciloscopio R&S®RTP, en combinación con el software explorador de señales vectoriales R&S®VSE, se encarga del análisis. Para demostrar un desplazamiento de fase se simulan solamente dos antenas de un RWR, situadas a una distancia de 11 m de estribor a babor en las alas de una aeronave. Además, para facilitar la simulación, cada objeto se sitúa a la misma altura, dejando solo dos grados de libertad (p. ej. coordenadas este y norte).

A menudo, una situación no es estática, sino que el RWR debe procesar escenarios dinámicos. El escenario del ejemplo mostrado consiste en un emisor en movimiento (que genera amplitudes variables) y un emisor estacionario. El RWR se mantiene estacionario. En las figs. 1 y 2 se muestra la configuración espacial generada por el R&S®Pulse Sequencer. Un radar aerotransportado (avión de patrulla) que opera en la banda X monitoriza el RWR y se mueve lateralmente a su paso.

Hay otro radar (radar de tierra) que opera en la banda X con un nivel de potencia en la entrada del RWR similar al del radar aerotransportado. El segundo radar actúa como elemento perturbador en el análisis del RWR.

Los pulsos del radar de tierra tienen intervalos de repetición de impulsos (PRI) y niveles de potencia similares a los del radar aerotransportado. Mientras que la señal del radar de tierra es más débil en el receptor de babor y más potente en el receptor de estribor, el nivel de potencia del radar aerotransportado alcanza su nivel máximo en el receptor de babor, se reduce a medida que se mueve al paso del RWR, y recupera su máximo en el receptor de estribor.

La determinación del desplazamiento de fase es fundamental en un escenario de localización de posición. Un simple disparo inicial en las dos señales recibidas por el osciloscopio R&S®RTP proporciona una vista mixta (véase la fig. 3).

El osciloscopio muestra un pulso de 5 μs de duración para ambos receptores y una señal intermitente de 1 μs distribuida de forma aleatoria alrededor de la señal de 5 μs. En efecto, estos son los valores predeterminados para el escenario simulado con el software R&S®Pulse Sequencer.

Como se ha indicado anteriormente, los pulsos del radar de tierra son frecuentes y no deberían incluirse en el análisis. El movimiento simulado de la aeronave abarca un rango de 3 km, atravesado a una velocidad de 400 m/s, de lo que resultan aproximadamente 7,5 s para un recorrido en dirección única. En este período de tiempo, pueden esperarse alrededor de 75 000 pulsos de la aeronave. Cubrir 7,5 s en una única adquisición no es una opción factible, ya que se requerirían 2 × 40 Gmuestras/s × 7,5 s = 600 Gmuestras de memoria. Es por tanto imprescindible una condición de disparo idónea para aislar los pulsos de 1 μs en el dominio temporal.

Condición de disparo

La condición de disparo se explica en detalle en la ficha de aplicación «Trigger on radar RF pulses with an oscilloscope» (PD 3609.2000.92). Los pulsos del avión de patrulla se pueden aislar utilizando la configuración de disparo que se describe:

• Disparo A (disparo de ancho con un tiempo de pausa mayor a 100 ns). Permite alcanzar un disparo estable para cada pulso (incluyendo pulsos que no deben estar incluidos en el análisis)

• Disparo B (disparo de tiempo límite). El disparo se produce cuando un pulso ha permanecido por debajo del nivel umbral durante 10 ns. El disparo B se evalúa después de un retardo algo menor que la duración de pulso deseada, p. ej. después del 95 % (esta condición solamente capturará todos los pulsos que son más largos que este retardo)

• Disparo C (reposición de tiempo límite algo superior a la duración de pulso deseada, p. ej. 10 %). Esta condición rechaza todos los pulsos que son más largos que el tiempo límite especificado. Como resultado, solo se considerarán los pulsos de 1 μs.

Configuración de análisis

El análisis se puede realizar directamente en el R&S®RTP (véase la ficha de aplicación «Analyzing RF radar pulses with an oscilloscope» (PD 5215.4781.92) y la nota de aplicación «Automotive Radar – Chirp Analysis with R&S®RTP Oscilloscope» (GFM318)), o utilizando un software de análisis específico. El software explorador de señales vectoriales R&S®VSE con la opción de análisis de pulsos multicanal R&S®VSE-K6A determina rápidamente el desplazamiento de fase así como otros parámetros importantes del radar, como duración de impulso y caída.

Los canales 1 y 3 se seleccionan como canales de entrada, y se selecciona el modo de forma de onda. Como resultado, los dos canales del R&S®RTP se muestrean con una frecuencia de 40 Gmuestras/s.

Tras ajustar de parámetros importantes, como la frecuencia central y el tiempo de adquisición, y configurar el algoritmo de detección, se activa en el R&S®VSE el modo de disparo manual. Los ajustes de disparo mencionados se aplican al R&S®RTP. También se puede definir una desviación de disparo negativa para garantizar la correcta temporización, ya que el disparo desvía la adquisición de pulsos hacia la izquierda de la marca de disparo. El osciloscopio ya está listo para la adquisición de la señal.

Entre las herramientas principales del análisis multicanal se encuentran las funciones de medida de fase de pulso (envuelta) y fase de pulso (desenvuelta) (véase la ventana inferior derecha en la fig. 4). Se genera una nueva traza y se asigna al canal 3. Ahora se puede medir el desplazamiento de fase colocando marcadores en las dos curvas y enlazando los marcadores entre sí. El marcador delta muestra en este ejemplo un desplazamiento de fase de 279°. El desplazamiento de fase también se puede determinar a partir de los valores de la tabla de resultados (ventana superior derecha).

Resumen

Para las medidas de desplazamiento de fase se requieren receptores coherentes de fase. Asimismo, especialmente en escenarios complejos, una condición de disparo apropiada puede acelerar el análisis de la señal radar de interés. La opción de análisis de pulsos multicanal R&S®VSE-K6A utiliza el rango completo de funciones de disparo digital disponibles en los osciloscopios R&S®RTO y R&S®RTP. Permite realizar un análisis automático de los parámetros de radar más importantes en combinación con la medida automática de desplazamiento de fase.