Analisi avanzata degli impulsi multicanale basata sul trigger per caratterizzare i ricevitori di allarme radar

Attività da eseguire

Un ricevitore di allarme radar (RWR, vedi figura sopra) di solito consiste in più ricevitori che sono valutati insieme per determinare la direzione di un impulso radar in arrivo. Solitamente, più ricevitori sono combinati, migliore è l’accuratezza angolare del rilevamento della direzione di provenienza del segnale.

Il metodo di radiogoniometria (DF) utilizzato può dipendere dall'applicazione in questione; i metodi tipici sono la differenza di tempo di arrivo (TDOA) e l'interferometro a correlazione. In ogni caso, le misure necessarie durante la fase di ricerca e sviluppo richiedono un ricevitore coerente in fase per misurare la differenza di fase tra i ricevitori. Nella fase di sviluppo, le prestazioni del ricevitore sono misurate in condizioni ideali e spesso anche in scenari più impegnativi.

Soluzione Rohde & Schwarz

Gli oscilloscopi R&S®RTO e R&S®RTP sono strumenti nel dominio del tempo e i loro canali di ingresso sono progettati per l'acquisizione di segnali coerenti nel tempo.

Un potenziale disallineamento (differenza di ritardo di propagazione) risultante dalla configurazione di misura può essere regolato 1). Sono disponibili funzioni di trigger avanzate per isolare gli eventi e analizzarli in modo più dettagliato. Quanto segue illustra uno scenario impegnativo e dimostra le capacità di un oscilloscopio come potente strumento di debugging.

Configurazione di misura

La configurazione include il software R&S®Pulse Sequencer per simulare uno scenario nella banda X (da 8 GHz a 12 GHz), e un generatore di segnali vettoriale a due canali R&S®SMW200A per fornire i segnali richiesti. L'oscilloscopio R&S®RTP in combinazione con il software per l'esplorazione di segnali vettoriali R&S®VSE si occupa dell'analisi. Per dimostrare una differenza di fase, sono simulate solo due antenne di un RWR. Sono collocate a 11 m di distanza l’una dall’altra, da dritta a sinistra, sulle punte delle ali di un aereo. Inoltre, per facilitare lo sforzo di simulazione, ogni oggetto è posto alla stessa altezza, lasciando solo due gradi di libertà disponibili (per esempio le coordinate est e nord).

Spesso una situazione non è statica, ma l'RWR deve far fronte a scenari dinamici. Lo scenario in questo esempio consiste in un emettitore in movimento (che genera ampiezze variabili) e un emettitore stazionario. L'RWR è stazionario. Le Figure 1 e 2 mostrano la configurazione spaziale generata dal R&S®Pulse Sequencer. Un radar di bordo (aereo di pattuglia) che opera nella banda X segue l'RWR e lo supera lateralmente.

C'è un altro radar (radar di terra) che opera nella banda X con un livello di potenza all'ingresso RWR simile a quello del radar di bordo. Il secondo radar funge da disturbatore nell'analisi RWR.

Gli impulsi del radar di terra hanno intervalli di ripetizione degli impulsi (PRI) e livelli di potenza simili a quelli del radar di bordo. Mentre il segnale del radar di terra è più debole al ricevitore di sinistra e più forte al ricevitore di dritta, il livello di potenza del radar di bordo è al suo massimo al ricevitore di sinistra, diminuisce mentre si sposta oltre l'RWR, e ritorna al suo massimo al ricevitore di dritta.

Determinare la differenza di fase in uno scenario di radiogoniometria è fondamentale. Un primo semplice trigger sui due segnali ricevuti dall'oscilloscopio R&S®RTP rivela una visione piuttosto mista (vedere Fig. 3).

L'oscilloscopio visualizza un impulso della durata di 5 μs per entrambi i ricevitori e un segnale intermittente di 1 μs distribuito casualmente intorno al segnale di 5 μs. Infatti, questi sono i valori predefiniti per lo scenario simulato con il software R&S®Pulse Sequencer.

Come menzionato sopra, gli impulsi del radar di terra sono frequenti e non sono inclusi nell'analisi. Il movimento simulato del velivolo si estende su un raggio di 3 km, attraversato a una velocità di 400 m/s, risultante in circa 7,5 s per un viaggio di sola andata. In questo lasso di tempo, è possibile aspettarsi circa 75.000 impulsi dall'aereo. Coprire 7,5 s in una singola acquisizione non è un'opzione praticabile,in quanto ciò richiederebbe 2 × 40 Gsample/s × 7,5 s = 600 Gsample di memoria. Una condizione di trigger adeguata per isolare gli impulsi da 1 μs nel dominio del tempo è obbligatoria.

Condizione di trigger

La condizione di trigger è spiegata in dettaglio nella scheda applicativa "Trigger su impulsi RF radar con un oscilloscopio" (PD 3609.2000.92). Gli impulsi dall'aereo di pattuglia possono essere isolati usando la configurazione di trigger descritta:

• Trigger A (trigger di larghezza con un tempo di inattività maggiore di 100 ns). Questa impostazione fornisce un trigger stabile per ogni impulso (compresi gli impulsi da non considerare nell'analisi)

• Trigger B (trigger di timeout). Il trigger avviene quando un impulso è rimasto sotto il livello di soglia per 10 ns. Il trigger B è valutato dopo un ritardo di un po' inferiore alla durata dell'impulso prevista, per esempio dopo il 95% (questa condizione catturerà ancora tutti gli impulsi più lunghi di questo ritardo)

• Trigger R (timeout di ripristino un po’ più alto della durata prevista per l’impulso, ad es. 10%). Questa condizione rifiuta ogni impulso più lungo del timeout specificato. Di conseguenza, solo gli impulsi da 1 μs saranno considerati

Impostazioni di analisi

L'analisi può essere eseguita direttamente sull'oscilloscopio R&S®RTP (vedere la scheda applicativa "Analisi degli impulsi radar RF con un oscilloscopio" (PD 5215.4781.92) e la nota applicativa "Radar automobilistico - Analisi dei chirp radar con l’oscilloscopio R&S®RTP" (GFM318)) o utilizzando un software di analisi dedicato. Il software per l'esplorazione di segnali vettoriali R&S®VSE con l'opzione di analisi degli impulsi multicanale R&S®VSE-K6A determina rapidamente la differenza di fase e altri importanti parametri radar, come la larghezza dell'impulso e lo statismo.

I canali 1 e 3 sono scelti come canali d'ingresso ed è selezionata la modalità forma d'onda. Di conseguenza, entrambi i canali dell'oscilloscopio R&S®RTP sono campionati a una velocità di 40 Gsample/s.

Dopo aver impostato parametri importanti come la frequenza centrale e il tempo di acquisizione e aver configurato l'algoritmo di rilevamento, il software R&S®VSE è impostato sulla modalità di trigger manuale. Le suddette impostazioni di trigger sono applicate all'oscilloscopio R&S®RTP. Inoltre, è possibile definire un offset di trigger negativo per garantire una tempistica corretta, poiché il trigger sposta l'acquisizione degli impulsi a sinistra del segno di trigger. Ora l'oscilloscopio è pronto per l'acquisizione del segnale.

Tra i principali strumenti di analisi nell'analisi multicanale vi sono le funzioni di misura della fase degli impulsi (wrapped) e della fase degli impulsi (unwrapped) (vedere finestra in basso a destra nella Fig. 4). Una nuova traccia è generata e assegnata al canale 3. La differenza di fase può ora essere misurata mettendo dei marcatori sulle due curve e collegando i marcatori insieme. Il marcatore delta rivela una differenza di fase di 279° in questo esempio. La differenza di fase può anche essere determinata dai valori nella tabella dei risultati (finestra in alto a destra).

Riassunto

Le misure di differenza di fase richiedono ricevitori coerenti in fase. Inoltre, soprattutto in scenari difficili, una condizione di trigger adatta può accelerare l'analisi del segnale radar di interesse. L'opzione di analisi degli impulsi multicanale R&S®VSE-K6A utilizza la gamma completa di funzioni di trigger digitali disponibili sugli oscilloscopi R&S®RTO e R&S®RTP. Fornisce l'analisi automatica dei parametri radar più importanti combinata con la misura automatica della differenza di fase.