Analisi semplificata di radar agili in frequenza

La sfida

Le tecniche di agilità in frequenza consentono ai radar di cambiare rapidamente le modalità di funzionamento da un impulso all'altro. Ciò può includere varie capacità di funzionamento del sistema:

• Tecniche di salto della frequenza per tenere conto di effetti atmosferici, disturbi, interferenze ed elusione del rilevamento
• Cambiamenti di modulazione o di larghezza dell'impulso per migliorare la risoluzione del bersaglio
• Tasso di ripetizioni con impulso sfalsato per evitare ambiguità della misura di distanza

Queste modalità di funzionamento avanzate del sistema devono essere provate a fondo per convalidare le prestazioni in condizioni dinamiche e accertarsi che non vi siano emissioni indesiderate. Le emissioni non intenzionali nello spettro non si limitano semplicemente a degradare l'efficienza del radar, ma possono introdurre artefatti non desiderati. Le sorgenti di emissioni indesiderate possono essere dovute a transitori ed errori di modulazione, accoppiamento da digitale a RF, effetti non lineari e impulsi spuri di potenza, nonché a errori di temporizzazione derivanti dall'hardware di sintonizzazione e sincronizzazione del clock. Questi segnali temporali spuri sono difficili da rilevare utilizzando apparecchiature di test tradizionali a causa della natura molto rapida dei segnali indesiderati.

Soluzione di misura e collaudo

Tradizionalmente, gli analizzatori di spettro a scansione (sweep) sono stati utilizzati per la ricerca di segnali spuri indesiderati fuori banda o all'interno della banda di interesse. Anche se l'analizzatore di spettro e segnali R&S®FSWha la più elevata gamma dinamica e la più rapida capacità di sweep rispetto a qualsiasi analizzatore di spettro disponibile sul mercato, le limitazioni architetturali dell'analisi a scansione tradizionale non sono ideali per osservare brevi eventi di impulsi con una bassa probabilità di occorrenza.

Le condizioni del segnale nella Fig. 1 mostrano lo spettro di una sequenza di salti di frequenza in un intervallo di 160 MHz. Sono mostrate due visualizzazioni a confronto. Come un tradizionale analizzatore di spettro a scansione, la visualizzazione dello sweep in frequenza (in alto) ha una traccia in modalità max hold. I parametri della scansione sono impostati per una larghezza di banda di risoluzione di 50 kHze un tempo di sweep di 50 ms. Sono raccolte le cinque frequenze di salto, e appare esistere qualche livello di emissioni spurie nella banda di interesse.

Per confronto, la modalità di analisi dello spettro in tempo reale attivabili con l'opzione R&S®FSW-K160Rconsente di analizzare il segnale fino a 600.000 FFT/s, ottenendo una probabilità di intercettazione (probability of intercept, POI) del 100% per segnali rapidi anche di soli 1,87 μsin un intervallo di 160 MHz. Lo visualizzazione a persistenza dello spettro mostrato nella traccia inferiore della Fig. 1 mostra la scala a gradiente di colore della modalità di analisi in tempo reale. È ovvio che una forma spettrale nettamente diversa si verifichi poco frequentemente in questa modalità di funzionamento.

Poiché lo spettro di questo evento è diverso dagli altri impulsi (vedere Fig. 2), è possibile utilizzare la funzione di trigger con maschera di frequenza (frequency mask trigger, FMT) per isolare il segnale. Una volta isolato il segnale di interesse, la visualizzazione dello spettrogramma rivela, inoltre, che questo evento occupa una larghezza di banda molto maggiore degli altri salti di frequenza, indicando la presenza di un impulso di breve durata.

È possibile utilizzare l'opzione di misura degli impulsi R&S®FSW-K6per analizzare dettagliatamente gli impulsi catturati all'interno della larghezza di banda di analisi dell'analizzatore dello spettro. È possibile analizzare oltre 100.000 impulsi con visualizzazioni correlate nel dominio del tempo e della frequenza, temporizzazione, modulazione e proprietà statistiche del segnale. È possibile visualizzare su schermo tutti i parametri di impulso pertinenti, quali ad esempio tendenza della larghezza degli impulsi, tabella dei risultati, frequenza e fase degli impulsi, ecc.

La Fig. 3 mostra i risultati di misura degli impulsi per diverse centinaia di impulsi catturati in oltre 250 ms. La visualizzazione della tendenza della larghezza degli impulsi in alto a sinistra rivela che esistono 128 eventi con una larghezza degli impulsi di 20 μsfino a un singolo evento con larghezza degli impulsi di 1,0 μs. Quando si seleziona l'impulso di 1,0 μsnella tabella dei risultati in alto a destra, l'impulso a banda larga è automaticamente demodulato e visualizzato nella fase degli impulsi e la frequenza degli impulsi è visualizzata nella parte inferiore della Fig. 3. È ora possibile vedere che la forma d'onda degli impulsi demodulati è cambiata da un segnale CW a impulsi a una forma d'onda Barker 13 compressa a impulsi polifase per l'impulso da 1 μs. Ciò modifica drasticamente le prestazioni, in termini di risoluzione, di questo radar in maniera ripetitiva, ma solo per un periodo di tempo molto breve.

Combinando la tecnologia in tempo reale per isolare il segnale di interesse e l'analisi dei segnali impulsivi, il comportamento operativo dei segnali a impulsi complessi può essere facilmente caratterizzato.

Riassunto

L'opzione R&S®FSW-K160Rè l'aggiunta più recente al portafoglio di analisi in tempo reale di Rohde & Schwarz. Integrato nella piattaforma di analisi dello spettro ad alte prestazioni, l' R&S®FSWvanta prestazioni leader nel settore in termini di livello di rumore medio visualizzato (displayed average noise level, DANL), rumore di fase e larghezza di banda di misura (larghezza di banda di analisi da320 MHzfino a 50 GHz).

Progettata per la scalabilità, la nuova funzione di analisi in tempo reale è un'opzione software per l'analizzatore di spettro e segnali R&S®FSW, che stabilisce un nuovo punto di riferimento sul mercato in termini di prestazioni con quasi 600.000 FFT/se una POI 100%per segnali da 1,87 μsa 160 MHzdi larghezza di banda di analisi.

Quando combinata con l'opzione di misura degli impulsi R&S®FSW-K6, l'opzione per l'analisi dello spettro in tempo reale R&S®FSW-K160Rrappresenta lo strumento ideale per semplificare l'analisi dei più avanzati sistemi radar agili.