Análisis de impulsos multicanal basados en disparo avanzado para caracterizar los receptores de alerta radar

El desplazamiento de fase es el parámetro clave al caracterizar los escenarios de radiogoniometría (DF por sus siglas en inglés). Para analizar los equipos de radiogoniometría, se necesita determinar el desplazamiento de fase antes de realizar las mediciones de otros parámetros, como la marcación radiogoniométrica. El software de análisis de impulsos multicanal R&S®VSE-K6A, en combinación con un osciloscopio Rohde & Schwarz, proporciona mediciones de desplazamiento de fase incluso en entornos desafiantes al utilizar las funciones de disparo avanzado del equipo de prueba.

Receptor de alerta radar
Receptor de alerta radar
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Su misión

Un receptor de alerta radar (RWR por sus siglas en inglés, véase la figura anterior) generalmente consta de diversos receptores, los cuales se evalúan juntos para determinar la dirección de un impulso radar entrante. Generalmente, mientras más receptores se combinen, mejor será la precisión angular de marcación radiogoniométrica.

El método de radiogoniometría (DF) utilizado puede depender de la aplicación en cuestión; los métodos típicos son la diferencia de tiempo de llegada (TDOA por sus siglas en inglés) y el interferómetro correlativo. En todo caso, las mediciones de I+D requieren un receptor coherente de fase para realizar las mediciones del desfase entre los receptores. En la fase de desarrollo se mide el rendimiento del receptor bajo condiciones ideales y, con frecuencia, también en entornos más desafiantes.

Solución Rohde & Schwarz

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

Se puede adaptar un sesgo potencial (diferencia en el retardo de propagación ) que resulte de la configuración de la medición 1). Las funciones de disparo avanzado se encuentran disponibles para aislar eventos y analizarlos más detalladamente. La información siguiente ilustrará un entorno desafiante y demostrará las funciones de un osciloscopio como una potente herramienta de depuración.

Fig. 1: Configuración espacial del RWR. Los receptores están ligeramente inclinados hacia babor y estribor.
Fig. 1: Configuración espacial del RWR. Los receptores están ligeramente inclinados hacia babor y estribor.
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Configuración de la medición

La configuración incluye el software R&S®Pulse Sequencer para simular un escenario en la banda X (de 8 GHz a 12 GHz), y un generador vectorial de señales R&S®SMW200A de doble canal para proporcionar las señales requeridas. El osciloscopio R&S®RTP, en combinación con el software explorador de señales vectoriales R&S®VSE se encarga de realizar el análisis. Para demostrar un desplazamiento de fase, solo se simulan dos antenas de un RWR. Se colocan a 11 m de distancia de estribor a babor en las puntas de las alas de un avión. Asimismo, para facilitar el esfuerzo de la simulación, cada objeto se coloca a la misma altura, y se dejan solo dos grados de libertad disponibles (p.ej., coordenadas este y norte).

Frecuentemente, una situación no suele ser estática, sino que el RWR debe superar escenarios dinámicos. El escenario en este ejemplo consta de un emisor en movimiento (que genera amplitudes variables) y un emisor estacionario. El RWR permanece estacionario. Las figs. 1 y 2 muestran la configuración espacial generada por el R&S®Pulse Sequencer. Un radar aerotransportado (aeronaves de patrulla) que opere en la banda X se ajusta al RWR y se desplaza lateralmente más allá de él.

Fig. 2: Dinámica del escenario simulado. El radar aerotransportado se orienta al RWR, mientras que el radar terrestre se configura para la emisión isotrópica.
Fig. 2: Dinámica del escenario simulado. El radar aerotransportado se orienta al RWR, mientras que el radar terrestre se configura para la emisión isotrópica.
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Existe otro radar (radar terrestre) 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 un perturbador en los análisis de RWR.

Los impulsos del radar terrestre tienen intervalos de repetición de impulso (PRI) y niveles de potencia similares a los del radar aerotransportado. Si bien la señal del radar terrestre es más débil en el receptor de babor y más fuerte en el receptor de estribor, la potencia del radar aerotransportado se encuentra en su nivel máximo en el receptor de babor, disminuye a medida que pasa el RWR, y posteriormente regresa a su máximo nivel en el receptor de estribor.

Fig. 3: Con el solo disparo automático no se logra una condición de disparo estable. Sin embargo, se puede establecer una primera descripción general para encontrar las condiciones de disparo apropiadas.
Fig. 3: Con el solo disparo automático no se logra una condición de disparo estable. Sin embargo, se puede establecer una primera descripción general para encontrar las condiciones de disparo apropiadas.
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Determinar el desplazamiento de fase en un escenario de DF es un paso clave. Un disparo inicial simple en las dos señales recibidas por el osciloscopio R&S®RTP revela una visión combinada (véase la fig. 3).

El osciloscopio muestra un impulso de 5 μs de duración para ambos receptores y una señal intermitente de 1 μs distribuida aleatoriamente alrededor de la señal de 5 μs. De hecho, estos son los valores predefinidos para el escenario simulado con el software R&S®Pulse Sequencer .

Denominación Duración de impulso Intervalo de repetición de impulso (PRI) Modulación
Aeronaves de patrulla 1 μs 100 μs Ninguna
Radar terrestre 5 μs 20 μs Codificación Barker 13

Como se mencionó con anterioridad, los impulsos del radar terrestre son frecuentes y no se deben incluir en el análisis. El movimiento simulado de la aeronave abarca un intervalo de frecuencia de 3 km, alcanzando una velocidad de 400 m/s, lo que resulta en aproximadamente 7.5 s solo de ida. En este periodo, se pueden esperar aproximadamente 75 000 impulsos de una aeronave. Cubrir 7.5 s en una sola adquisición no es una opción, puesto que esto requeriría 2 × 40 Gs/s × 7.5 s = 600 gigamuestras de memoria. Es imperativo contar con una condición de disparo apropiada para aislar los impulsos de 1 μs en el dominio temporal.

Condición de disparo

En la ficha de aplicación «Trigger on radar RF pulses with an oscilloscope» (PD 3609.2000.92) se explica al detalle la condición de disparo. Se pueden aislar los impulsos provenientes de la aeronave de patrulla mediante la configuración de disparo descrita:

Disparo A
Disparo A
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  • Disparo A (ancho de disparo con un tiempo de inactividad mayor a 100 ns). Esto proporciona un disparo estable para cada impulso (incluidos los impulsos que no se deben considerar en el análisis)
Disparo B
Disparo B
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  • Disparo B (tiempo límite de disparo). El disparo se produce cuando un impulso ha permanecido por debajo del nivel del umbral por 10 ns. El disparo B se evalúa después de un retraso un poco menor que la duración de impulso prevista, p.ej., después del 95 % (esta condición aún capturará todos los impulsos que sean mayores que este retraso)
Disparo C
Disparo C
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  • Disparo R (restablecer el tiempo límite a uno un poco mayor que la duración del impulso prevista, p. ej., 10 %). Esta condición rechaza cada impulso mayor que el tiempo límite especificado. Como resultado, solo se considerarán los impulsos de 1 μs
Se muestrean ambos canales del R&S®RTP a una velocidad de 40 Gsa/s.
Se muestrean ambos canales del R&S®RTP a una velocidad de 40 Gsa/s.
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Configuración de análisis

El análisis se puede realizar indistintamente de manera directa 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 usando un software de análisis especialmente diseñado. El software explorador de señales vectoriales R&S®VSE, con la opción de análisis de impulsos multicanal R&S®VSE-K6A, determina de manera rápida el desplazamiento de fase, así como otros parámetros importantes de radar, tales como la duración de impulso y de caída.

Se eligen los canales 1 y 3 como canales de entrada y se selecciona el modo de forma de onda. Como consecuencia, se muestrean ambos canales del R&S®RTP a una velocidad de 40 Gsa/s.

Ahora el osciloscopio está listo para la adquisición de señales.
Ahora el osciloscopio está listo para la adquisición de señales.
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Después de configurar los parámetros importantes, tales como frecuencia central y tiempo de adquisición, así como configurar el algoritmo de detección, se configura el R&S®VSE en modo de disparo manual. La configuración de disparo mencionada con anterioridad se aplica al R&S®RTP. Del mismo modo, se puede definir un desfase de disparo negativo para garantizar el tiempo apropiado, puesto que el disparo desplaza la adquisición de impulsos a la izquierda de la marca de disparo. Ahora el osciloscopio está listo para la adquisición de señales.

Fig. 4: Vista del análisis principal de la opción de análisis de impulsos multicanal R&S®VSE-K6A. Se puede determinar el desplazamiento de fase mediante marcadores (ventana inferior a la derecha) o a partir de los valores mostrados en la tabla de resultados (ventana superior a la derecha).
Fig. 4: Vista del análisis principal de la opción de análisis de impulsos multicanal R&S®VSE-K6A. Se puede determinar el desplazamiento de fase mediante marcadores (ventana inferior a la derecha) o a partir de los valores mostrados en la tabla de resultados (ventana superior a la derecha).
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Entre las principales herramientas de análisis para el análisis multicanal se encuentran las funciones de medición de fase de impulso (envuelta) y fase de impulso (desenvuelta) (véase la ventana superior a la derecha en la fig. 4). Se genera una nueva traza y se la asigna al canal 3. El desplazamiento de fase ahora puede ser medido colocando marcadores en las dos curvas y relacionándolos. El marcador delta revela un desplazamiento de fase de 279° en este ejemplo. El desplazamiento de fase también se puede determinar a partir de los valores de la tabla de resultado (ventana superior a la derecha).

Resumen

Las mediciones del desplazamiento de fase requieren receptores coherentes de fase. Asimismo, especialmente en entornos desafiantes, una condición de disparo apropiada puede acelerar el análisis de la señal radar de interés. La opción de análisis de impulsos multicanal R&S®VSE-K6A utiliza la gama completa de funciones de disparo digital que se encuentra disponible en los osciloscopios R&S®RTO y R&S®RTP. Proporciona un análisis automático de los parámetros de radar más importantes en combinación con la medición automática de desplazamiento de fase.

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