Инновационный подход к генерации сигналов РЛС для сценариев с высокой плотностью импульсов

Для имитации сценариев РЛС с быстрой перестройкой частоты и уровня, высокой плотностью импульсов и большой длительностью воспроизведения можно использовать функцию генерации тестовых последовательностей в реальном масштабе времени, обеспечиваемую векторным генератором сигналов R&S®SMW200A.

Сценарий РЛС с высокой плотностью импульсов
Сценарий РЛС с высокой плотностью импульсов

Измерительная задача

Перед вводом в эксплуатацию приемники системы предупреждения о радиолокационном облучении должны пройти интенсивные эксплуатационные испытания. Приемники системы предупреждения о радиолокационном облучении должны справляться с плотными последовательностями импульсов, поступающих от множества различных, достаточно сложных РЛС. Необходимые сигналы РЛС имеют разные частоты повторения импульсов, которые обычно находятся в диапазоне от нескольких килогерц до сотен килогерц. Сценарий с частотой повторения импульсов 150 кГц и длительностью 1 с означает генерацию 150 000 импульсов.

Итоговое количество импульсов в зависимости от длительности имитации
Итоговое количество импульсов в зависимости от длительности имитации
Открытый Lightbox

Сценарии с низкой частотой повторения импульсов также могут генерировать большое количество импульсов, поскольку требуемая длина сценария часто определяется длительностью сканирования антенны, которое может проходить довольно медленно. Основная проблема заключается в воссоздании таких длительных реалистичных сценариев в лабораторных условиях с помощью подходящего имитатора.

Чтобы воспроизвести реалистичный сценарий, имитатор также должен поддерживать модулированные и немодулированные импульсы и быстрое переключение частоты. РЛС используют эти методы для исключения перехвата или подавления сигнала. Сценарии также могут включать долгие периоды тишины, поскольку имитация должна моделировать тот факт, что узкий азимутальный луч антенны РЛС попадает на испытуемое устройство только периодически. Имитация этих сценариев может быстро привести к необходимости очень длительных расчетов и получению больших файлов сигналов порядка нескольких гигабайт. Поэтому реализация с помощью традиционного ARB-подхода является очень сложной или едва осуществимой.

Пример списка тестовой последовательности, сформированного программным обеспечением R&S®Pulse Sequencer с использованием четырех управляющих слов, которые либо задают сигнал в реальном масштабе времени (RT), либо ссылаются на сегмент сигнала произвольной формы (WV)

Контрольно-измерительное решение

Опция расширенной генерации последовательностей R&S®SMW-K501 и широкополосная опция расширенной генерации последовательностей R&S®SMW-K502 компании Rohde & Schwarz обеспечивают идеальное решение указанной выше задачи. С помощью решения на основе мощного аппаратного обеспечения для генерации цифровых модулирующих сигналов, предлагаемого векторным генератором сигналов R&S®SMW200A, и программного обеспечения R&S®Pulse Sequencer инженеры могут быстро моделировать сложные сценарии импульсных сигналов.

ПО R&S®Pulse Sequencer моделирует сигнал на основе списка последовательности с помощью управляющих слов. Все управляющие слова в списке определяют окончательный сигнал. Управляющие слова содержат все параметры, задающие импульсный сигнал. Управляющие слова, используемые ПО R&S®Pulse Sequencer, содержат длительность импульса, формат модуляции (MOP), относительный уровень мощности (например, для сканирования антенны), смещение частоты или фазы (например, для моделирования скачкообразной перестройки частоты).

Каждому управляющему слову назначается относительная отметка времени со временем прихода (ToA) для определения времени воспроизведения каждого импульса (например, для моделирования колебаний периода повторения импульсов или длительного времени отсутствия сигнала). Вместо описания импульса управляющее слово может содержать ссылку на предварительно рассчитанные сегменты сигналов произвольной формы в ARB-генераторе. Смещение частоты, смещение фазы и относительный уровень мощности всегда применяются в реальном масштабе времени для каждого управляющего слова.

Задание тестовой последовательности в реальном масштабе времени и генерация сигналов в реальном масштабе времени с помощью списка последовательности

Благодаря функции формирования сигналов в реальном масштабе времени генератора R&S®SMW200A аппаратное обеспечение для генерации цифровых модулирующих сигналов интерпретирует загруженный список управляющих слов и формирует сигналы в момент времени, указанный ToA относительно события запуска. Немодулированные прямоугольные импульсы и импульсы с линейной частотной модуляцией или модуляцией кодами Баркера генерируются в реальном масштабе времени вместе с любыми смещениями уровня, частоты или фазы, а также изменениями ширины импульса. Длительные периоды отсутствия сигнала между двумя импульсами моделируются с помощью разных значений ToA. Не требуется предварительно вычислять никаких I/Q-данных для заполнения пустот между импульсами. Данная концепция задания тестовой последовательности и генерации сигналов в реальном масштабе времени значительно уменьшает потребность в памяти и длительность расчетов по сравнению с традиционным ARB-подходом.

В следующем примере итоговый размер файла для сценария с использованием списка последовательности с управляющими словами сравнивается с классическим ARB-подходом. В этом сценарии для каждого импульса создаются свои уровни мощности вершины импульса.

Такое изменение уровня реализовано с помощью механизма внутриимпульсной модуляции ПО R&S®Pulse Sequencer.

Параметры сценария
Параметр сценария Значение Единицы измерения
Длительность импульса 20 мкс
Ширина полосы частот ЛЧМ-импульса 20 МГц
Период повторения импульсов 1 мс
Длительность сценария 1 с

Как видно из следующей таблицы, размер файла сценария, полученного в результате использования тестовой последовательности, намного меньше, чем для ARB-подхода. Длительность расчетов также значительно уменьшилась.

Итоговый размер файла
Концепция Размер файла
ARB-подход 305 МБ
Задание тестовой последовательности с помощью списка последовательности с управляющими словами 22 КБ

Задание тестовой последовательности в реальном масштабе времени из предварительно рассчитанных сегментов сигналов произвольной формы

Список тестовой последовательности также может ссылаться на предварительно рассчитанные сегменты сигналов произвольной формы и воспроизводить их в реальном масштабе времени. Это необходимо в случае использования непрямоугольных огибающих импульсных сигналов или для любого формата модуляции, отличного от кодов Баркера или линейной частотной модуляции. Вместе со списком последовательности вычисляется только один сегмент сигнала произвольной формы, включая формат модуляции. Этот сегмент сигнала обрабатывается и воспроизводится в соответствии со значениями смещения и ToA, указанными в списке последовательности.

Для сценариев, которые используют непрямоугольные импульсы со случайными воздействиями на параметры импульса, например разбросом времени нарастания импульса между импульсами, предварительно вычисляются все сегменты. При этом все равно экономится большой объем памяти, поскольку время отсутствия сигнала между двумя сегментами, колебание уровня, смещение частоты и т. д. задаются при помощи списка последовательности. Вместе с этим подходом к заданию тестовой последовательности можно использовать сегменты сигнала произвольной формы, импортированные заказчиком.

Можно также смешивать управляющие слова, задающие сигнал в реальном масштабе времени, и управляющие слова, ссылающиеся на заранее определенный сегмент сигнала произвольной формы в ARB-генераторе. ПО R&S®Pulse Sequencer автоматически выполняет все необходимые действия.

Это решение до предела упрощает проведение испытаний РЛС-оборудования, например приемников системы предупреждения о радиолокационном облучении или ретрансляторов со скачкообразной перестройкой частоты, с помощью реалистичных сценариев, которые воспроизводят сотни тысяч импульсов. Минимальный размер файла и минимальная длительность расчетов дополняют общее удобство решения. Пользователь может задействовать всю полосу модуляции генератора сигналов R&S®SMW200A до 2 ГГц и в полной мере воспользоваться его превосходными ВЧ-характеристиками.

Ключевые преимущества

  • Сверхбольшая длительность воспроизведения сигналов при минимальной потребности в памяти и длительности расчетов
  • Задание тестовой последовательности в реальном масштабе времени из сегментов сигналов произвольной формы
  • Задание тестовой последовательности и генерация сигналов в реальном масштабе времени для немодулированных прямоугольных импульсов и импульсов с линейной частотной модуляцией или модуляцией кодами Баркера
  • Моделирование сценариев с плотными последовательностями импульсов
  • Поддержка полосы модуляции до 2 ГГц