Схема запуска для регистрации радиолокационных импульсов с помощью осциллографа

Анализ высокочастотных импульсов — ключевой аспект решений, связанных с использованием импульсных радиолокаторов в таких областях как, например, управление воздушным движением (УВД), навигация на море или научные исследования ионосферы. Анализ огибающей и модуляции импульса имеет большое значение, поскольку эти параметры дают важную информацию для решаемой задачи. Осциллографы R&S®RTO и R&S®RTP обеспечивают точный запуск развертки по различным характеристикам импульсов, что является необходимым условием для анализа во временной и частотной областях. В этом документе описана настройка точного запуска развертки в осциллографах R&S®RTO и R&S®RTP по характеристикам импульсов при подготовке к дальнейшим углубленным измерениям, таким как измерения параметров высокочастотных импульсов в сигналах систем УВД.

Задача

Необходимо измерить частоту, модуляцию, время нарастания/спада, период повторения, длительность и амплитуду радиолокационных импульсов, чтобы определить, соответствуют ли они установленным требованиям 1). То есть, нужно осуществлять запуск развертки осциллографа по импульсу воспроизводимым образом, чтобы точно позиционировать импульс для измерений и обеспечить эффективное использование памяти для хранения данных (хранить только полезную информацию об импульсах, а не о паузах). Обычный запуск по фронту импульса не позволяет получить стабильное отображение, поскольку импульс обычно содержит несколько срезов, где может быть расположен сигнал запуска. В сложном сценарии (см. снимок экрана ниже), где присутствуют несколько импульсов с различной длительностью (5,0/10,0/3,0/7,5/3,0 мкс) и модуляцией, запуск по фронту использовать нельзя.

1) Richard, Mark (2013): Fundamentals of Radar Signal Processing. 2nd Edition, McGraw-Hill Companies (Марк Ричард (2013 г.), «Основы обработки радиолокационных сигналов», 2-е издание, McGraw-Hill Companies)

Последовательность из нескольких импульсов
Последовательность из нескольких импульсов
Открытый Lightbox

Решение от компании Rohde & Schwarz

Осциллографы R&S®RTO и R&S®RTP могут анализировать радиочастотные импульсы с частотами до 6/8 ГГц. Наиболее важной функцией для анализа импульсов является точный цифровой сигнал запуска. По сравнению с аналоговым, цифровой сигнал запуска обеспечивает гораздо лучшую чувствительность запуска и не имеет ограничений по полосе пропускания для различных типов сигнала запуска. Для анализа высокочастотного импульса сигнал запуска должен всегда появляться в одной и той же позиции относительно импульса. Например, используя показанную на рисунке последовательность импульсов, необходимо настроить сигнал запуска для импульса длительностью 7,5 мкс (выделен красным овалом) с уровнем мощности 5,0 дБм (= 400 мВ) и частотой несущей fC = 2,8 ГГц.

Для этого измерения используется схема запуска A-B-R. Начало импульса определяет выполнение условия A, а условие B выполняется в конце импульса — по истечении заданной длительности импульса. Затем используется условие R, которое позволяет отбросить импульсы, имеющие слишком большую длительность или слишком высокую мощность.

Настройка сигнала запуска A для начала импульса
Настройка сигнала запуска A для начала импульса
Открытый Lightbox

Сигнал запуска A

Для сигнала запуска A используется тип запуска «Width» (Длительность) с отрицательной полярностью. Этот сигнал запуска определяется паузой между двумя последовательными импульсами. Длительность должна быть больше, чем несколько периодов несущей (360 пс), в данном примере — 5 нс. Уровень установлен равным минимально допустимому уровню мощности –3,9 дБм (= 142,25 мВ). Поскольку сигнал запуска по длительности срабатывает на радиолокационном импульсе, следует включить опцию «Robust trigger» (Надежный запуск) (см. копию экрана ниже). В случае сигнала запуска А эта функция считается достаточной для стабильного запуска в начале каждого импульса.

Настройка сигнала запуска B для конца импульса
Настройка сигнала запуска B для конца импульса
Открытый Lightbox

Сигнал запуска B

Сигнал запуска B (см. следующий снимок экрана) использует тип запуска «Timeout» (Выдержка) с тем же уровнем мощности, что и для сигнала запуска А. Используются связанные уровни запуска. Аналогично сигналу запуска А, время ожидания должно быть больше, чем несколько периодов несущей (360 пс), в этом примере — 1 нс.

Настройка сигнала запуска R для сброса условия запуска
Настройка сигнала запуска R для сброса условия запуска
Открытый Lightbox

Сигнал запуска R

Импульсы длиннее 7,5 мкс или превышающие уровень 10 дБм должны отбрасываться. Выполнение этого условия достигается путем применения сигнала запуска R (см. снимок экрана ниже). По этому сигналу выполняется сброс условия запуска A. Включение опции «Reset timeout» (Сброс по времени) и указание времени, равного максимально допустимой длительности импульса (7,5 мкс), приведет к отбрасыванию более длинных импульсов. Импульсы с большей мощностью будут игнорироваться за счет использования условия проверки выхода за пределы заданного интервала. Поэтому в качестве типа запуска выбран вариант «Window» (Окно) с условием по вертикали «Exit» (Выход). Уровни установлены симметрично и равны 7,0 дБм (= 501,46 мВ).

В результате из последовательности выбираются импульсы с длительностью от 7,0 мкс до 7,5 мкс и уровнем мощности от –3,9 дБм до 7,0 дБм. Эти импульсы сохраняются с минимальным захватом межимпульсных пауз с одной и той же позицией запуска в конце интервала (обозначена красным треугольником в верхней части снимка экрана на рис. 1 ниже).

В этом примере осциллограф R&S®RTO оснащен памятью на 1 млрд отсчетов и может хранить до 36 000 последовательных импульсов. Режим просмотра исторических данных позволяет получить доступ ко всем собранным данным для детального анализа каждого зарегистрированного импульса, а также сравнительного анализа разных импульсов.

Сопоставление параметров
Сопоставление параметров
Открытый Lightbox

В этой таблице приведено сопоставление параметров импульса и параметров запуска осциллографа:

Сопоставление параметров
Параметр импульса Параметр осциллографа
Вершина импульса (мин.) Уровень запуска (A)
Вершина импульса (макс.) Верхний/нижний уровень выхода (R)
Длительность импульса (мин.) Задержка A ▷ B (B)
Длительность импульса (макс.) Задержка (R)

Заключение

Осциллографы R&S®RTO и R&S®RTP анализируют радиочастотные импульсы в полосе частот, соответствующей используемой модели осциллографа. Для выполнения детального анализа импульсов осуществляется точная привязка развертки осциллографов R&S®RTO и R&S®RTP к характеристикам импульса, таким как длительность и уровень мощности, аналогично привязке к уровню мощности ПЧ при анализе спектра. Цифровая схема запуска работает во всей полосе частот и является ключевой функцией. После записи импульса R&S®RTO и R&S®RTP точно определяют параметры его огибающей2) и модуляцию, поскольку импульс расположен точно в пределах интервала записи данных. Также возможен сравнительный анализ последовательных импульсов.
2) Analyzing RF radar pulses with an oscilloscope (Application card, PD 5215.4781.92, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG) («Анализ радиочастотных радиолокационных импульсов с помощью осциллографа» (Руководство по применению, PD 5215.4781.92, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG)).

Импульс длительностью 7,5 мкс, зарегистрированный с помощью схемы запуска A-B-R
Импульс длительностью 7,5 мкс, зарегистрированный с помощью схемы запуска A-B-R
Открытый Lightbox