Испытание систем рлс, радиоэлектронной борьбы



Скачать 10,94 Mb.
Pdf просмотр
страница1/2
Дата07.04.2021
Размер10,94 Mb.
  1   2


Keysight Technologies
Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки
(РТР):
Oбщие проблемы испытаний
Рекомендации по применению


Введение
История современных радиолокационных систем уходит корнями к 1940 году, когда ВМФ США разработал то, что стало затем называться системами радиообнаружения и определения дальности (RADAR). В настоящее время область применения этой технологии простирается от повсеместно используемых устройств открывания дверей в супермаркетах, которые представляют собой простой селектор движущихся целей
(MTI), до очень сложных корабельных радиолокационных систем (РЛС) с фазированной антенной решёткой для управления огнём.
В оборонной промышленности недавно появились две новые области – pадиотехническая разведка (РТР) и радиоэлектронная борьба (РЭБ). Системы РТР используются для выделения информации из сигналов радиолокационных систем противника с целью определения методов борьбы с потенциальными угрозами, которые связаны с этими радиолокационными сигналами: корабельными, самолётными, ракетными и так далее.
При тестировании компонентов, узлов и систем РЛС, РЭБ и РТР зачастую возникает множество проблем.
Ситуация усложняется тем, что все РЛС работают в условиях всё большего загрязнения радиочастотного спектра сигналами помех. Так, радиоэфир в городских условиях может включать бесчисленное множество источников излучения в ВЧ- и СВЧ-диапазонах, которые являются потенциальными источниками помех. К ним можно отнести инфраструктуру систем беспроводной связи, беспроводные компьютерные сети и РЛС гражданского назначения.
В данных рекомендациях по применению внимание сосредоточено на испытательном оборудовании, которое поможет Вам решить проблемы, с которыми Вы, вероятно, встретитесь во время разработки системы.
Из-за сложности рассматриваемой темы сначала мы дадим краткий обзор основ радиолокации и проблем, связанных с системами РЭБ и РТР. Далее будут рассмотрены три основные темы: генерация испытательных сигналов, пример искусственного испытательного полигона, оценка и анализ сигналов РЛС.


03 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению
Недостатком РЛС первого поколения являются значительные потери мощности между переданным импульсом и принятым эхо-сигналом. Переданный сигнал должен отразиться от цели и возвратиться назад к приёмнику без какого-либо усиления. Один из путей решения этой проблемы состоит в передаче более длинных импульсов и концентрации большой общей энергии в принятом эхо-сигнале. Таким образом, более длинные импульсы обеспечивают большую дальность действия РЛС при данной антенне и усилителе мощности передаваемого сигнала.
Важной характеристикой РЛС является разрешающая способность, связанная с длительностью импульса. Способность различать малые объекты позволяет
РЛС получать более детальную картину цели. РЛС, которая позволяет различать детали размером менее 1 метра, даёт намного больше информации о приближающихся целях. РЛС с разрешением в 100 метров может видеть одну цель большого размера, неотличимую от нескольких малых целей, составляющих компактное образование.
Если импульс РЛС имеет большую длительность, сигналы, отражённые от соседних целей и достигшие приёмника, могут перекрываться во времени.
Для РЛС это представляется как одна большая цель вместо отдельных более мелких целей. Поэтому, чтобы получить высокую разрешающую способность
РЛС, желательно использовать более короткие импульсы.
Для решения проблемы оптимизации соотношения дальность/разрешение многие РЛС используют сжатие импульсов или модуляцию.
Внутриимпульсная линейная частотная модуляция (ЛЧМ) представляет собой систему, обеспечивающую простоту модуляции и декомпрессии. Частотная модуляция (FM) внутри импульса, осуществляемая пилообразным линейно нарастающим напряжением, создаёт ЛЧМ-импульс. ЛЧМ-импульс затем излучается таким же образом, как излучался бы не сжатый по длительности импульс.
Приёмник РЛС использует специальный фильтр с высокой линейностью групповой задержки, противоположной направлению частотной модуляции в импульсе. Такой фильтр замедляет изменение частоты в низкочастотном участке ЛЧМ и позволяет высокочастотной части ЛЧМ раньше появляться на выходе фильтра. В результате длинный импульс с большой полной мощностью оказывается сжатым в короткий импульс, легко распознаваемый среди других импульсов.
Рисунок 1 – Термины и соотношения, относящиеся к импульсу РЛС


Рисунок 2 – Сжатие ЛЧМ импульса
ЛЧМ-импульс
Задержка
Частота
Время
Время
Сжатый импульс
Минимальн о задержан ные высоки е частоты
Задер жанны е низк очаст отны е ком понен ты
Фильтр приёмника импульса
Сжатие импульса, или модуляция, даёт и другие преимущества с точки зрения однозначного определения дальности.
Чтобы увидеть эти преимущества, следует рассмотреть частоту повторения импульсов.
Частота повторения импульсов зависит от дальности действия РЛС. Посылка новых импульсов, прежде чем вернутся отражённые ранее посланные импульсы, может вызвать неопределённость отклика на эхо- сигнал. В общем случае проще всего послать импульс и ждать, пока не будут приняты все возможные отражённые сигналы, и только после этого посылать следующий импульс.
Обеспечение однозначности измерения дальности определяет интервал между последовательными импульсами (период или частоту повторения импульсов).
Однако имеется много случаев, когда более низкая частота повторения ухудшает общие характеристики
РЛС. Например, может оказаться предпочтительным иметь более высокую частоту повторения для более быстрого обновления экранного изображения, когда РЛС следит за быстро летящим самолётом. В этом случае можно допустить неоднозначность возвратного сигнала в пользу более быстрого обновления экрана.
Один из способов исключения мешающих эхо-сигналов, поступающих не с интересующей дальности, состоит в использовании стробирования по времени или по дальности. При этом происходит запирание или отпирание приёмника РЛС, что позволяет игнорировать эхо-сигналы от объектов либо слишком близких, либо находящихся за пределами интересующей дальности. Примером может служить стробирование по времени, позволяющее игнорировать эхо-сигналы, отражённые от носа корабля, на котором установлена
РЛС. Подобно этому, РЛС ракеты может использовать временное стробирование для игнорирования эхо-сигналов от объектов, находящихся на расстоянии, превышающем максимальный диапазон действия ракеты.
Как упоминалось выше, сжатие импульса может быть использовано для исключения неопределённости между последовательными импульсами.
Добавление цифровой модуляции к каждому импульсу позволяет ввести уникальное кодирование соседних импульсов. Использование цифровой модуляции, такой как двухфазная манипуляция (bi-phase keying), позволяет кодировать импульсы так, что задержка на двойное прохождение каждого импульса в прямом и обратном направлениях легко и однозначно измеряется благодаря уникальному кодированию каждого импульса, используемому в качестве средства разделения импульсов.
Другим важным свойством многих РЛС является их способность измерять доплеровские сдвиги частоты при отражении сигналов от движущихся целей. Измерение сдвига частоты ВЧ- несущей или сдвига фазы в зависимости от времени позволяет некоторым РЛС точно определять скорость движения цели. Селекторы движущихся целей (MTI) используют доплеровский сдвиг частоты возвратного эхо-сигнала для определения направления и скорости движения.
04 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


Разнообразные конструктивные особен- ности, которые влияют на выбранную импульсную последовательность РЛС, несут много информации о характере платформы, подключенной к РЛС. Так, низкая частота повторения и большая длительность импульсов могут указывать на то, что РЛС сканирует пространство в сотни миль, тогда как высокая частота повторения и короткие импульсы могут указывать на то, что зона сканирования
РЛС самонаведения ракеты составляет одну или две мили. Система РТР извлекает из этого самую различную информацию.
Подобно этому, диаграмма сканирования
РЛС может также дать ценную информацию об угрозах в ближайшем окружении. Например, наблюдение за амплитудой сигнала в зависимости от времени может выявить тип антенны, с помощью которой осуществляется обзор, и диаграмму сканирования. Эти сведения полезны для определения типа зондирующей РЛС и режима её использования.
Кроме простого накопления данных РТР об РЛС и связанной с ней платформе, эти сведения могут способствовать повышению качества и направлять развитие техники РЭБ. Например, комбинации эхо-сигналов могут быть синтезированы и переданы на приёмник
РЛС раннего предупреждения для отображения технических ресурсов, которых физически не существует. Ракеты могут отслеживать ложные ответные сигналы РЛС, что может изменить пределы стробирования и заставить игнорировать предполагаемые цели.
Информация о доплеровском сдвиге частоты также может быть использована для подавления оборудования целеуказания.
Рисунок 3 – Временное стробирование или стробирование по дальности
Рисунок 4 – Диаграммы антенного сканирования
Основы систем РТР/РЭБ и что из этого следует
05 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


Приведённый выше обзор некоторых вопросов конструктивного характера, связанных с оборудованием РЛС,
РТР и РЭБ проливает свет на уровень сложности используемых схем. Испытания современных радиолокационных систем предъявляют уникальные требования к испытательному и измерительному оборудованию. Далее кратко обсуждаются некоторые общие проблемы, возникающие в процессе испытаний.
Для многих сигналов РЛС характерны широкие полосы частот. Для ЛЧМ или модулированных импульсов может потребоваться гигагерцевая полоса частот, требующая широкополосного испытательного оборудования.
Другим общим требованием к испы- тательному оборудованию для РЛС является низкий уровень фазового шума.
Доплеровские РЛС часто измеряют скорость изменения фазы во времени, поскольку их радиолокационные импульсы не могут быть достаточно длинными, чтобы проинтегрировать циклы приращения частоты. При выполнении этих прецизионных измерений изменения фазы фазовый шум должен быть очень низким, что предъявляет жёсткие требования к характеристикам фазового шума измерительных приборов.
Другой проблемой для испытательных систем РЛС могут быть высокие требования к динамическому диапазону.
Обычно эти требования возникают из-за больших потерь сигнала на пути распространения от передатчика до возвратного эхо-сигнала.
Как мы видели до сих пор, многие преимущества использования сжатия импульсов для лучшего разрешения и однозначного определения дальности часто вызывают необходимость синтеза сложных форм испытательных сигналов.
В дальнейшем уровень сложности увеличивается в связи с необходимостью учёта доплеровских сдвигов в РЛС, которые определяют скорость.
Ещё одной проблемой, стоящей перед разработчиками РЛС, является повсеместное использование РЛС, характеристики которых определяются программным обеспечением. Многие современные типы РЛС требуют тестовых сигналов и измерений не только в традиционной аналоговой форме на
ВЧ, но и в цифровых форматах. Такое многоформатное испытание может представлять реальную проблему при необходимости получения хорошего соответствия между результатами измерений цифровых сигналов и аналоговыми измерениями.
Полномасштабное испытание системы часто является основной проблемой для оборудования РЛС, РТР и РЭБ. И прежде всего это обычно вопрос стоимости испытательного оборудования.
Например, для моделирования доплеровских сдвигов, мешающих эхо- сигналов и других элементов сигнала при испытании бортовой корабельной РЛС управления огнём может потребоваться корабль и несколько испытательных самолётов. Чтобы корректно выполнить испытания системы целеуказания, их стоимость может достигать десятков тысяч долларов за один час работы.
И наконец, многие РЛС используют системы с фазированной антенной решёткой. Эти антенные системы используют распределение моментов времени прихода волнового фронта среди многих антенных портов для управления положением главного лепестка диаграммы направленности антенны. Это требует тестовых сигналов и измерений, обеспечивающих много каналов, фазово-когерентных и фазорегулируемых источников сигналов или анализаторов. Так называемая испытательная система для многоканальной антенной решётки (multi- channel array test system) ставит перед инженерами-испытателями РЛС вполне реальные проблемы.
Рассмотрев некоторые из основ радиолокационных систем и связанные с ними проблемы испытаний, теперь следует обратить внимание на уникальные свойства испытательного оборудования компании Keysight, которое значительно облегчает решение некоторых сложных испытательных задач. Сначала рассмотрим генерацию тестовых сигналов для РЛС.
Проблемы испытания современных систем РЛС и РЭБ
06 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


Генерация тестовых сигналов
Во многих случаях при разработке и производстве РЛС требуются широкополосные микроволновые генераторы сигналов. Они обычно используются для таких приложений, как замена стабилизированного гетеродина
(STALO), испытания когерентного гетеродина (COHO) и имитация излучения цели.
Создание точной модели сигналов, принимаемых РЛС, может оказаться достаточно сложной задачей. К счастью, современные генераторы сигналов и генераторы сигналов произвольной формы, использующие цифровую обработку сигналов (ЦОС), способны создавать моделируемые сигналы источников излучения и электромагнитную обстановку с реалистичным ухудшением качества передачи и искажениями в тракте распространения сигналов, которые достоверно моделируют удалённые цели. Одно важное замечание: при использовании готовых к использованию генераторов сигналов и сигналов произвольной формы моделируемые сигналы обычно не являются когерентными по отношению к приёмнику
РЛС. Несмотря на это, некогерентные сигналы являются эффективным средством тестирования пассивных
РЛС, мультистатических РЛС и систем радиоэлектронного противодействия
(ECM).
Генераторы сигналов произвольной формы и источники сигналов компании
Keysight
Истинное достоинство генератора сигналов произвольной формы заключается в его способности воспроизводить практически любые формы сигналов, запрограммированные в его памяти. Например, генератор сигналов произвольной формы, который способен одновременно обеспечить и высокое разрешение, и широкую полосу частот, упрощает моделирование ситуации, когда РЛС излучает, а цели рассеивают сигнал в пределах некоторого искусственно созданного испытательного полигона, имитирующего сотни кубических миль пространства. В прошлом полоса частот была основным ограничением для большинства генераторов сигналов произвольной формы. В самых последних моделях эта проблема в значительной степени решена для большинства применений. Например, генератор сигналов произвольной формы
M8190A обеспечивает разрешение 14 бит при частотах дискретизации до 8 Гвыб/с и 12 бит – при частотах дискретизации до
12 Гвыб/с. За счёт этого обеспечивается возможность генерации сигналов в полосах частот до 5 ГГц, свободных от эффекта наложения. Используя технику комбинирования и преобразования частоты, можно получить даже более широкие полосы частот, свободные от эффекта наложения.
Вероятно, более важным параметром при выборе генератора сигналов произвольной формы, является динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих (SFDR). На него влияет разрешение (число бит), обеспечиваемое цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) внутри генератора сигналов произвольной формы. Кроме того, он зависит от качества схемы преобразования частоты, которая переносит сигнал произвольной формы в микроволновый диапазон частот.
Теоретически возможное приращение
SFDR составляет максимум 6,02 дБ на каждый бит разрешения ЦАП. Однако, на практике для ЦАП часто используется термин “эффективное число бит” (ENOB), или “эквивалентное число бит”. С учётом проблем, связанных с нелинейностью преобразования ЦАП, действительное приращение SFDR на бит будет меньше, чем теоретическое значение 6,02 дБ.
Рисунок 5 – Генераторы сигналов произвольной формы компании Keysight
07 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


Широкополосные ЦАП также несут потери из-за явления, которое характеризуется спадом плоской части АЧХ в пределах полосы пропускания, что ещё больше снижает динамический диапазон на высокочастотном конце полосы. Кроме того, функция дискретизации имеет спад характеристики по закону sinx/x.
Поэтому частотная характеристика генератора сигналов произвольной формы спадает с увеличением частоты; но поскольку этот спад является свойством, присущим функции дискретизации, он не принимается во внимание при нормировании SFDR.
Таким образом, если SFDR нормирован на уровне 75 дБ, это в общем случае относится к самой низкой частоте полосы. На самой верхней частоте полосы динамический диапазон обычно ниже на 5-7 дБ.
Кроме влияния числа бит и функции дискретизации на потерю SFDR, повышающее преобразование на частоту микроволнового диапазона ставит другой круг проблем при создании полезных сигналов. Это повышающее преобразование может выполняться либо внутренними средствами источника сигнала, либо с помощью отдельного внешнего устройства.
Может показаться более простым выполнить повышающее преобразование сигнала на нужную частоту с помощью гетеродина (LO) с фиксированной частотой, используя смеситель и пару фильтров. Но практически гармоники гетеродина и продукты преобразования часто комбинируются с полезным сигналом и создают внутриполосные комбинационные составляющие, которые могут существенно ограничить SFDR.
Многие РЛС измеряют фазовые сдвиги от импульса к импульсу для получения данных о доплеровском сдвиге частоты или о скорости цели. Чтобы избежать добавления значительного уровня фазового шума при повышающем преобразовании частоты, генератор сигналов должен также иметь низкий уровень фазового шума.
Компания Keysight предлагает полный набор генераторов сигналов и генераторов сигналов произвольной формы с превосходными характери- стиками SFDR и фазового шума.
Например аналоговый генератор сигналов E8257D серии PSG имеет лучшие в отрасли характеристики фазового шума, почти -143 дБн/Гц
(тип.) для сигнала частотой 1 ГГц при отстройке от несущей 10 кГц (опция UNY).
Для повышающего преобразования аналоговый генератор серии PSG можно также сконфигурировать с внутренним смесителем, либо с внешним смесителем и удвоителем частоты.
Микроволновый векторный генератор сигналов E8267D серии PSG имеет входы I/Q-модуляции и обеспечивает перекрытие по частоте до 44 ГГц (и выше с внешними смесителями). Входы модуляции совместимы с генератором сигналов произвольной формы
M8190A. Работая совместно, эти два измерительных прибора с высокими характеристиками могут вырабатывать сигналы с полосой 2 ГГц, с частотой до 44 ГГц и с превосходными характеристиками
SFDR и фазового шума.
Другим способом смягчения многих из этих проблем является прямое цифровое преобразование вверх, которое обеспечивается лучшими из современных генераторов сигналов произвольной формы. Широкополосный генератор сигналов произвольной формы, используя этот способ, позволяет непосредственно генерировать сигналы
ПЧ. В двухканальном генераторе сигналов произвольной формы M8190A каждый канал имеет отдельное устройство цифрового преобразования вверх, и эти каналы можно использовать в “режиме связанности”, чтобы получить фазово-когерентные выходные сигналы. Такие параметры, как несущая частота, амплитуда и форма сигнала можно устанавливать независимо, а комплексные данные
I и Q будут преобразовываться с повышением частоты в требуемый диапазон частот цифровыми методами, обеспечивая превосходное качество сигнала с SFDR, достигающим 80 дБн и уровнем гармонических искажений, не превышающим -72 дБн (оба значения являются типовыми).
Другой важный предмет для обсуждения при выборе генератора сигналов произвольной формы или векторного генератора сигналов с возможностями генерации сигналов произвольной формы – конфигурация памяти.
Любой из этих типов приборов создаёт сигналы посредством воспроизведения цифровой информации из памяти.
Добавление стандартных или опциональных возможностей задания последовательностей и режимов воспроизведения может ещё больше повысить эффективность использования генератора сигналов.
Самый простой подход к организации памяти сигналов заключается в использовании одного большого блока быстродействующей памяти с произвольной выборкой и воспроизведении сигналов из этой памяти. Это хорошо работает в случае однократных импульсов или очень коротких ВЧ-событий; но при высоких скоростях передачи данных, требуемых для поддержания частоты дискретизации 12 ГГц и разрешения 12 бит, сигнал должен быть очень коротким.
1. 1. RAID: массив недорогих/независимых жёстких дисков с избыточностью информации
Генерация тестовых сигналов
(продолжение)
08 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


Чтобы обеспечить более длительное время воспроизведения, некоторые производители расширили этот подход с целью обеспечения возможности работы с большими дисковыми массивами (RAID- системами).
1
Подход с использованием одного большого блока памяти воспроизведения сигналов весьма ограничен в применении, поскольку большинство ВЧ-сигналов являются периодическими по своей природе. Даже при использовании объёма памяти, исчисляемого терабайтами, время последовательного воспроизведения может быть ограничено несколькими секундами сигнала.
Решение заключается в том, чтобы для повторяющихся сигналов, таких как импульсные последовательности
РЛС, организовать более эффективные возможности доступа к памяти. Для поддержки генерации повторяющихся
Рисунок 6 - Сегментирование сигнала, формирование последовательностей и сценариев
Желаемая структура импульсного сигнала
Цифровая структура импульсного сигнала
Сегмент
#1
Сегмент
#2
Сегмент
#3
Сегмент
#2
Сегмент
#1
Выборки
Последовательность воспроизведения сегментов памяти
Время
сигналов быстрая память воспроизведения сигналов может быть организована таким образом, чтобы позволить воспроизводить сегменты сигнала в виде циклов или бесконечной последовательности.
Расширенные возможности управления последовательностями, такие как условный переход, позволяют создавать очень сложные сегменты и сценарии. Кроме того, некоторые генераторы сигналов компании Keysight обеспечивают динамическое управление последовательностями, которое поддерживает прямой доступ к сегментам памяти сигнала в реальном времени.
При объединении этих возможностей управления с памятью сигналов, достаточно большой, чтобы обеспечить хранение до 2 Гвыб на выходной канал генератора сигналов произвольной формы (M8190A), становится возможной реализация очень сложных и реалистичных сценариев сигналов с длительным временем воспроизведения.
Генерация тестовых сигналов
(продолжение)
После того как источник сигнала с полосой частот, SFDR, уровнем фазового шума и возможностями управления последовательностями, которые соответствуют требованиям решаемой задачи, выбран, следующей задачей является создание цифрового эквивалента требуемой формы сигнала с использованием программных средств, таких как Signal Studio или SystemVue компании Keysight или MATLAB компании
The MathWorks.
09 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


Простое создание импульсов для генераторов сигналов компании Keysight
В зависимости от применения, импульсные сигналы РЛС используют широкий набор характеристик: длительность импульса; период повторения импульсов
(PRI) или его обратная величина - частота повторения импульсов (PRF); модуляция и многие другие. Создание приемлемых испытательных сигналов требует серьёзных усилий. Дальнейшее усложнение задачи синтеза импульсных испытательных сигналов связано с созданием системы диагностики. Нужно ли имитировать доплеровский сдвиг частоты или сдвиг фаз от импульса к импульсу для испытания функций измерения скорости?
Ставится ли задача испытания системы
РТР, которая может идентифицировать источник импульса, основываясь на диаграмме направленности антенны? Чтобы удовлетворить эти потребности, программные средства должны поддерживать формирование многочисленных структур импульных последовательностей для создания сигналов и обеспечивать широкое разнообразие характеристик антенн, которые можно применить для синтезируемых сигналов.
Понимая сложность этих задач, компания Keysight разработала программу Signal Studio для создания импульсов (N7620B). Эта программа позволяет легко вводить основные параметры как для простых импульсов с состояниями включено/выключено, так и для сложных специализированных сжатых импульсов. Для тестирования компонентов, передатчиков и приёмников
РЛС программа Signal Studio для создания импульсов позволяет задавать параметры, такие как период повторения импульсов (PRI), число повторений импульсов, джиттер периода повторения и вобуляцию PRI.
Доступные модели PRI включают: постоянный, линейно изменяющийся, произвольно изменяющийся, ступенчато изменяющийся. Джиттер PRI можно определить с гауссовским, равномерным или U-образным распределением. Можно выбрать пилообразную, треугольную или синусоидальную вобуляцию PRI. Эти возможности позволяют проводить ряд тестов приёмника:

Тестирование реакции системы на искажения путём создания модели длительности импульса с джиттером

Тестирование селекции по даль- ности и разрешения по дальности/
доплеровской неоднозначности с помощью сложных моделей PRI

Тестирование режимов селектора движущихся целей (MTI) и доплеровского процессора путём ввода сдвига частоты и фазы

Тестирование способности подавления мешающих отражений путём создания специальных импу- льсов с мешающими отражениями
Определения параметров каждого импульса запоминаются в библиотеке и могут быть объединены в модели импульсных последовательностей для синтеза сложных наборов излучений
РЛС. После того, как параметры импульса введены, следующий шаг состоит в загрузке данных формы сигнала в генератор сигналов произвольной формы или генератор сигналов. После этого испытательные стимулы будут готовы для воспроизведения.
Рисунок 7 - Программа Signal Studio для создания импульсов компании Keysight
Signal Studio для создания импульсов
Данная специализированная версия программного обеспечения Sig- nal Studio (N7620B) поддерживает большой массив форм импульсов и диаграмм направленности антенн, импортированных или определённых с помощью программных средств.
Параметры импульса

Длительность фронта и среза

Форма перепада

Джиттер

Модель длительности импульса

Внутриимпульсная модуляция
Параметры импульсной последовательности

Число повторений импульсов

Период повторения импульсов (PRI) или частота повторения импульсов (PRF)

Модели PRI: постоянный, линейно изменяющийся, произвольно изменяющийся, ступенчато изменяющийся

Джиттер PRI: с гауссовским, равномерным или U-образным распределением

Вобуляция PRI: пилообразная, треугольная или синусоидальная

Масштабирование амплитуды

Сдвиг частоты

Сдвиг фазы

Дополнительная длительность выключенного состояния
Внутриимпульсная модуляция

Ступенчатая AM

Коды Баркера (семь типов)

BPSK и пользовательская BPSK

Внутриимпульсная частотная модуляция (линейная или нелинейная)

QPSK и пользовательская QPSK

Многофазные коды
Диаграммы сканирования антенны

Круговая

Коническая

Заказная

Двунаправленная растровая

Однонаправленная растровая

Двунаправленная секторная

Однонаправленная секторная
Окна пространственного преобразования для диаграммы направленности излучения антенны

Прямоугольное

Косинус (пять разновидностей)

Блэкмана и точное Блэкмана

Хэмминга

Трёхэлементное (Three-term)

Определяемое пользователем
Основные характеристики:
Генерация тестовых сигналов
(продолжение)
10 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


Программа Signal Studio для создания импульсов позволяет моделировать множество диаграмм сканирования антенн, которые можно применить к форме сигналов. Это свойство особенно полезно для прикладных задач, связанных с РТР и РЭБ, когда тестируемые системы должны быть помещены в среду, насыщенную сигналами, имитирующими реальные цели, но которые не существуют в реальности. Многие из этих систем
РТР и РЭБ используют данные диаграммы сканирования антенны для идентификации конкретных целей, сигналы которых обнаружены.
Диаграммы сканирования антенн являются в некоторой степени уникальными, поскольку они обычно включают сканирование или перемещение главного лепестка диаграммы направленности антенны в зависимости от назначения РЛС
(рисунок 8). Например, корабельная
РЛС может иметь круговую диаграмму сканирования, чтобы отображать объекты на поверхности океана во всех направлениях. Реактивный истребитель для своей погодной РЛС использует, вероятно, прямое секторное сканирование. Управляемая ракета дальнего действия может использовать фазированную антенную решётку для
РЛС целеуказания, а ракета, запущенная с корабля, могла бы использовать РЛС с
Рисунок 8 - Диаграммы сканирования антенн коническим сканированием.
Для испытания систем РТР и РЭБ, которые реагируют на такие типы целей, необходима возможность формирования такой структуры импульса, которая имитировала бы сканирующую РЛС.
Программа Signal Studio для создания импульсов компании Keysight поддерживает разнообразные диаграммы сканирования, включая круговую, обычно используемую на кораблях, секторную, используемую на самолётах, коническую, часто используемую на ракетах, и растровое сканирование, обычно применяемое в системах целеуказания с фазированными решётками.
Моделирование диаграмм сканирования антенн
Генерация тестовых сигналов
(продолжение)
11 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


Чтобы точно имитировать диаграмму сканирования, необходимо принимать в расчёт влияние боковых лепестков диаграммы направленности антенны.
Поскольку все направленные антенны
РЛС имеют конечные размеры, они создают боковые лепестки некоторой формы, которые расположены вне оси главного лепестка диаграммы направленности. Таким образом, когда
РЛС сканирует зону обзора, боковые лепестки опережают главный лепесток, затем работает главный лепесток, и наконец снова боковые лепестки.
Имитация сигналов, представляющих комбинацию амплитудной модуляции, вызванной сканированием антенны и её боковыми лепестками, с модуляцией огибающей импульса и внутренней модуляцией, обусловленной сжатием импульса, может оказаться сложной задачей.
С помощью программы Signal Studio для создания импульсов компания
Keysight упрощает решение этой задачи, позволяя задавать уровни боковых лепестков антенны, указывать углы и положение цели, скорость сканирования, ширину луча и скорость спада боковых лепестков.
Пакет Signal Studio for Pulse Build- ing позволяет задавать диаграмму направленности антенны, используя популярные окна пространственного преобразования. Окна Блэкмана,
Хэмминга, Хэннинга, прямоугольное,
Рисунок 9 – Моделирование диаграммы сканирования антенны в программе Signal Studio для создания импульсов трёхэлементное (Three-term), косинусное и даже программируемое доступны для описания пространственного распределения энергии.
Библиотеки импульсных последовательностей
Необходимость генерации импульсных последовательностей с богатым набором свойств для имитации сложных сред систем РТР продолжает расти по мере усложнения оборудования, предназначенного для автоматического реагирования на множественные угрозы. Многие организации создали каталоги излучений от различных радиолокационных источников. Это позволяет заранее запрограммировать системы РТР и системы целеуказания, чтобы они соответствующим образом реагировали на каждую угрозу.
Программа Signal Studio для создания импульсов обеспечивает связь с популярными базами данных, включая электронные таблицы Microsoft
®
Excel, для облегчения импорта характеристик импульсов. Эта удобная функция импорта облегчает генерацию реалистичных сценариев выполнения заданий систем
РТР с целью тестирования РЛС и оборудования радиоэлектронного подавления.
Генерация тестовых сигналов
(продолжение)
12 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


С точки зрения динамического диапазона, воспроизведение записей сценариев выполнения задания очень похоже на воспроизведение аналоговой записи музыки. Узкий динамический диапазон записи снижает её полезность как тестового сигнала для определения характеристик РЛС или оборудования систем РТР.
Генераторы сигналов произвольной формы и генераторы сигналов компании
Keysight имеют самый лучший из доступных динамический диапазон
(SFDR), который является ключевым критерием выбора для многих приложений. Чтобы сделать эти приборы ещё более полезными, компания Keysight предоставляет возможность расширения их рабочих характеристик с помощью введения цифровых предыскажений в полосе частот модуляции импульса РЛС.
Нелинейные эффекты в ЦАП и появляющиеся в результате компоненты могут исказить импульс из-за интермодуляции частотных составляющих, образующих импульс.
Интермодуляционные составляющие значительно уменьшают динамический диапазон тестового сигнала.
Использование цифровых предыскажений сигнала, синтезированных с помощью программы Signal Studio для создания импульсов, позволяет подавить эти интермодуляционные продукты для получения непревзойдённого динамического диапазона или наоборот усилить их для тестирования пределов рабочего режима.
С помощью внешнего анализатора сигналов компании Keysight, такого как
N9030A, синтезированная структура тестового импульса анализируется, и компоненты предыскажений добавляются к источнику для компенсации нелинейности испытательной системы. Эта сложная испытательная система проста в использовании, автоматически определяет и применяет необходимые коррекции для измерения, что минимизирует продукты интермодуляционных искажений (IMD).
Теперь можно видеть, как генераторы сигналов компании Keysight с помощью программы Signal Studio для создания импульсов могут создавать детальные структуры импульсов РЛС, и как это оборудование даёт специалистам по системам РЛС или РТР очевидное конкурентное преимущество при создании оборудования для решения ответственных задач. Некоторые преимущества можно рассмотреть на примере искусственного испытательного полигона.
Рисунок 10 – Введение цифровых предыскажений с помощью генератора сигналов серии PSG компании Keysight
Предыскажения в полосе частот модуляции
Генерация тестовых сигналов
(продолжение)
13 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


Моделирование сканирующих антенн
Чтобы проиллюстрировать применение генератора сигналов для испытания системы РЭБ, можно рассмотреть проблему испытания корабельной системы раннего предупреждения. В этом случае система РЭБ принимает радиолокационные импульсы, достигающие корабля, и анализирует их для определения природы их источника и его углового пеленга. Исследование импульсных последовательностей и вариаций их амплитуды, вызванных диаграммой сканирования антенны, даёт важную информацию для системы
РЭБ.
Ключ к стратегии успешного испытания заключается в создании реалистичного набора импульсных последовательностей радиолокационных сигналов и возможности видеть, правильно ли система радиоэлектронного подавления предпринимает такие надлежащие действия, как создание активных
Пример искусственного испытательного полигона
Как упоминалось ранее, испытание
РЛС может представлять сложную задачу. Исторически специалисты по РЛС предпочли бы довериться полевому испытательному полигону, который обычно занимает большое пространство, где несколько кораблей или самолётов могли бы следовать по определённому курсу, чтобы оценить правильно ли РЛС отображает на экране их местоположение и скорость. Хотя полевые испытания часто обеспечивают реалистические условия окружающей среды, обычно это худший вариант для разработчиков.
Сложность работы в полевых условиях является основной причиной, по которой большинство инженеров- испытателей РЛС предпочитают создавать искусственный испытательный полигон. Такой полигон представляет комплект испытательного оборудования, способного имитировать возвратные эхо- сигналы РЛС, необходимые для проверки её характеристик.
Хотя полевое испытание может быть полезно в части имитации условий окружающей среды, таких как береговые линии, горы и облака, это часто непрактично для имитации реалистических сценариев военного назначения. Например, может быть непомерно дорого организовать полномасштабную атаку, в которой будут задействованы дюжина самолётов и кораблей, приближающихся к береговой
РЛС раннего предупреждения. Кроме того, полевые испытания в значительной степени связаны с безопасностью
(например, возможностью столкновения), чего нет при лабораторных испытаниях.
И наконец, во многих крупномасштабных полевых испытаниях часто не представляется возможным исследовать множественные сценарии. Затраты на многократные переустановки
РЛС и целей в заданные положения при дальности более сотен миль не позволяют полностью выявить возможности приёмника РЛС, системы РЭБ или РТР. При испытании радиолокационных систем космических кораблей цена полевых испытаний оказывается совсем недоступной.
Чтобы преодолеть эти проблемы, генераторы сигналов и генераторы сигналов произвольной формы компании
Keysight совместно с программой
Signal Studio для создания импульсов позволяют создать искусственный испытательный полигон в лабораторных условиях, который часто предпочитают специалисты по системам РЛС и РЭБ.
преднамеренных радиопомех, срыв автосопровождения цели по дальности, разбрасывание дипольных отражателей и тому подобные. В этом примере будет показано, как система РЭБ реагирует на различные радиолокационные сигналы, такие как от РЛС прогулочного судна или от крылатой ракеты.
Для выполнения этого испытания необходимы только программа Signal Stu- dio для создания импульсов и генератор сигналов серии PSG компании Keysight.
Используя соответствующие определения импульса РЛС и диаграммы сканирования антенны, с помощью генератора серии
PSG можно воспроизвести различные условия для системы РЭБ, чтобы проверить, правильные ли действия она при этом предпринимает. В случае с прогулочным судном ничего не должно произойти, тогда как в случае с ракетой система РЭБ должна инициировать соответствующее меры противодействия.
Искусственный испытательный полигон, использующий измерительные приборы компании Keysight, не только обеспечивает реалистические испытания бортового корабельного оборудования, затрачивая для этого только часть стоимости, требуемой для проведения реальных боевых учений, но также представляет собой превосходный тренажёр. Например, корабль может находиться в порту для технического обслуживания или пополнения запасов.
Искусственный испытательный полигон, созданный на базе генераторов сигналов компании Keysight, корабельных РЛС и приёмников системы РЭБ, можно использовать для обучения корабельного персонала работе с разнообразными возможными сценариями выполнения задания. Это можно сделать без уведомления недружественных сил, что является значительным недостатком морских учений.
14 | Keysight | Испытание систем РЛС, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиотехнической разведки (РТР): Oбщие проблемы испытаний - Рекомендации по применению


Испытание когерентного многоканального приёмника
Генераторы сигналов компании Keysight и программа Signal Studio для создания импульсов могут быть сконфигурированы для работы с РЛС, использующими фазированную антенную решётку.
Современные РЛС с фазированной антенной решёткой имеют много входов приёмника и реагируют на фазу электромагнитных волн, которые создаются эхо-сигналами и достигают приёмника. Это может усложнить испытание, поскольку принимаемый сигнал должен имитировать волновой фронт импульсного сигнала, который содержит множество эхо-сигналов РЛС, приходящих от удалённых точек.
Компания Keysight решила эту проблему с помощью генераторов сигналов, таких как E8257D и E8267D серии PSG и N5181B или N5182B серии MXG, которые могут быть синхронизированы по фазе, создавая когерентные колебания, но с возможностью регулировки статических фазовых соотношений между источниками.
Это позволяет имитировать волновой фронт приходящего импульсного сигнала с точностью, необходимой для многоканальных систем с фазированной решёткой. Возможные подходы описаны в рекомендациях по применению
Signal Source Solutions for Coherent and
Phase- Stable Multi-Channel Systems
(Источники сигналов для когерентных и фазостабильных многоканальных систем) (номер публикации 5990-5442EN/
5990-5442RURU).
Рисунок 11 – Создание искусственного испытательного полигона для РЛС с фазированной антенной решёткой
Волновой фронт
Задержка
Импульс РЛС
Фазированная решётка
Приёмник
Приёмник
Когерентные многоканальные источники с регулируемой фазой
Возвратный эхо-сигнал

Каталог: pdf -> appnotes
pdf -> Великое сокрестие континентов как модель космопланетарной интеграции планеты земля
pdf -> Органическое единство уроков и внеурочной деятельности в географическом образовании учащихся
pdf -> Мысли правят миром
pdf -> Поликультурная компетентность как социально-педагогический феномен
pdf -> 10 Издание официальное СанПиН 4 10 Москва 2010
pdf -> Базовая часть Аннотация к рабочей программе дисциплины
pdf -> Из опыта работы О. В. Карасева, учитель начальных классов второй квалификационной категории
pdf -> Методическая разработка Формирование представления о здоровом образе жизни среди студентов общежития


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2


База данных защищена авторским правом ©psihdocs.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница