利用基于高级触发的多通道脉冲分析测量雷达预警接收机的特性

相位差是测量测向 (DF) 场景时的关键参数。分析 DF 设备时,需要先测定相位差,然后再测量方位等其他参数。R&S®VSE-K6A 多通道脉冲分析软件和罗德与施瓦茨示波器相结合,即使在恶劣环境中也能利用测试设备的高级触发功能测量相位差。

雷达预警接收机
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您的任务

雷达预警接收机(简称 RWR,详见上图)通常由多个接收机组成,并联合评估这些接收机以确定输入雷达脉冲的方向。一般而言,接收机数量越多,方位的角度精度越高。

测向 (DF) 方法因相关应用场景而异,一般包括到达时间差 (TDOA) 和相关干涉仪方法。在任何情况下,研发测量都需要使用相位相参接收机来测量接收机之间的相位差。研发阶段的接收机性能测量在理想条件下进行,通常也在更为严苛的场景中进行。

罗德与施瓦茨解决方案

R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器是时域仪器,输入通道专用于采集时间相参信号。

仪器支持调整测量装置可能导致的偏移(传播延迟差)1)。高级触发功能可以隔离并更加详细地分析事件。下文将说明一个具有挑战性的场景,并展示示波器作为调试工具的强大功能。

图 1:RWR 空间配置。接收机略向左舷和右舷倾斜。
图 1:RWR 空间配置。接收机略向左舷和右舷倾斜。
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测量装置

测量装置包括 R&S®Pulse Sequencer 脉冲序列生成软件以模拟 X 频段(8 GHz 至 12 GHz)的应用场景,和双通道 R&S®SMW200A 矢量信号发生器以提供所需信号。R&S®RTP 示波器和 R&S®VSE 矢量信号分析软件执行分析。为了展示相位差,示例只模拟 RWR 的两个天线。这两个天线分别位于飞机的右舷和左舷翼尖,彼此相距 11 米。此外,为了确保模拟更加简单,每个物体都放置在相同的高度,仅保留两个自由度(即东坐标和北坐标)。

应用情景通常不会静止不变,RWR 必须应对不断变化的场景。示例场景包含一个移动发射机(产生不同的幅度)和一个固定发射机。RWR 保持静止。图 1 和图 2 展示了 R&S®Pulse Sequencer 脉冲序列生成软件生成的空间配置。在 X 频段工作的机载雷达(巡逻机)追踪 RWR 并相对其横向移动。

图 2:模拟场景的动态情况。机载雷达对准 RWR,地面雷达则设置为全向发射。
图 2:模拟场景的动态情况。机载雷达对准 RWR,地面雷达则设置为全向发射。
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另有一个在 X 频段工作的雷达(地面雷达),且其在 RWR 输入端的功率电平与机载雷达相近。此雷达在 RWR 分析中充当干扰器。

地面雷达和机载雷达所发射脉冲的脉冲重复间隔 (PRI) 和功率电平相近。地面雷达信号在左舷接收机处较弱,在右舷接收机处较强,而机载雷达的功率电平在左舷接收机处最大,并随着机载雷达移过 RWR 而逐渐减小,并在右舷接收机处恢复到最大。

图 3:仅设置自动触发无法实现稳定的触发条件。但是,可以先建立场景概览,以便确定合适的触发条件。
图 3:仅设置自动触发无法实现稳定的触发条件。但是,可以先建立场景概览,以便确定合适的触发条件。
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在 DF 场景中测定相位差非常重要。简单地初步触发 R&S®RTP 示波器接收的两个信号,得到相当复杂的视图(参见图 3)。

示波器针对两个接收机显示一个持续时间为 5 µs 的脉冲和 5 µs 信号周围随机分布的一个 1 µs 间歇信号。事实上,这是使用 R&S®Pulse Sequencer 脉冲序列生成软件的模拟场景的预定义值。

类型 脉冲持续时间 PRI 调制
巡逻机 1 μs 100 μs
地面雷达 5 μs 20 μs 13 位巴克码

如上所述,地面雷达频繁发射脉冲,这些脉冲不应纳入分析。飞机的模拟移动范围为 3 km,横越速度为 400 m/s,单程耗时约 7.5 秒。在此期间,飞机可能会发射约 75 000 次脉冲。示波器无法一次性采集 7.5 秒,因为这需要高达 600 Gsample (2 × 40 Gsample/s × 7.5 s) 的存储深度。必须利用合适的触发条件隔离时域中的 1 µs 脉冲。

触发条件

《使用示波器触发雷达射频脉冲》应用说明 (PD 3609.2000.92) 中详细解释了触发条件。说明中描述的触发设置可以隔离巡逻机发射的脉冲:

触发 A
触发 A
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  • 触发 A(宽度触发,关断时间超过 100 ns)。这为每个脉冲(包括不纳入分析的脉冲)提供了稳定的触发条件
触发 B
触发 B
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  • 触发 B(超时触发)。此触发条件为脉冲低于阈值电平的时间达到 10 ns。出现稍短于预期脉冲持续时间(如达到预期时间的 95%)的延迟后评估触发 B(此触发条件仍将捕获所有持续时间超过此延迟的脉冲)
触发 C
触发 C
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  • 触发 R(重置略长于预期脉冲持续时间的超时时间,例如比预期时间长 10%)。此触发条件拒绝所有持续时间超过指定超时时间的脉冲。因此,这将仅考虑 1 µs 脉冲
R&S®RTP 的两个通道采样率均为 40 Gsample/s。
R&S®RTP 的两个通道采样率均为 40 Gsample/s。
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分析设置

可以直接使用 R&S®RTP 进行分析(参见《使用示波器分析射频雷达脉冲》应用说明 (PD 5215.4781.92) 和《汽车电子雷达——使用 R&S®RTP 示波器进行线性调频分析》应用指南 (GFM318)),或使用专用分析软件进行分析。R&S®VSE 矢量信号分析软件与 R&S®VSE-K6A 多通道脉冲分析选件相结合,能够快速测定相位差以及脉冲宽度和脉冲顶降等其他重要的雷达参数。

通道 1 和通道 3 被选作输入通道,并选择波形模式。因此,R&S®RTP 的两个通道采样率均为 40 Gsample/s。

现在,可以使用示波器采集信号。
现在,可以使用示波器采集信号。
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设置中心频率和采集时间等重要参数并配置检测算法之后,将 R&S®VSE 设为手动触发模式。为 R&S®RTP 应用前述触发设置。此外,由于触发将脉冲采集移至触发标记左侧,因此可以定义负触发偏置以确保时机恰当。现在,可以使用示波器采集信号。

图 4:R&S®VSE-K6A 多通道脉冲分析选件的主要分析视图。相位差可以使用标记(右下角窗口)或结果表格(右上角窗口)中的数值加以确定。
图 4:R&S®VSE-K6A 多通道脉冲分析选件的主要分析视图。相位差可以使用标记(右下角窗口)或结果表格(右上角窗口)中的数值加以确定。
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主要的多通道分析工具包括折叠脉冲相位和展开脉冲相位测量功能(参见图 4 右下角窗口)。新迹线生成并分配到通道 3。现在,可以将标记放在两条曲线上并链接标记,以便测量相位差。本例中,差值标记显示相位差为 279°。相位差还可以根据结果表格(右上角窗口)中的数值加以确定。

摘要

相位差测量需要使用相位相参接收机。此外,特别是在具有挑战性的场景中,合适的触发条件便于更加快速地分析感兴趣的雷达信号。R&S®VSE-K6A 多通道脉冲分析选件利用 R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器的所有数字触发功能。选件结合自动相位差测量,能够自动分析重要的雷达参数。

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