28 Мая 2021

Реалистичное моделирование радиолокационных импульсов и сложных радиолокационных сценариев

Реалистичное моделирование радиолокационных импульсов и сложных радиолокационных сценариев

Разработка в лаборатории часто требует больших затрат во времени реализации индивидуальных тестовых решений, потому любая автоматизация заметно повышает производительность. В случае с генерированием последовательностей импульсов в этом поможет программное обеспечение R&S®Pulse Sequencer в сочетании с генератором векторных сигналов для разработки и тестирования радиолокационных станций (РЛС) и приёмников.

Импульсные сигналы необходимы для ряда тестов в инженерии радиолокационных установок – отдельных компонентов, таких как усилители или целых устройств, таких как приёмники. Поскольку нет никаких стандартных спецификаций тестов, инженеры-испытатели должны вкладывать очень много времени в программирование всех сигналов. Программное обеспечение R&S®Pulse Sequencer минимизирует эти усилия, поскольку пользователи могут подвергнуть тестируемые устройства (DUT) реалистичным сценариям сигналов и провести оптимизацию по мере необходимости.

Сценарии для всех требований

Программное обеспечение Pulse Sequencer от компании Rohde & Schwarz включает в себя множество предварительно настроенных сценариев. Пользователь только должен установить конкретные параметры сценария:

  • Простые импульсные последовательности. Они состоят из импульсных групп со сложными одиночными импульсами, которые соответствуют детерминированной импульсной модуляции.
  • Сценарии 2D и 3D, в которых генерируется сигнал, не только как результат единичных импульсов с определённой амплитудной и импульсной модуляцией, но также и эффектов, которые вызваны вращением передающих и принимающих антенн. Так же учитывается их поляризация, а также положение передатчика и приёмника в трёхмерном пространстве.

I/Qсигналы (In-Phase / In-Quadrature – синфазные/квадратурные) и измеренные диаграммы направленности антенн так же могут быть использованы путём их импорта в программное обеспечение.
3D визуализация и просмотр в режиме реального времени конфигурации сигнала облегчает пользователю жизнь и позволяет быстрее ознакомится с программным обеспечением и использовать весь его диапазон возможностей в полной мере.
После установки нужных настроек сигналы автоматически передаются на векторный генератор сигналов, где они и воспроизводятся.


Определение одиночных импульсов и последовательности импульсов

В зависимости от применения, нужно задать огибающую импульса и, возможно, модуляцию в импульсе (modulation on pulse - MOP), а также специфицировать последовательность импульсов. В самом простом случае последовательность состоит из импульсов и пауз между ними. Программное обеспечение R&S®Pulse Sequencer может определить все детали импульсов и вставить их в последовательность, например, с помощью частоты следования импульсов и показывает симуляцию компонентов, которые могут быть использованы для установки сценария. Структура дерева показана на Рис. 1. 

Все основные импульсные параметры импульса определяются (Рис. 2, сверху): фронт и ширина импульса, а так же все другие характеристики огибающей, такие как: выброс на фронте импульса, завал импульса, пульсации (колебания небольшой амплитуды). Многочисленные виды модуляции, такие как линейная частотная модуляция (chirp -внутриимпульсная линейная частотная модуляция), амплитудная, частотная, фазовая и векторная модуляция предопределены. Этот всеобъемлющий набор может быть расширен по мере необходимости через открытый интерфейс программного обеспечения подключаемого модуля. Интерфейс так же может быть использован для добавления, например, задаваемой пользователем межимпульсной модуляции. Предварительно настроенные одиночные импульсы могут быть встроены в последовательности. Пользователь должен только определить, что должно произойти от импульса к импульсу. Межимпульсная модуляция используется для создания тестовых последовательностей в процессе разработки или для верификации системы приёмника. В самом простом случае, пользователь должен только определить паузу между импульсами. Пауза между импульсами, частотные скачки, уровни импульса и так далее, могут быть модифицированы от импульса к импульсу в соответствии с задаваемыми правилами.


Рис. 1. Дерево с компонентами симуляции(моделирования).

Рис.2. Верхняя часть: меню для определения одного импульса с предварительным просмотром диапазонов режимов, здесь с перепадами. Внизу: линейные настройки частоты модуляции с предварительным просмотром модулирующего сигнала и спектра.


Тестирование функции изменения канала WLAN роутеров

Некоторые метеорологические радары работают в диапазоне 5ГГц, в котором так же разрешено использовать беспроводные устройства. Чтобы убедится, что WLAN маршрутизатор не интерферирует с погодным радаром, роутер должен использовать динамический выбор частоты (DFS), чтобы автоматически переключать каналы, когда он принимает такие же импульсы как радиолокационная станция. Регулирующие органы определяют многочисленные профили радаров, которые должны быть использованы для проверки всех станций WLAN. Доступна специальная версия DFS программного обеспечения R&S®Pulse Sequencer, (R&S®SMx-K 350). Эта версия поставляется с радиолокационными профилями, которые соответствуют международным стандартам. Применяясь вместе с генератором векторных сигналов, он может выполнять все необходимые тесты – удобное решение plug&play, которое также поддерживает генерацию отчётов для анализа результатов тестирования.

Рис. 3. Слева: межимпульсная модуляция с тремя всплесками. Импульсная пауза меняется от всплеска к всплеску. Справа: межимпульсная модуляция может изменять несколько параметров одновременно, например, межимпульсные паузы и импульсные пики мощности.


Частота повторения импульсов играет важную роль для радаров. Радары должны работать с низким уровнем повторения импульсов так, что их дальность обнаружения (граница детектирования) достаточно велика для обнаружения удалённых объектов. Тем не менее, высокая частота следования необходима для измерения часто высокой скорости обнаруженных объектов. Для того, чтобы согласовать эти и другие требования, радары используют несколько режимов работы, которые выбираются на основе задачи обнаружения. Рис. 3 (слева) показывает пример с тремя всплесками по восемь импульсов в каждом. Изменение частоты следования импульсов от низкого уровня до высокого и к среднему значению в последнем всплеске. Межимпульсная модуляция может повлиять одновременно на несколько параметров, например, она может увеличить паузу от импульса к импульсу и при этом одновременно уменьшая уровень на 2.5 дБ (Рис. 3, справа). Радары с быстрой перестройкой частоты используют скачки с меняющейся центральной частотой, чтобы сделать их более устойчивыми к глушению радиосигналов и обнаружению. Эта частотная подвижность может быть смоделирована с помощью межимпульсной модуляции со смещённой частотой. Рис. 4. Показывает сгенерированный линейный частотно-модулированный сигнал, который изменяет свою центральную частоту от импульса к импульсу.

Тестирование приёмников на базе реалистичных форм радиосигналов

Для того, чтобы проверить приёмники в реальных условиях, все влияющие величины должны быть приняты во внимание. Это включает в себя не только параметры импульсов, вид модуляции и межимпульсную модуляцию, которые описывают нужный сигнал, но и специфические для системы влияния. Радары обычно оснащены вращающимися антеннами для передачи и/или приёма, например, направленных сигналов. Приёмники для мониторинга электромагнитного спектра могут быть подключены к передвигающимся или статичным стационарным антеннам. Сигнал с определённым направлением часто только на короткий промежуток времени достигает приёмника. Абсолютный уровень приёма зависит от мощности передачи, коэффициента усиления передающей и принимающей антенн, а также частотно-зависимых потерь в свободном пространстве. Дополнительные потери возникают, когда передающая и приёмная антенны имеют различные поляризации или когда антенны не направлены друг на друга. Кроме того, передатчики и приёмники в трёхмерном пространстве могут иметь различную высоту над уровнем моря и различное положение в пространстве, которые определяются вращением, шагом и углом наклона в поперечном направлении. Принимаемая мощность снижается, когда направление максимума диаграммы направленности передающей и приёмной антенны не обращены друг к другу из-за разного соотношения углов. Для того, чтоб смоделировать эти сложные сценарии, программное обеспечение R&S®Pulse Sequencer включает в себя симулятор, в котором все вышеупомянутые эффекты, а так же сигнал передачи могут быть сконфигурированы. 

Рис. 4. Межимпульсная модуляция, которая изменяет центральную частоту от импульса к импульсу на основе списка.


Многочисленные предопределённые компоненты моделирования, такие как диаграмма направленности антенны и тип сканирования, включены в программное обеспечение. Полная диаграмма направленности фазированной антенной решётки быстро вычисляется, когда пользователь вводит пространственное распределение отдельных излучающих элементов и желаемое подавление боковых лепестков. Для всех диаграмм направленности антенны можно назначить поляризацию.
Можно даже определить нежелательные утечки на боковое рассеивание лепестков антенны. Настроенная диаграмма направленности антенны визуализируется в 3D виде, включая угол смещения в нормальное положение и поляризацию (Рис. 5.). Программное обеспечение R&S Pulse Sequencer автоматически вычисляет уровень приёма, который зависит от времени в соответствии с заданным сценарием. Уровень больше не должен быть определён вручную, это процесс с большими временными затратами. Лабораторные результаты могут быть легко сопоставлены с результатами испытаний в полевых условиях.

Рис. 5. Вверху: диаграмма направленности антенны с вертикальной поляризацией. Внизу: с главным лепестком (диаграммы направленности антенны), боковыми лепестками и задней утечкой

Программное обеспечение R&S Pulse Sequencer может так же быть использовано для моделирования сложных 3D сценариев для тестирования приёмника, как показано на Рис. 6. Рис. 7 показывает

Рис. 6 . Сценарий испытаний приёмника и тестового передатчика.

Рис. 7. Передатчик (синий) с вертикально вращающейся антенной и приёмником(красный), чья антенна использует растр сканирования для сканирования твёрдого сектора.

приёмник (красный) в центре системы координат. Это антенна, которая имеет определённый шаблон, использует растровое сканирование для сканирования конкретного твёрдого сектора. Передатчик (синий) имеет циркулярно-вращающуюся антенну, которая также имеет определённую диаграмму направленности. Уровень порта приёма антенны изменяется из-за движения для растрово-подобных движений поиска приёмной антенны. Программное обеспечение может имитировать зависимые от времени любые воздействия передачи и приёма антенны в одиночку, а также комбинирование этих эффектов, включая воздействие положения и поляризационных потерь на абсолютный уровень приёма (Рис. 8). Это можно отчётливо увидеть на нижнем рисунке, где передаваемый сигнал сравнивается с влиянием сканирования приёмника антенны. Абсолютный уровень на выходе из принимающей антенны теперь определяется и основан на: потерях в свободном пространстве, коэффициенте направленности антенны и мощности передачи. Они рассчитываются автоматически с помощью нормализированной кривой уровня, показанной на нижнем рисунке. После того, как всё желаемые параметры были установлены, сигнал передаётся в векторный генератор сигналов и воспроизводится здесь же. Это делает тестирование возможным независимо от того, может ли приемник чётко распознать и классифицировать сигнал от передатчика или нет. 

Рис. 8. Верхняя часть: полученный уровень флуктуаций вследствие движения приёмной антенны. Центральная часть: вклад вращения передающей антенны в зависящие от времени уровни приёма. Внизу: сумма всех вкладов уровень приёма, который зависит от времени, включая в том числе положение и поляризационные потери.


Тестирование многоканальных приёмников

Многоканальные приёмники используются в направлении поиска и определения угла прихода волны сигнала. При тестировании этих видов приёмников, программное обеспечение Pulse Sequencer от Rohde & Schwarz предлагает опцию позиционирования передатчика, который передаёт определённый сигнал в полярной системе координат (Рис. 9, слева). Пользователь может расположить отдельные антенны из конфигурации антенны приёмника по собственному желанию (Рис. 9, справа). Все параметры, использованные в симуляции антенны одноканального приёмника также доступны.

Рис. 9. Слева (сверху): сценарий с передатчиком и многоканальным приёмником. Справа (Снизу): Определение положения отдельных антенн приёмника.


Программное обеспечение автоматически рассчитывает точный принимаемый сигнал для каждого из входов многоканального приёмника, принимая во внимание все заданные параметры. Диаграмма помогает пользователю назначить (определить) расчётные сигналы ВЧ-выходов векторных генераторов сигналов и показывает кабельную сеть, необходимую для тестирования установки. Векторный генератор сигналов SMW200A от R&S с двумя каналами (трактами) является идеальным, поскольку все каналы приёмника должны быть смоделированы одновременно. Для тестирования приёмников с четырьмя каналами, тестовая четырехканальная установка может быть сконфигурирована с помощью добавления двух генераторов SGS100A и двух генераторов SGU100A от Rohde & Schwarz (Рис. 11).

Рис. 10. Назначение 4 сигналов в ВЧ тракт векторного генератора сигналов R&S SMW200A векторного генератора сигналов, который был модернизирован для четырёхканальной установки путём добавления двух генераторов R&S®SGS100A. Внизу: необходимые кабельные системы.

Резюме

Новое программное обеспечение R&S Pulse Sequencer, вместе с подходящими параметрами и векторными генераторами сигналов, является мощным симулятором сигналов для многочисленных аэрокосмических и оборонных приложений. Области применения варьируются от простых тестов для тестирования компонентов до сложных тестовых случаев, которые имитирую реальные 3D-сценарии для тестирования одно- или многоканальных приёмников. Программное обеспечение доступно для всех векторных генераторов сигналов Rohde & Schwarz, которые покрывают диапазон частот до 40 ГГц. Благодаря модульной, гибкой концепции, количество сигналов может быть выбрано на основании заявки (приложения).

Рис. 11. Настройка 4-канального теста до 20 ГГц, всего 6 единиц высоты, состоящий из векторного генератора сигналов R&S®SMW200A, двух генераторов R&S®SGS100A и двух генераторов R&S®SGU100A.

Программное обеспечение R&S®Pulse Sequencer доступно для свобоного скачивание по адресу: https://www.rohde-schwarz.com/software/smw200a/
Оно может быть использовано вместе с R&S®SMx-K300 / SMx-K301 / SMx-K350 или опциями SMW-K308 для R&S®SMW200A R&S®SMBV100A и R&S®SGT100A для векторных генераторов сигналов. Опции доступны только тогда, когда сигналы нужно повторить на векторных генераторах сигналов.

За дополнительной консультацией обращайтесь к специалистам ИНКОТЕЛ СИСТЕМ - мы рады помочь Вам в решении Ваших задач с помощью передового оборудования Rohde&Schwarz. ИНКОТЕЛ СИСТЕМ - официальный дистрибьютор компании Rohde & Schwarz на территории Украины.

Не можете определится с необходимым товаром? Свяжитесь с нами и мы вам поможем.

Отправить запрос