Опять возвращаемся к основным понятиям анализатора спектра в реальном масштабе времени. Часть 2

Рис.6 Спектральная характеристика зависит от скорости повторения и ширины импульсов. Преобразование характеристики из временной области в частотную оказывает влияние изменения ширины импульса (PW) и интервала повторения импульсов (PRI) или частоты следования импульсов (PRF).

Таким образом, дальность ограничивается характеристиками импульса и потерями при распространении. Значения интервала следования импульсов и скважности устанавливают значение максимального допустимого времени приема эхо-сигнала, при этом чтобы приемник имел возможность услышать сигнал, излучаемая мощность или энергия должна обеспечить превышение сигнала над фоновым шумом. 
Кроме того, длительность импульса оказывает влияние на минимальное разрешение радиолокатора. Эхо-сигналы от импульсов с большой длительностью могут накладываться по времени, что делает невозможным определение характера цели или целей. Продолжительный эхо-сигнал может быть вызван одиночной крупной целью, например авиалайнером, или несколькими более мелкими рядом расположенными целями,
например, плотным строем самолетов-истребителей. Не имея достаточно хорошего разрешения, невозможно определить количество объектов, которые дают отраженный эхо-сигнал. При малой длительности импульса исчезает взаимное наложение эхо-сигналов и улучшается разрешение.
Таким образом, длительность импульса влияет на два важных свойства радиолокационной системы – разрешение и дальность обнаружения. К сожалению, эти два качества связаны обратной зависимостью. Более длительные импульсы соответствуют радиолокаторам с большей дальностью обнаружения и меньшим разрешением, в то время как более короткие импульсы соответствуют радиолокаторам с лучшим разрешением, но меньшей дальностью. Кроме того, чтобы правильно сгенерировать и получить короткие импульсы, необходимо обеспечить большую полосу пропускания. Это обстоятельство привлекает интерес к характеру спектра импульса. Характеристики временной области импульса, естественно, имеют свои эквиваленты в частотной области. Ширина спектра короткого импульса больше, чем импульса с большей длительностью. Аналогично, при более высокой частоте следования импульсов (PRF) промежутки между спектральными компонентами больше, чем при низкой частоте следования импульсов.
Теперь, после краткого рассмотрения параметров импульсов и их влияния на характеристики радиолокатора, ознакомимся с некоторыми основными методами анализа сигнала.

Основные понятия анализа спектра в реальном масштабе времени

Чтобы лучше понять уникальные возможности анализаторов спектра в реальном масштабе времени, следует ознакомиться с упрощенными блок-схемами трех основных типов современных анализаторов спектра. Эти анализаторы во многом похожи, например у всех имеется входной аттенюатор, однако между ними есть существенные различия.

Рис.7 На упрощенных блок-схемах представлены ключевые структурные различия между анализаторами разных типов.Анализатор спектра в реальном масштабе времени содержит уникальные компоненты для работы в реальном масштабе времени, отсутствующие в других анализаторах. Они обеспечивают более эффективную работу с импульсными и нестационарными РЧ-сигналами.

В самом старом виде анализаторов — анализаторе спектра с разверткой (SA) — используется относительно узкополосный перестраиваемый фильтр предварительной селекции, предшествующий схемам преобразования спектра с понижением частоты. Затем сигнал преобразуется с понижением частоты, проходит через фильтр разрешения по полосе пропускания, детектируется и отображается на экране. Одновременно местный гетеродин (LO) непрерывно перестраивается в пределах частотного диапазона.

Рис.8 При использовании анализатора спектра с разверткой продолжительные интервалы времени остаются без анализа, а векторный анализатор сигналов не позволяет обнаруживать спектральные изменения в промежутке между записанными сигналами.Анализатор спектра в реальном масштабе времени способен обнаруживать изменения в сигнале перед записью, что обеспечивает возможность синхронизации по важным спектральным событиям и записи сигнала для подробного анализа и исключает неучтенные периоды. Это крайне важно для надежной регистрации импульсов РЛС, которые могут быть слабее окружающих сигналов, что характерно для сложных условий электронной войны

В более современном векторном анализаторе сигналов (VSA) сигнал также преобразуется с понижением частоты, но частота местного гетеродина изменяется ступенями. Непрерывное отображение частот достигается путем оцифровки сигнала во временной области по сегментам, соответствующим промежуточной частоте прибора на каждом шаге изменения частоты внутреннего гетеродина. Затем данные сохраняются в памяти векторного анализатора и преобразуются в частотную область с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ), после чего спектр отображается на экране.
Многие элементы блок-схемы анализатора спектра в реальном масштабе времени совпадают с элементами блок-схем обычного анализатора с разверткой и векторного анализатора, однако между ними имеются существенные различия. Самые важные различия между анализатором спектра в реальном масштабе времени и другими современными анализаторами с применением БПФ состоит в наличии оборудования для цифровой обработки сигнала в реальном масштабе времени. В других анализаторах такое оборудование отсутствует. Благодаря этому оборудованию, анализаторы спектра в реальном масштабе времени обладают совершенно новыми возможностями захвата и анализа сигналов.
Познакомимся с ними поближе…
Анализатор спектра с разверткой не осуществляет непрерывный анализ во всем диапазоне входного сигнала. Во время развертки частотного диапазона для анализа доступна только узкая полоса пропускания, только на той частоте, на которую в данный момент настроен анализатор. Таким образом многие спектральные составляющие остаются необнаруженными до тех пор, пока их не достигнет частотная полоса анализа. Если исследуется нестационарный сигнал, он может быть полностью пропущен. Проблема осложняется еще и тем, что во время обратного хода развертки сигнал не анализируется, и положение обратного хода по отношению к исследуемому сигналу не определено.
Несложная синхронизация на уровне промежуточной частоты, имеющаяся в векторных анализаторах сигнала, может пропустить важные события в частотной области сигнала из-за сложных условий фонового спектра. В анализаторе спектра в реальном масштабе времени, как и в векторном анализаторе, сохраняются для анализа и отображения записи сигналов, дискретизированных по времени. Но, в отличие от других анализаторов, в анализаторе спектра в реальном масштабе времени над входным сигналом непрерывно производится преобразование БПФ, вычисляемое в реальном масштабе времени. При обнаружении спектрального события запись данных для последующего анализа синхронизируется по БПФ в реальном масштабе времени, что позволяет не пропустить указанное событие. Таким образом, анализаторы спектра в реальном масштабе времени обладают уникальной возможностью непрерывного просмотра спектра на входе, поиска нужных событий и надежного захвата их для анализа. Возможность вычисления БПФ в реальном масштабе времени обеспечивает стопроцентную вероятность обнаружения и захвата нестационарных импульсов, характерных для радиолокаторов, средств электронной войны и электронной разведки.
Кроме того, на анализаторах спектра в реальном масштабе времени Tektronix устанавливается уникальное программное обеспечение для измерений импульсных сигналов. Пакет Pulse Measurement Suite, поставляемый в составе программного обеспечения Advanced Measurements, обеспечивает разнообразные автоматизированные измерения импульсных сигналов. Благодаря этому программному обеспечению анализаторы спектра в реальном времени могут заменить прежние измерительные приборы (анализаторы с разверткой, векторные анализаторы и анализаторы модуляции) и существенно расширить возможности углубленного исследования сигналов при диагностике.
Прежде чем приступать к анализу сигнала и диагностике, необходимо сделать запись исследуемого сигнала. Итак, рассмотрим технологию, позволяющую анализаторам спектра в реальном масштабе времени захватывать события, которые пропускают другие анализаторы.

Запись радиолокационных сигналов

Уникальные средства цифровой обработки сигналов, имеющиеся в анализаторах спектра в реальном масштабе времени, позволяют в реальном масштабе времени преобразовывать выборки осциллограмм во временной области в спектральную область. Уникальные функции, такие как разработанная компанией Tektronix и защищенная патентом синхронизация по частотной маске (Frequency Mask Trigger — FMT) позволяет надежно захватывать трудноуловимые радиолокационные импульсы или частотные аномалии в сложных средствах ведения электронной войны в реальной спектральной обстановке.

Рис.9 Функция синхронизации по частотной маске, предусмотренная в анализаторе спектра в реальном масштабе времени, позволяет четко регистрировать импульс РЛС, получаемый от приемника с ПЧ 70 МГц. Уровень импульса существенно ниже уровня утечки гетеродина преобразователя с понижением частоты, отображаемого рядом с ПЧ.

Для захвата исследуемых импульсов прежде всего необходимо с помощью меню синхронизации настроить синхронизацию по частотной маске.В анализаторах спектра в реальном времени имеется типичный набор функций синхронизации: внешняя, по мощности (уровень ПЧ), захват однократных событий, а также синхронизация по частотной маске.
Для установки над сигналами, не представляющими интереса, сложной частотной маски достаточно двойным щелчком кнопки мыши добавить точку и растянуть маску до заданного места. Во избежание ложных срабатываний синхронизации можно установить маску немного выше уровня шума. После настройки частотной маски захват запускается по всем спектральным событиям, выходящим за пределы маски. В радиолокаторах уровень нестационарного эхо-импульса часто оказывается существенно ниже уровня посторонних спектральных сигналов от близлежащих источников. В этом случае синхронизация на промежуточной частоте становится ненадежной. Однако синхронизация по частотной маске позволяет сравнивать спектр входного сигнала с маской синхронизации и обнаруживать даже слабые аномалии сигнала. Надежный поиск импульсов имеет большое значение, но после того как они найдены надо учитывать и другие факторы, способные повлиять на четкость отображения и точность зафиксированных данных.

Рис.10 Упрощенная блок-схема анализатора спектра в реальном масштабе времени — оцифровка ПЧ и цифровая обработка данных. Благодаря высокой частоте дискретизации анализатор RSA3408A обеспечивает разрешение по времени 20 нс или ширину полосы пропускания в реальном масштабе времени 36 МГц

Просматривая блок-схему прибора RSA3408A, можно заметить, что сигнал промежуточной частоты полностью преобразуется в цифровую форму с помощью быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП). 

Рис.11 Благодаря высокой частоте дискретизации анализатор RSA3408A можно использовать для регистрации очень узких импульсов РЛС. При использовании особого режима отображения спектра импульсов хорошо видны импульсы, слишком узкие для просмотра в обычном режиме отображения спектра.

Анализатор RSA3408A обеспечивает захват сигналов с полосой частот 36 МГц. В режимах отображения мощности по времени, при оптимизации фильтров для измерений во временной области, анализатор RSA3408A обеспечивает разрешение 20 нс. Это позволяет анализировать очень короткие импульсы и подробно исследовать их форму.

Продолжение следует...

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик Анализаторов Спектра в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/analizatory-radiochastotnogo-spektra