Начинаем вникать в суть и мощные функции Анализатора РЧ Реального Времени. Часть 1

Введение
Средства измерения импульсов РЛС являются важной частью радиолокационных систем, а также систем электронных войн и средств электронной разведки. Анализатор спектра в реальном масштабе времени (RTSA) с уникальным программным обеспечением для измерения импульсных сигналов позволяет решать все задачи анализа при измерении параметров нестационарных импульсов радиолокационной системы. В анализаторах RTSA имеются экраны для анализа нестационарных сигналов и средства углубленного исследования параметров сигнала, отсутствующие на других анализаторах. Совместное применение быстрого преобразования Фурье (БПФ), синхронизации по частотной маске и разрешения 20 нс, а также наиболее полного в отрасли комплекта программного обеспечения для выполнения измерений при автоматическом анализе импульсов предоставляют исследователю диагностическую информацию для эффективного поиска неполадок в современных радиолокационных системах,а также системах электронных войн и средствах электронной разведки. В данной инструкции по применению сделан обзор радиолокационных измерений и успехов в проведении испытаний с помощью современного анализатора спектра в реальном масштабе времени (RTSA).
Измерения импульсов РЛС исторически представляли сложную задачу для инженеров- разработчиков и испытателей продукции в заводских и полевых условиях.
Нестационарность импульсов радиолокатора в сочетании с современными схемами сжатия импульсов зачастую приводят к необходимости создания сложных испытательных стендов. Обычно в практике проведения измерений и испытаний не применялось сложное программное обеспечение, что вынуждало большинство инженеров-разработчиков радиолокационных станций создавать уникальное испытательное оборудование.

Рис.1 От параметров импульсов радиолокатора зависят важные характеристики радиолокационной системы

Анализатор спектра в реальном масштабе времени Tektronix RSA3408A, снабженный пакетом программного обеспечения для измерения импульсных сигналов, представляет собой сложный, объединенный в одном испытательном приборе, комплекс для анализа импульсов радиолокатора. Возможности анализатора спектра в реальном масштабе времени позволяют отображать такие детали сигнала, которые было невозможно получить на другом испытательном оборудовании.
Эта инструкция по применению начинается с обзора некоторых ключевых концепций радиолокационных систем, связанных с разработкой и диагностикой импульсной техники. Затем рассматриваются уникальные возможности анализатора спектра в реальном масштабе времени. Затем представлены способы надежного захвата и просмотра сигналов радиолокатора.
Далее основное внимание будет уделено анализу захваченных данных с применением пакета импульсных измерений Pulse Measurement Suite для RTSA к измерениям сжатых импульсных сигналов, автоматическому описанию характера импульсов и проверкам парными импульсами. И наконец, в кратком заключении обобщаются преимущества применения анализатора спектра в реальном масштабе времени для исследования импульсных радиолокационных сигналов.

Сведения об импульсных сигналах

Обычно радиолокаторы направляют на свои цели радиочастотный (РЧ) импульс, а затем «слушают» отраженный эхо-сигнал. Поскольку РЧ-импульс распространяется со скоростью света, время, необходимое для возврата эхо-сигнала, пропорционально расстоянию до цели. Это, конечно, относится к активному радиолокатору, который воспринимает отраженную целью энергию. У вспомогательных радиолокаторов, которые ретранслируют сигнал, полученный от ответчика, имеется дополнительная задержка.
Характеристики РЧ-импульса определяют большую часть возможностей радиолокатора. Эксперты в области электронных войн (Electronic Warfare – EW) и электронной разведки (ELectronic INTelligence – ELINT) специализируются на изучении этих импульсных сигналов. Характеристики импульса дают ценную информацию о типе радиолокатора, который послал сигнал, и о том объекте, который может представлять этот импульс – о парусной лодке, военном корабле, пассажирском самолете, бомбардировщике, ракете и т. п.

Рис.2 Радиолокатор излучает импульсы, подсвечивающие цель.Часть энергии сигнала отражается от цели и возвращается к приемнику радиолокатора. Расстояние до цели определяется по промежутку времени между излученным импульсом и приходом эхо-сигнала. Потери мощности при прохождении сигнала от передатчика до приемника даны в уравнении радиолокации, определяющем максимальную полезную дальность радиолокатора.

Рассмотрим некоторые общие термины, относящиеся к импульсным сигналам, и выясним, какое отношение они имеют к рабочим характеристикам системы.
Интервал следования импульсов (PRI) – это период повторения импульсов. Он равен обратной величине частоты следования импульсов (PRF) или скорости повторения импульсов (PRR), представляющих количество излученных в секунду импульсов. Интервал следования импульсов (PRI) – это важный параметр, потому что он ограничивает максимальный диапазон однозначного измерения дальности или расстояние, на котором может работать радиолокатор.
Время отсутствия импульса, фактически может быть лучшим показателем максимального рабочего расстояния системы радиолокатора. В большинстве радиолокационных систем применяются переключатели передача/прием (T/R), чтобы использовать одну и ту же антенну для передатчика и приемника. Передатчик и приемник подключаются к антенне попеременно. Передатчик посылает импульсы, а приемник «слушает» отраженный эхо-сигнал в течение интервала между импульсами. Пауза между импульсами – это период времени, в течение которого приемник может прослушивать отраженные эхо-сигналы. Чем больше пауза между импульсами, тем дальше может находиться цель при условии, что возвращенный имульс приходит не позже следующего излученного импульса. Если это случается, импульс от цели выглядит так, как будто он отразился от близко расположенного объекта. Для устранения этой неоднозначности в большинстве радиолокаторов просто используется достаточно большая пауза между импульсами, так что эхо-сигналы от очень далеких объектов достаточно ослабляются, чтобы их ошибочное обнаружение во время следующей паузы между импульсами было маловероятным. Другим параметром оценки максимальной дальности действия радиолокатора является излучаемая мощность. Пиковая мощность – это мера максимального мгновенного уровня мощности импульса. Также представляют интерес спад мощности, амплитуда вершины импульса и выброс на фронте импульса. Иногда специалисты по электронной разведке тщательно исследуют эти характеристики, так как они могут предоставлять дополнительные сведения о качестве радиолокационной системы.

Рис.3 Чем длиннее импульс, тем больше его средняя мощность, что способствует увеличению максимальной дальности действия.
Амплитуда вершины импульса (мощность) и длительность импульса (PW) являются важными параметрами для расчета полной энергии данного импульса (мощность x время). Зная скважность и мощность импульса, можно рассчитать среднюю передаваемую мощность РЧ-импульса (мощность импульса x скважность). В отличие от систем связи у радиолокационных систем (радиолокаторов) очень большие потери на пути сигнала. Двойное прохождение сигналом расстояния в прямом и обратном направлении в два раза превышает расстояние прохождения сигнала при связи; кроме того, имеются потери, связанные с эффективной площадью отражения и коэффициентом отражения цели.

Рис.4 Длинные импульсы могут накладываться и интерпретироваться как один отраженный эхо-сигнал или объект. Короткие импульсы улучшают разрешение РЛС, возвращая отдельные эхо-сигналы, но для их использования необходима система с более широкой полосой пропускания.

Рис.5 При проектировании РЛС важно соблюсти баланс между максимальной дальностью действия и разрешающей способностью. Более длинные импульсы обладают большей мощностью и дальностью. Короткие импульсы, наоборот, больше подходят для обнаружения мелких объектов.

Уравнение радиолокации определяет соотношение между принятой мощностью (P_r) к переданной мощности импульса (P_t) по усилению антенны (G_t), площади (A_e), поперечному сечению цели (σ) и дальности до цели (R). В знаменатель выражения входит значение дальности в четвертой степени, что означает огромные потери мощности сигнала радиолокатора. Существует несколько видов уравнения радиолокации, в которых учитываются различия в области применения и конфигурации антенн.
Используя уравнение радиолокации, можно рассчитать уровень принятого сигнала, чтобы определить, достаточна ли мощность для обнаружения импульса радиолокатора. Кроме того, для увеличения дальности обнаружения весьма полезным является объединение нескольких импульсов с целью накопления большей мощности сигнала и усреднения шумов. Важным параметром сигнала радиолокатора является длительность импульса. Чем больше длительность импульса, тем больше энергия, содержащаяся в импульсе при данной амплитуде. Чем больше мощность излучаемого импульса, тем больше дальность приема сигналов радиолокатора. При увеличении длительности импульса увеличивается и значение средней переданной мощности. В этом случае передатчик работает в более жестких условиях. Чтобы рассчитать разность в децибелах (дБ) между мощностью импульса и уровнем средней мощности, достаточно умножить на 10 логарифм длительности импульса, деленный на интервал следования импульсов.

Продолжение следует...

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