Знову повертаємось до основних понять аналізатора спектра у реальному масштабі часу. Частина 2

Рис.6 Спектральна характеристика залежить від швидкості повторення та ширини імпульсів. Перетворення характеристики з часової області в частотну впливає зміни ширини імпульсу (PW) і інтервалу повторення імпульсів (PRI) або частоти проходження імпульсів (PRF).

Таким чином, дальність обмежується характеристиками імпульсу та втратами під час поширення. Значення інтервалу проходження імпульсів і шпаруватості встановлюють значення максимального допустимого часу прийому ехо-сигналу, при цьому щоб приймач мав можливість почути сигнал, потужність, що випромінюється, або енергія повинна забезпечити перевищення сигналу над фоновим шумом.
Крім того, тривалість імпульсу впливає на мінімальну роздільну здатність радіолокатора. Відлуння від імпульсів з великою тривалістю можуть накладатися за часом, що унеможливлює визначення характеру мети або цілей. Тривалий ехо-сигнал може бути викликаний поодинокою великою метою, наприклад авіалайнером, або декількома дрібнішими поруч розташованими цілями,
наприклад, щільним ладом літаків-винищувачів. Не маючи достатньо гарного дозволу, неможливо визначити кількість об'єктів, що дають відбитий ехо-сигнал. При малій тривалості імпульсу зникає взаємне накладання ехо-сигналів і покращується роздільна здатність.
Таким чином, тривалість імпульсу впливає на дві важливі властивості радіолокаційної системи – дозвіл та дальність виявлення. На жаль, ці дві якості пов'язані зворотною залежністю. Більш тривалі імпульси відповідають радіолокаторам з більшою дальністю виявлення і меншою роздільною здатністю, у той час як більш короткі імпульси відповідають радіолокаторам з кращою роздільною здатністю, але меншою дальністю. Крім того, щоб правильно згенерувати та отримати короткі імпульси, необхідно забезпечити велику смугу пропускання. Ця обставина цікавить характер спектру імпульсу. Характеристики тимчасової області імпульсу, природно, мають еквіваленти в частотної області. Ширина спектра короткого імпульсу більша, ніж імпульсу з більшою тривалістю. Аналогічно, при вищій частоті проходження імпульсів (PRF) проміжки між спектральними компонентами більше, ніж при низькій частоті проходження імпульсів.
Тепер після короткого розгляду параметрів імпульсів та їх впливу на характеристики радіолокатора ознайомимося з деякими основними методами аналізу сигналу.

Основні поняття аналізу спектра у реальному масштабі часу

Щоб краще зрозуміти унікальні можливості аналізаторів спектра у реальному масштабі часу, слід ознайомитись зі спрощеними блок-схемами трьох основних типів сучасних аналізаторів спектру. Ці аналізатори багато в чому схожі, наприклад, у всіх є вхідний атенюатор, однак між ними є суттєві відмінності.

Рис.7 На спрощених блок-схемах представлені ключові структурні відмінності між аналізаторами різних типів. Аналізатор спектра в реальному масштабі часу містить унікальні компоненти для роботи в реальному масштабі часу, які відсутні в інших аналізаторах. Вони забезпечують більш ефективну роботу з імпульсними та нестаціонарними РЧ-сигналами.

У найстарішому вигляді аналізаторів - аналізаторі спектра з розгорткою (SA) - використовується відносно вузькосмуговий фільтр попередньої селекції, що перебудовується, що передує схемам перетворення спектра зі зниженням частоти. Потім сигнал перетворюється зі зниженням частоти, проходить через фільтр дозволу смугою пропускання, детектується і відображається на екрані. Одночасно місцевий гетеродин (LO) постійно перебудовується в межах частотного діапазону.

Рис.8 При використанні аналізатора спектра з розгорткою тривалі інтервали часу залишаються без аналізу, а векторний аналізатор сигналів не дозволяє виявляти спектральні зміни в проміжку між записаними сигналами.Аналізатор спектра в реальному масштабі часу здатний виявляти зміни в сигналі перед записом, що забезпечує можливість синхронізації по важливим спектральним подіям та запису сигналу для детального аналізу та виключає невраховані періоди. Це вкрай важливо для надійної реєстрації імпульсів РЛС, які можуть бути слабшими за оточуючі сигнали, що характерно для складних умов електронної війни

У сучасному векторному аналізаторі сигналів (VSA) сигнал також перетворюється зі зниженням частоти, але частота місцевого гетеродина змінюється ступенями. Безперервне відображення частот досягається шляхом оцифрування сигналу в часовій області сегментів, відповідним проміжної частоті приладу на кожному кроці зміни частоти внутрішнього гетеродина. Далі дані зберігаються в пам'яті векторного аналізатора і перетворюються на частотну область за допомогою швидкого перетворення Фур'є (БПФ), після чого спектр відображається на екрані.
Багато елементів блок-схеми аналізатора спектра у реальному масштабі часу збігаються з елементами блок-схем звичайного аналізатора з розгорткою та векторного аналізатора, проте між ними є суттєві відмінності. Найважливіші відмінності між аналізатором спектра в реальному масштабі часу та іншими сучасними аналізаторами із застосуванням БПФ полягає у наявності обладнання для цифрової обробки сигналу в реальному масштабі часу. В інших аналізаторах таке обладнання відсутнє. Завдяки цьому обладнанню, аналізатори спектра в реальному масштабі часу мають абсолютно нові можливості захоплення та аналізу сигналів.
Познайомимося з ними ближче…
Аналізатор спектра з розгорткою не здійснює безперервний аналіз у всьому діапазоні вхідного сигналу. Під час розгорнення частотного діапазону для аналізу доступна лише вузька смуга пропускання, тільки на тій частоті, на яку налаштовано аналізатор. Таким чином, багато спектральних складових залишаються невиявленими до тих пір, поки їх не досягне частотна смуга аналізу. Якщо досліджується нестаціонарний сигнал, може бути повністю пропущений. Проблема ускладнюється ще й тим, що під час зворотного ходу розгортки сигнал не аналізується, і положення зворотного ходу щодо досліджуваного сигналу не визначено.
Нескладна синхронізація на рівні проміжної частоти, що є у векторних аналізаторах сигналу, може пропустити важливі події частотної області сигналу через складні умови фонового спектру. В аналізаторі спектра в реальному масштабі часу, як і векторному аналізаторі, зберігаються для аналізу і відображення запису сигналів, дискретизованих за часом. Але, на відміну інших аналізаторів, в аналізаторі спектра у реальному масштабі часу над вхідним сигналом безупинно проводиться перетворення БПФ, обчислюване у реальному масштабі часу. При виявленні спектральної події запис даних для подальшого аналізу синхронізується БПФ в реальному масштабі часу, що дозволяє не пропустити зазначену подію. Таким чином, аналізатори спектра в реальному масштабі часу мають унікальну можливість безперервного перегляду спектра на вході, пошуку потрібних подій і надійного захоплення їх для аналізу. Можливість обчислення БПФ у реальному масштабі часу забезпечує стовідсоткову ймовірність виявлення та захоплення нестаціонарних імпульсів, характерних для радіолокаторів, засобів електронної війни та електронної розвідки.
Крім того, на аналізаторах спектра у реальному масштабі часу Tektronix встановлюється унікальне програмне забезпечення для вимірювання імпульсних сигналів. Пакет Pulse Measurement Suite, що постачається у складі програмного забезпечення Advanced Measurements, забезпечує різноманітні автоматизовані вимірювання імпульсних сигналів. Завдяки цьому програмному забезпеченню аналізатори спектру в реальному часі можуть замінити попередні вимірювальні прилади (аналізатори з розгорткою, векторні аналізатори та аналізатори модуляції) і істотно розширити можливості поглибленого дослідження сигналів при діагностиці.
Перш ніж приступати до аналізу сигналу та діагностики, необхідно зробити запис досліджуваного сигналу. Отже, розглянемо технологію, що дозволяє аналізаторам спектра реальному масштабі часу захоплювати події, які пропускають інші аналізатори.

Запис радіолокаційних сигналів

Унікальні засоби цифрової обробки сигналів, що є в аналізаторах спектра в реальному масштабі часу, дозволяють в реальному масштабі часу перетворювати вибірки осцилограм у часовій області спектральну область. Унікальні функції, такі як розроблена компанією Tektronix і захищена патентом синхронізація за частотною маскою (Frequency Mask Trigger — FMT) дозволяє надійно захоплювати важкі радіолокаційні імпульси або частотні аномалії в складних засобах ведення електронної війни в реальній спектральній обстановці.

Рис.9 Функція синхронізації по частотній масці, передбачена в аналізаторі спектра в реальному масштабі часу, дозволяє чітко реєструвати імпульс РЛС, який отримується від приймача з ПЧ 70 МГц. Рівень імпульсу значно нижче рівня витоку гетеродина перетворювача зі зниженням частоти, що відображається поруч із ПЧ.

Для захоплення досліджуваних імпульсів насамперед необхідно за допомогою меню синхронізації налаштувати синхронізацію по частотній масці.
Для встановлення над сигналами, що не становлять інтересу, складної частотної маски достатньо подвійним клацанням кнопки миші додати точку і розтягнути маску до заданого місця. Щоб уникнути помилкових спрацьовувань синхронізації, можна встановити маску трохи вище рівня шуму. Після налаштування частотної маски захоплення запускається за всіма спектральними подіями, що виходять за межі маски. У радіолокаторах рівень нестаціонарного луна-імпульсу часто виявляється суттєво нижчим від рівня сторонніх спектральних сигналів від прилеглих джерел. У цьому випадку синхронізація на проміжній частоті стає ненадійною. Однак синхронізація за частотною маскою дозволяє порівнювати спектр вхідного сигналу з маскою синхронізації та виявляти навіть слабкі аномалії сигналу. Надійний пошук імпульсів має велике значення, але після того, як вони знайдені, треба враховувати й інші фактори, здатні вплинути на чіткість відображення і точність зафіксованих даних.

Рис.10 Спрощена блок-схема аналізатора спектра в реальному масштабі часу - оцифрування ПЧ та цифрове оброблення даних. Завдяки високій частоті дискретизації аналізатор RSA3408A забезпечує роздільну здатність за часом 20 нс або ширину смуги пропускання в реальному масштабі часу 36 МГц

Переглядаючи блок-схему приладу RSA3408A, можна помітити, що сигнал проміжної частоти повністю перетворюється на цифрову форму за допомогою швидкодіючого аналого-цифрового перетворювача (АЦП).

Рис.11 Завдяки високій частоті дискретизації аналізатор RSA3408A можна використовувати для реєстрації дуже вузьких імпульсів РЛС. При використанні особливого режиму відображення спектра імпульсів добре видно імпульси, занадто вузькі для перегляду звичайного режиму відображення спектра.

Аналізатор RSA3408A забезпечує захоплення сигналів зі смугою частот 36 МГц. У режимах відображення потужності часу, при оптимізації фільтрів для вимірювань у часовій області, аналізатор RSA3408A забезпечує роздільну здатність 20 нс. Це дозволяє аналізувати дуже короткі імпульси та докладно досліджувати їх форму.

Далі буде.. .

Магазин Gtest® - авторизований постачальник Аналізаторів Спектру в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelne-pribory/analizatory-radiochastotnoho-spektra