Завершуючи частину складної теми. Загальні поняття викладено і мають бути зрозумілими. Частина 4

Аналіз кількох імпульсів

Аналізатор спектра в реальному масштабі часу можна застосувати для вимірювання кількох імпульсів. Одним із прикладів може послужити парний імпульс, який зазвичай використовується для перевірки характеристик радіолокаційних приймачів. Два близькі імпульси (парний імпульс) імітують ехо-сигнал від двох близько розташованих цілей. Парні імпульси добре підходять для перевірки роздільної здатності радіолокаційних приймачів. Генератори сигналів, наприклад AWG710B, виробляють парні імпульси з різними параметрами перевірки радіолокаційних приймачів.
Джерело сигналів AWG710B забезпечує частоту вибірки 4,2 Гвиб/с при роздільній здатності вісім біт, що дозволяє досягти швидкості та якості сигналів на рівні світових зразків. Висока частота вибірки дозволяє здійснювати пряме введення сигналу в порти проміжної частоти багатьох радіолокаційних систем та засобів електронної війни та електронної розвідки, розраховані на частоту 1,0 ГГц. Крім того, джерело сигналу AWG710B є інтерфейс графічного формувача сигналу і формувач послідовності. Ці засоби дозволяють швидко створювати складні випробувальні сигнали для радіолокаторів та засобів електронної війни.

Рис.21 Прилад AWG710B може використовуватися для генерації складних сигналів радіолокації, призначених для спостереження та вимірювання за допомогою аналізатора спектра RSA3408A

Рис.22 Відносний рух об'єктів є причиною доплерівського зсуву в ехо-імпульсах радіолокатора; величина зсуву частоти залежить від становища. Різницю частот сигналу, що передається і отримується, можна переглянути у вигляді сумарного фазового зсуву

Прилад AWG710B завершує серію засобів для випробування радіолокаторів, випущених корпорацією Tektronix. Він не тільки забезпечує подачу парних імпульсів, а й дозволяє генерувати сигнали для імітації складних умов електронної війни. Аналізатори спектру в реальному масштабі часу дозволяють перевіряти параметри парного імпульсу та спостерігати їх погіршення, спричинене проходженням через приймач. Наприклад, ще один спосіб застосування парних імпульсів для діагностики – вимірювання фазового зсуву між імпульсами, що проходять через приймач. У деяких радіолокаційних приймачах фазове зсув використовується для вимірювання швидкості мети.
Під час руху мети виникає доплерівський зсув частоти між випромінюваним і прийнятим імпульсами. Доплерівський зсув можна розглядати як накопичений фазовий зсув між випромінюваним і прийнятим сигналами. Періодичні вимірювання фазового зсуву між частотою, що випромінюється і приймається, дозволяють швидко визначити відносну швидкість.
Таким чином, для точного вимірювання швидкості необхідно підтримувати стабільність фазового зсуву в приймачі за зміни амплітуди ехо-сигналу. На жаль, багато компонентів ланцюгів радіолокаційного приймача виявляють нелінійні властивості, що призводять, наприклад, перетворення амплітудної модуляції в фазову (АМ/ФМ), що може створити небажані фазові зрушення при зміні амплітуди ехо-сигналу. Ці небажані фазові зрушення інтерпретуються як похибки вимірювання швидкості. Порядок визначення фазової стабільності приймача за допомогою аналізатора спектра у реальному масштабі часу досить простий. Спочатку приймач радіолокатора імітується когерентним парним імпульсом різної амплітуди, що подається з генератора сигналів AWG710B. Потім спостерігається різницю фаз між двома імпульсами на виході ланцюгів приймача. У режимі відображення фазової демодуляції, що вибирається в меню демодуляції, на аналізаторі RSA3408A відображається графічна залежність фази кожного імпульсу від часу. Різниця фаз для нерухомої мети повинна дорівнювати нулю у широкому діапазоні амплітуд парного імпульсу. При недостатній фазовій стабільності може знадобитися застосування компонентів з ширшим динамічним діапазоном.

Аналіз стиснення імпульсів

Для подальшої ілюстрації можливостей аналізатора спектра в реальному масштабі часу та пакета для вимірювання імпульсних сигналів розглянемо задачу вимірювання стислих радіолокаційних імпульсів.
Стиснення радіолокаційних імпульсів здійснюється шляхом їх модуляції. Стиснення імпульсів застосовується в багатьох радіолокаторах для збільшення дальності та покращення роздільної здатності. Як було зазначено раніше, встановлюється компроміс між поліпшенням дозволу з допомогою укорочення імпульсів і збільшенням дальності з допомогою подовження імпульсів. Стиснення імпульсів дозволяє одночасно збільшити і дальність та дозвіл. Модуляція імпульсу дозволяє розділяти імпульси, що перекриваються. Таким чином, можна використовувати більш довгі імпульси з більшою енергією, не жертвуючи дозволом.
Існує багато різних схем стиснення імпульсів та видів модуляції. Як правило, для стиснення імпульсів застосовується або частотна або фазова модуляція, а амплітуда імпульсу залишається незмінною.

Рис.23 Відображення парного імпульсу у часовій, частотній та фазовій областях. Фазовий зсув між імпульсами може бути показником нелінійності

Найбільш широко використовується лінійна частотна модуляція (ЛЧМ) - сигнал з лінійною пилкоподібною модуляцією за частотою. У приймачі ехо-сигнали з ЛЧМ пропускаються через спеціальний фільтр, який у часі затримує низькі частоти щодо високих частот. В результаті імпульс стискається, тобто стає коротшим у часі. Широкі імпульси, що перекриваються, після фільтра поділяються.
При визначенні характеристик стиснених радіолокаційних імпульсів додається завдання демодуляції імпульсів. Наявні в аналізаторах спектра в реальному масштабі часу засоби відображення в кількох областях дозволяють аналізувати модуляцію стислих імпульсів поряд із звичайними вимірами імпульсів. Наприклад, імпульс з ЛЧМ можна одночасно переглядати в області відображення змін потужності в часі, області частотної модуляції і в режимі вимірювання імпульсного сигналу. Це дозволяє легко перевіряти лінійність ЧС, тривалість імпульсу, шпаруватість і девіацію частоти. Ще більше полегшує діагностику можливість синхронізованого відображення. Якщо помістити маркер на один із імпульсів, відповідні маркери з'являються в областях відображення потужності за часом та модуляцією.

Рис.24 Стиснення імпульсів (модуляція кожного імпульсу) забезпечує поділ ехо-сигналів, що перекриваються, що дозволяє використовувати ширші імпульси для збільшення дальності дії, а також розділяти ехо-сигнали для збільшення дозволу

Аналогічним чином аналізатор спектра у реальному масштабі часу дозволяє досліджувати ступінчасту зміну частоти не більше імпульсу. Якщо вибрано режим ЧС-демодуляції, стрибкоподібні зміни частоти в межах імпульсу стають ясно помітними. Виявляється навіть незначний «дзвін» у вигляді переходів системи ФАПЧ на сусідню частоту. За такого рівня деталізації діагностика ланцюгів генерації імпульсу значно спрощується.
Аналізатор RSA3408A дозволяє також аналізувати стислі радіолокаційні імпульси з фазовою модуляцією. Для цього достатньо перевести пристрій у режим аналогової демодуляції і вибрати фазову демодуляцію. Для захоплення та запису імпульсів у складній спектральній обстановці встановлюється синхронізація за частотною маскою. Після запису відображається демодулированный сигнал як зміни фази у часі, у якому проглядаються окремі переходи. Цей режим має велике значення при дослідженні багатьох сучасних радіолокаційних систем, в яких для поділу імпульсів, що перекриваються, і усунення неоднозначності по дальності застосовується двопозиційна фазова маніпуляція з ортогональним цифровим кодуванням.
Існує багато складних схем стиснення імпульсів, і аналізатори спектру в реальному масштабі часу мають достатню універсальність, щоб забезпечити для них потрібні вимірювання. Пакет для вимірювання імпульсних сигналів та засоби синхронного аналізу в кількох областях дозволяють суттєво спростити діагностичне налагодження радіолокаторів зі складними сигналами в проектній лабораторії або заводському випробувальному стенді.

Рис.25 Вимірювання параметрів імпульсів, стислих з використанням лінійної частотної модуляції, дозволяють виявити нелінійність на початку імпульсу

Крім того, аналізатори спектру в реальному масштабі часу забезпечують ряд унікальних переваг у разі роботи з програмованими системами радіолокації.

Дослідження та розробка сучасних радіолокаторів

У нових радіолокаторах застосовуються деякі можливості цифрової обробки сигналів. У системах, в яких застосовуються як аналогові компоненти, так і засоби цифрової обробки сигналів, зазвичай виникають типові проблеми, пов'язані з об'єднанням програмного забезпечення та обладнання. Незважаючи на застосування складних засобів розробки програмного забезпечення, одночасне налагодження засобів цифрової обробки сигналів, що працюють на новому змішаному устаткуванні, залишається неефективним процесом. Через неможливість випробувати програмне забезпечення разом із завідомо справним радіочастотним обладнанням з'являється невпевненість щодо того, чи пов'язані проблеми з обладнанням або програмним забезпеченням. Прилади AWG710B та RSA3408A забезпечують унікальний спосіб вирішення цієї проблеми.

Рис.26 Аналізатор спектра в реальному масштабі часу використовується для вимірювання імпульсу РЛС з п'ятикратною стрибкоподібною зміною частоти. Маркери показують тривалість стрибків, що становить 1,6 мкс.

Рис.27 Дослідження фазових переходів величиною 180° у двофазному модульованому стиснутому імпульсному сигналі

Генератор AWG710B здатний виробляти складні радіолокаційні сигнали та функціонувати як свідомо справне джерело імпульсів малої потужності. Крім того, він може генерувати такі ж сигнали на проміжній частоті радіолокатора для запуску перетворювача частоти, що підвищує, і підсилювача потужності сучасного радіолокатора. Аналогічним чином аналізатор спектру в реальному масштабі часу надає користувачеві доступ до вибірок даних IQ, функціонуючи як справний приймач і перетворювач даних в цифрову форму. На такій віртуальній системі радіолокації можна відчувати програмне забезпечення, причому питання про неполадки обладнання не виникає.
Доступ до записів даних IQ можна отримати через порт ЛОМ аналізатора RSA3408A або безпосередньо зчитувати з аналого-цифрового перетворювача (АЦП) необроблені дані IQ у реальному масштабі часу за допомогою спеціального додаткового обладнання. В обох випадках забезпечується експорт даних до програмних демодуляторів для детального аналізу та розробки алгоритму.
Таким чином, можна навіть перевірити складні ідеї в області цифрової радіолокації без розробки дорогого обладнання. За допомогою генератора довільних сигналів AWG710B, аналізатора RSA3408A та комп'ютера можна створити експериментальну систему радіолокації, обмежившись тільки розробкою програмного забезпечення. Усунення необхідності перевірки радіочастотного обладнання та можливість зосередитися тільки на програмному забезпеченні дозволяє скоротити час розробки.
Крім того, аналізатор RSA3408A може функціонувати як інтерфейсну частину пасивних бістатичних радіолокаторів. Застосування RSA3408A дозволяє розробникам пасивних радіолокаторів зосередити зусилля на складних обчислювальних проблемах, не втрачаючи дорогоцінний час на розробку спеціального радіочастотного обладнання.
Користувачі у військовій та комерційній областях, що працюють в умовах високої таємності, гідно оцінять той факт, що для підтримки таємності даних прилади AWG710B та RSA3408A оснащені жорсткими дисками, що знімаються.

Висновок

Для визначення характеристик складних радіолокаційних сигналів зазвичай були потрібні ретельно розроблені випробувальні стенди. Нестаціонарна природа радіолокаційних імпульсів у поєднанні з сучасними схемами стиснення імпульсів може суттєво ускладнити захоплення та точний аналіз подібних сигналів.
Аналізатори спектра в реальному масштабі часу оптимізовано для обробки таких нестаціонарних радіолокаційних сигналів.
Синхронізація за частотною маскою дозволяє аналізаторам спектра в реальному масштабі часу надійно захоплювати радіолокаційні імпульси у найскладнішій спектральній обстановці, характерній для електронної війни. Функції БПФ з перекриттям, автоматичного центрування імпульсу в кадрі та масштабування спектрограми дозволяють аналізаторам спектра в реальному масштабі часу отримувати детальні зображення радіолокаційних імпульсів.
Пакет для вимірювання імпульсних сигналів забезпечує широкі можливості автоматичного визначення характеристик імпульсів на користь фахівців з радіолокації, електронних війн та електронної розвідки. Програмне забезпечення для вимірювання імпульсів дозволяє автоматично виконувати багато типових вимірів і сполучається із засобами синхронізованого відображення в декількох областях.
Автоматизація вимірювань дозволяє скоротити час налаштування, а відображення у кількох областях забезпечує поглиблену діагностику; таким чином прискорюється налагодження радіолокаційних систем і забезпечується надійність діагностичних рішень, що приймаються.
Перекриваючи діапазон від простих вимірювань тривалості імпульсу до демодуляції складних імпульсів зі стрибкоподібною перебудовою частоти, аналізатори спектра в реальному масштабі часу забезпечують новий рівень можливостей вимірювань та випробувань і є ефективною заміною звичайних аналізаторів. Швидкі автоматичні вимірювання імпульсів за допомогою аналізаторів спектра в реальному масштабі часу є гарантією ефективності при розробці продуктів, виробництві та технічному обслуговуванні. Можливість експорту даних IQ із аналізатора RSA3408A ідеально підходить для застосування цього приладу в розробці цифрових радіолокаторів або використання його для перевірки ідей. Крім того, аналізатор RSA3408A випускається у вигляді портативного вимірювального приладу, зручного для налагодження радіолокаторів, встановлених на рухомих носіях або у віддалених місцях.

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