Починаємо вникати у суть і потужні функції Аналізатора РЧ Реального Часу. Частина 1

Вступ
Засоби вимірювання імпульсів РЛС є важливою частиною систем радіолокації, а також систем електронних воєн і засобів електронної розвідки. Аналізатор спектра в реальному масштабі часу (RTSA) з унікальним програмним забезпеченням для вимірювання імпульсних сигналів дозволяє вирішувати всі завдання аналізу при вимірюванні параметрів нестаціонарних імпульсів системи радіолокації. У аналізаторах RTSA є екрани для аналізу нестаціонарних сигналів та засоби поглибленого дослідження параметрів сигналу, які відсутні на інших аналізаторах. Спільне застосування швидкого перетворення Фур'є (БПФ), синхронізації за частотною маскою та роздільною здатністю 20 нс, а також найбільш повного в галузі комплекту програмного забезпечення для виконання вимірювань при автоматичному аналізі імпульсів надають досліднику діагностичну інформацію для ефективного пошуку несправностей у сучасних радіолокаційних системах, а також системах електронних воєн та засоби електронної розвідки. У даній інструкції із застосування зроблено огляд радіолокаційних вимірювань та успіхів у проведенні випробувань за допомогою сучасного аналізатора спектра у реальному масштабі часу (RTSA).
Вимірювання імпульсів РЛС історично представляли складне завдання для інженерів-розробників та випробувачів продукції в заводських та польових умовах.
Нестаціонарність імпульсів радіолокатора у поєднанні із сучасними схемами стиснення імпульсів часто призводять до необхідності створення складних випробувальних стендів. Зазвичай у практиці проведення вимірювань та випробувань не застосовувалося складне програмне забезпечення, що змушувало більшість інженерів-розробників радіолокаційних станцій створювати унікальне випробувальне обладнання.

Рис.1 Від параметрів імпульсів радіолокатора залежать важливі характеристики системи радіолокації

Аналізатор спектру в реальному масштабі часу Tektronix RSA3408A, з пакетом програмного забезпечення для вимірювання імпульсних сигналів, являє собою складний, об'єднаний в одному випробувальному приладі, комплекс для аналізу імпульсів радіолокатора. Можливості аналізатора спектра в реальному масштабі часу дозволяють відображати такі деталі сигналу, які неможливо було отримати на іншому випробувальному устаткуванні.
Ця інструкція по застосуванню починається з огляду деяких ключових концепцій систем радіолокації, пов'язаних з розробкою та діагностикою імпульсної техніки. Потім розглядаються унікальні можливості аналізатора спектра реальному масштабі часу. Потім представлені способи надійного захоплення та перегляду сигналів радіолокатора.
Далі основну увагу буде приділено аналізу захоплених даних із застосуванням пакету імпульсних вимірювань Pulse Measurement Suite для RTSA до вимірювань стислих імпульсних сигналів, автоматичного опису характеру імпульсів та перевірок парних імпульсів. І нарешті, у короткому висновку узагальнюються переваги застосування аналізатора спектра у реальному масштабі часу на дослідження імпульсних радіолокаційних сигналів.

Відомості про імпульсні сигнали

Зазвичай радіолокатори направляють на цілі радіочастотний (РЧ) імпульс, а потім «слухають» відбитий ехо-сигнал. Оскільки РЧ-імпульс поширюється зі швидкістю світла, час, необхідний повернення ехо-сигналу, пропорційно відстані до мети. Це, звичайно, відноситься до активного радіолокатора, який сприймає відбиту мету енергію. Допоміжні радіолокатори, які ретранслюють сигнал, отриманий від відповідача, мають додаткову затримку.
Характеристики РЧ-імпульсу визначають більшу частину можливостей радіолокатора. Експерти в галузі електронних воєн (Electronic Warfare – EW) та електронної розвідки (ELectronic INTelligence – ELINT) спеціалізуються на вивченні цих імпульсних сигналів. Характеристики імпульсу дають цінну інформацію про тип радіолокатора, який надіслав сигнал, і про той об'єкт, який може представляти цей імпульс – про вітрильний човен, військовий корабель, пасажирський літак, бомбардувальник, ракету тощо.

Частина енергії сигналу відбивається від мети і повертається до приймача радіолокатора. Відстань до мети визначається проміжком часу між випромінюваним імпульсом і приходом ехо-сигналу. Втрати потужності при проходженні сигналу від передавача до приймача дано у рівнянні радіолокації, що визначає максимальну корисну дальність радіолокатора.

Розглянемо деякі загальні терміни, що стосуються імпульсних сигналів, і з'ясуємо, яке відношення вони мають до робочих характеристик системи.
Інтервал проходження імпульсів (PRI) – це період повторення імпульсів. Він дорівнює зворотній величині частоти проходження імпульсів (PRF) або швидкості повторення імпульсів (PRR), що представляють кількість випромінюваних за секунду імпульсів. Інтервал проходження імпульсів (PRI) – це важливий параметр, тому що він обмежує максимальний діапазон однозначного вимірювання дальності або відстань, на якій може працювати радіолокатор.
Час відсутності імпульсу фактично може бути кращим показником максимальної робочої відстані системи радіолокатора. У більшості радіолокаційних систем застосовуються перемикачі передача/прийом (T/R), щоб використовувати одну й ту саму антену для передавача та приймача. Передавач та приймач підключаються до антени по черзі. Передавач надсилає імпульси, а приймач «слухає» відбитий ехо-сигнал протягом інтервалу між імпульсами. Пауза між імпульсами – це період, протягом якого приймач може прослуховувати відбиті ехо-сигнали. Чим більше пауза між імпульсами, тим далі може бути мета за умови, що повернутий імпульс приходить пізніше наступного випромінюваного імпульсу. Якщо це трапляється, імпульс від мети виглядає так, ніби він відбився від близько розташованого об'єкта. Для усунення цієї неоднозначності в більшості радіолокаторів просто використовується досить велика пауза між імпульсами, так що ехо-сигнали від дуже далеких об'єктів досить послаблюються, щоб їхнє помилкове виявлення під час наступної паузи між імпульсами було малоймовірним. Іншим параметром оцінки максимальної дальності дії радіолокатора є потужність, що випромінюється. Пікова потужність – це міра максимального миттєвого рівня потужності імпульсу. Також становлять інтерес спад потужності, амплітуда вершини імпульсу та викид на фронті імпульсу. Іноді фахівці з електронної розвідки ретельно досліджують ці характеристики, оскільки вони можуть надавати додаткові відомості про якість радіолокаційної системи.

Рис.3 Чим довше імпульс, тим більше його середня потужність, що сприяє збільшенню максимальної дальності дії.
Амплітуда вершини імпульсу (потужність) та тривалість імпульсу (PW) є важливими параметрами для розрахунку повної енергії даного імпульсу (потужність x час). Знаючи шпаруватість і потужність імпульсу, можна розрахувати середню потужність РЧ-імпульсу, що передається (потужність імпульсу x шпаруватість). На відміну від систем зв'язку у систем радіолокації (радіолокаторів) дуже великі втрати на шляху сигналу. Подвійне проходження сигналом відстані у прямому та зворотному напрямку в два рази перевищує відстань проходження сигналу при зв'язку; крім того, є втрати, пов'язані з ефективною площею відображення та коефіцієнтом відображення мети.

Рис.4 Довгі імпульси можуть накладатися та інтерпретуватися як один відбитий ехо-сигнал або об'єкт. Короткі імпульси покращують дозвіл РЛС, повертаючи окремі ехо-сигнали, але їх використання необхідна система з ширшою смугою пропускання.

Рис.5 При проектуванні РЛС важливо дотриматися балансу між максимальною дальністю дії і роздільною здатністю. Більш довгі імпульси мають більшу потужність і дальність. Короткі імпульси, навпаки, більше підходять виявлення дрібних об'єктів.

Рівняння радіолокації визначає співвідношення між прийнятою потужністю (P _r ) до переданої потужності імпульсу (P _t ) посилення антени (G _t ), площі (A _e ), поперечного перерізу мети (σ) і дальності до мети (R). До знаменника виразу входить значення дальності в четвертому ступені, що означає величезні втрати потужності сигналу радіолокатора. Існує кілька видів рівняння радіолокації, в яких враховуються відмінності у сфері застосування та конфігурації антен.
Використовуючи рівняння радіолокації, можна розрахувати рівень прийнятого сигналу, щоб визначити, чи потужність для виявлення імпульсу радіолокатора. Крім того, для збільшення дальності виявлення дуже корисним є об'єднання кількох імпульсів з метою накопичення більшої потужності сигналу та усереднення шумів. Важливим параметром сигналу радіолокатора є тривалість імпульсу. Чим більша тривалість імпульсу, тим більша енергія, що міститься в імпульсі при даній амплітуді. Чим більша потужність випромінюваного імпульсу, тим більша дальність прийому сигналів радіолокатора. При збільшенні тривалості імпульсу збільшується значення середньої переданої потужності. У цьому випадку передавач працює у жорсткіших умовах. Щоб розрахувати різницю в децибелах (дБ) між потужністю імпульсу та рівнем середньої потужності, достатньо помножити на 10 логарифм тривалості імпульсу, поділений на інтервал проходження імпульсів.

Далі буде...

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