频率捷变雷达系统和超短脉冲分析：分析带宽可达2GHz

摘要

罗德与施瓦茨近期推出了一款具有内置2 GHz 分析带宽的R&S FSW 高端信号和频谱分析仪。R&S FSW43 和R&S FSW50可以配置内置2GHz分析带宽，且适用于每台仪器的整个频率范围。上述仪器尤其适用于测量航空航天和国防领域的频率捷变雷达系统（跳频器）和汽车电子UWB 应用中的超短脉冲。

现代的雷达系统不再以固定频率发射信号，而能够以不同的频率和调制发射脉冲。为了分析这些频率捷变系统，信号和频谱分析仪必须具备较高的内部分析带宽，以便捕捉精确到纳秒级的脉冲。

快速变频使得雷达系统更有能力抵御大气扰动、针对性攻击（信号堵塞）以及无用信号（干扰）的影响。为了提高分辨率，此类系统还可根据目标改变调制方式、脉冲宽度和脉冲序列，出现纳秒级的脉冲也不足为奇。我们必须对这些系统进行测试，并在上述动态条件下验证其性能。若要分析这些频率捷变系统（例如测量跳频或脉冲压缩的调制质量），则必须使用大带宽采集发射信号。R&S FSW 信号和频谱分析仪可提供无与伦比的2 GHz 内部分析带宽，从而解决了分析纳秒级上升时间的问题。

频率捷变雷达与干扰发射机

信号干扰是有针对性地使用干扰信号来降低敌方雷达的灵敏度或使其完全“失明”。这一过程主要应用到了宽带噪声信号或频率捷变信号。当今的雷达系统频率变更十分频繁，导致上述策略的效果日渐式微，这使得仅干扰某一特定频率的方案成为历史。现行的干扰系统可以重复对方的雷达信号，从而频繁地更换频率或快速扫描频率范围。这使得它们有能力对频率捷变雷达系统进行干扰。在开发、检验雷达系统和干扰系统的过程中，可以通过宽带采集对跳频和不同算法的有效性进行详细的分析。

配有R&S FSW-B2001 选件的R&S FSW，其带宽可达2 GHz，堪称上述应用的理想选择。仪器中集成有模数转换器。无需额外配备示波器即可进行数据采集。R&S FSW-B2001 选件的输入信号失真度低，且具有较高的动态范围。其无杂散动态范围(SFDR)达到60 dBc。上述特征的重要性不仅体现在精准地确定信号的调制质量，还体现在能够有效抑制内部生成的无用信号（杂散信号），从而防止设备将其识别为真实反射（假目标）。

配有R&S FSW-K60/K60h 选件的R&S FSW 可针对跳频信号进行自动化分析。该功能选件可检测跳频频率、确定与目标频率间的偏移量，以及测量某一频率被占用的时长或系统切换到下一频率所需的时间。选件将自动生成包含所有跳频频率以及所有时间参数的表格（图1）。该功能选件能够将数据与预定义的列表进行比对并列出相关偏差，或仅检测位于特定公差范围内的跳频。仅需按下测试按钮，这款功能强大的选件即可利用其高达2 GHz 的带宽针对频率捷变系统展开详尽的分析，使用户能够快速、有效地分析系统的性能，并对系统作出改进。

图1：左上角为频率捷变信号的2 GHz瀑布图 。右上角的图像显示了时域中的信号频率，底部的表格中列出了所有重要参数。（来源：罗德与施瓦茨慕尼黑）

超短脉冲分析

大的测量带宽不仅有助于在较大的频率范围内对频率捷变系统进行特性化处理，而且在分析超短脉冲或宽带脉内调制时同样有利。凭借2 GHz 带宽，R&S FSW 能够精确测量脉冲调制以及纳秒级的脉冲上升时间。

R&S FSW 的R&S FSW-K6 选件专门用于进行详细的脉冲分析，这一点尤其适用于雷达应用领域。该选件能够测量脉冲的幅度、频率和相位，并实时刷新测试结果。系统会自动检测脉冲上升和下降时间、脉冲重复率等多项参数，并将其显示在表格中（图2）。该选件还可显示参数趋势，例如在持续一段时间内的脉冲重复率。该项功能在下述情况中尤为重要：飞机为躲避侦查，会发送格式经过修改的、与敌方雷达信号类似的信号，以欺骗敌方雷达，使其误以为该飞机与其天线的间距比实际情况更近。这会导致该雷达降低其灵敏度，并因而丢失目标。我们将上述情况称为距离拖引干扰(RGPO)，而为了识别出此类情况，需要在较长的时间内分析多种参数的趋势。分段采集脉冲（即仅对脉冲进行采集和时间戳处理）能够为此提供帮助。由于该方法不保存脉冲之间间隔的数据，致使可用于分析的脉冲数大幅增加，具体增加幅度取决于占空比。

针对各类复杂程度高于BPSK 的脉内调制信号，均可使用R&S FSW-K70 矢量信号分析选件进行调制分析。该选件同样可与2 GHz 分析带宽搭配使用。虽然该选件无法提供详细的脉冲分析，但可将其用于分析各种数字调制信号的调制质量。

图2：时域中的超短脉冲（< 20 纳秒）分析。左上方为所采集到的整个信号的放大视图；右上方所列则为关键参数，包括上升时间和脉冲长度；右下方为所选脉冲的脉冲幅度，而左下方为相位趋势。（来源：罗德与施瓦茨慕尼黑）

UWB 雷达

UWB（超宽带）雷达系统所使用的频谱比传统雷达系统的频谱更宽。该系统所使用的是脉宽仅为几纳秒的超短低功率脉冲。该脉冲信号的频谱非常宽，与白噪声相似。因此，它干扰到其他应用的可能性很低。UWB 雷达频谱的宽度至少为发射频率的25％，例如8 GHz 的发射频率，其频谱宽度为2 GHz。因此，要分析UWB 频段达10.6 GHz 的雷达系统，需要至少2 GHz 的分析带宽。目前在汽车电子行业，无钥匙进入系统应用了一项类似的技术，用于检测钥匙与汽车的距离。

作者：Wolfgang Wendler 博士，罗德与施瓦茨