射频测量技术正成为现代雷达和电子战信号设计验证的重要趋势

2017-09-06 来源:大国重器作者:木雨 我要评论(0) 字号:

现代雷达和电子战系统依靠复杂的信号处理和复杂的射频调制脉冲。若没有合适的信号设计验证,这些技术可能在关键交战中可能失效,这对于操作者来说可能是灾难性的。确定雷达成功检测和跟踪目标的能力,或电子战系统识别威胁并避免检测和跟踪的能力可能具有挑战性。先进的射频信号分析和射频脉冲信号捕获技术(可变分段长度、去交错、双工IF实时分析),使设计人员能够测量信号参数并确认其雷就达或电子战系统的正常运行。

现代雷达和电子战信号的动态变化对测量平台构成重大挑战:捕获足够的脉冲,正确地识别关于改变脉冲宽度和脉冲重复间隔模式的运行/场景模式。如果没有正确地捕获这些动态场景,那么当前作战人员在实施关键任务过程中可能面临挑战。由雷达或电子战系统产生的丢失脉冲可能导致不正确的威胁定位和跟踪,或者甚至更糟糕的是,对诸如对地对空导弹威胁系统的干扰失败。

虽然捕获感兴趣信号的方法有多种,但脉冲雷达和电子攻击系统在交战时数秒钟内以高脉冲密度运行。传统的测量技术往往具有低效的捕获存储。尽管诸如分段捕获的工具倾向于缓解这个存储问题,但具有新雷达和电子战信号配置文件(例如交错脉冲宽度、PRI [脉冲重复间隔]等)的系统需要使用更自适应的捕获方法来捕获感兴趣的复杂场景。考虑到交错脉冲宽度和PRI情景(见图1),表明正常的采集确实捕获一些预期脉冲。然而,这种技术缺乏存储深度来获取整个感兴趣的信号,这在一分钟内发生,而不是仅仅在几秒钟内。分段捕获虽然减轻了其中的一些问题,但对于小于用户定义的分段捕获长度的脉冲,往往会浪费宝贵的捕获存储;它也可能会错过在固定段长度准备重新启动之前发生的脉冲。

图1、分段的记忆

为了解决错过的脉冲挑战,可变长度门控采集是使用分段捕获效率的更好方法,增加了灵活性来适应变化的脉冲参数。不仅可能纠正错过的脉冲,而且用户也能够增加捕获的总脉冲数。

利用统计图和发射器过滤形成可视化情景

现在存储利用问题得到解决,随着数百万个脉冲的捕获,需要一种更好和更有效的观测方法来获得对雷达运行模式或电子战技术。设计人员必须确定适当的频率、脉冲宽度、PRI和其他趋势,以确保性能。更重要的是,由于使用复杂调制(例如多相码、弗兰克码等)来增强雷达的低截距概率(LPI)特性,确保脉冲(MOP)随时间的适当调制至关重要,以确保抗干扰措施仍然可行。

诸如散点图工具——具有绘制X和Y轴上任意两个值的灵活性的统计图表,允许工程师轻松地可视化大量数据。看到几千个脉冲的能力(见图2)显示,捕获的雷达信息随时间趋势呈线性脉冲宽度斜坡和两个独立的PRI模式。然而,这种有限的捕获不能在其运行模式方面提供完整的图像。

图2、短采集脉冲捕获

通过可视化超过10万个脉冲,很明显雷达重复其脉冲宽度模式。然而,它会重复PRI四次。有了如此深刻的捕获,现在另一个信号是可见的,具有短的脉冲宽度模式和下降的PRI可能会干扰最初感兴趣的信号。对于具有多个发射器(例如雷达和干扰器)的情况,从无意的干扰或有意的干扰源滤除预期信号的过程对于正确识别和确认正确的运行是重要的。图4显示了与图3中所示相同的信号,区别在于该信号仅基于所获取的脉冲参数(例如振幅、频率、脉冲调制等)对感兴趣的脉冲进行滤波。

图3、长门控采集脉冲捕获

如图4所示,选择过滤感兴趣的重复雷达信号突出了感兴趣的有意信号,有助于识别和检测意外信号。

图4、采用发射器滤波的长门控采集脉冲捕获

随时间推移分析电子攻击技术以确定有效性

除了雷达和电子战系统的参数脉冲分析之外,有时候查看频率和时域特征对于可视化技术运行很重要。像实时频谱分析(RTSA)这样的工具可以帮助解决这个挑战;然而,在频率分辨率、采集时间和拦截概率之间存在着基本的权衡。当尝试同时优化频率和时域分析来验证电子战技术的变形和速度效应,如协调距离门曳引(RGPO)和速度门曳引(VGPO)时,这是一个问题。

使用协调的RGPO / VGPO技术作为示例,以更好地了解同时测量距离和速度的方法:典型的RTSA平台依赖于重叠的快速傅里叶变换(FFT)和快速处理引擎来获取时域样本。此次采集仅针对单一视图进行优化。然而,由多个采集板从相同的模数转换器馈送,可以对相同的采样进行抽取,从而允许将每个采集板调谐到不同的跨度。这种灵活性是至关重要的,因为在频率中有效测量多普勒频移,如图5所示,10秒钟内的多普勒速度拉力为5.934 kHz。相反,需要更宽的带宽用于在时域中精确的上升/下降时间分辨率,以便观察到RGPO技术在10秒内改变了48.42.9 us的脉冲。

图5、双工IF分析

这种双工IF技术清楚地显示了随时间推移在时域所示的RGPO技术,以及频域中的速度效应。它还使用户能够基于技术速率和物理量定量地了解所需的干扰效果是否正确。该测量技术提供了一种强有力的方法来可视化确认协调的R/VGPO技术。

先进的测量技术,可变长度门控采集和双工IF RTSA大大有助于从事现代雷达和电子战系统开发工程师,以及维护仍在使用的传统平台的工程师的设计和验证。

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