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针对高脉冲密度场景的创新雷达信号生成

如要仿真兼具频率和电平捷变、高脉冲密度以及长播放时间的雷达场景,工程师可以利用 R&S®SMW200A 矢量信号发生器的实时排序功能。

具有高脉冲密度的雷达场景
具有高脉冲密度的雷达场景

您的任务

在作战中部署雷达预警接收机之前,首先应对此类接收机进行紧密的操作测试。雷达预警接收机必须应对多个不同且异常复杂的雷达引起的高密度脉冲场景。所需的雷达信号具有从几千赫至数百千赫不等的脉冲重复频率 (PRF)。在 PRF 仅为 150 kHz以及场景长度为 1 s的情况下,可生成 150 000 个脉冲

最终生成的脉冲数和模拟周期
最终生成的脉冲数和模拟周期
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具有低 PRF 的场景也能生成多个脉冲,因为所需的场景长度通常根据天线扫描持续时间定义,可能十分漫长。主要挑战在于在实验室使用合适的模拟器重现此类漫长的实际场景。

要创建实际场景,模拟器需要支持调制和非调制脉冲以及敏捷的频率转换。雷达使用这种技术避免拦截或干扰。场景也可能包含很长的无声期,因为雷达天线的窄方位角波束只会偶尔到达被测设备,而用户需要在模拟过程中重现这种情况。场景模拟涉及漫长的计算时间以及大约千兆字节的庞大信号文件。因此,使用传统的任意波形方法非常具有挑战性,几乎不可实现。

R&S®Pulse Sequencer 脉冲序列生成软件计算的排序列表示例,使用四个定义实时 (RT) 信号或参考波形 (WV) 段的控制字

测试与测量解决方案

罗德与施瓦茨的 R&S®SMW-K501 扩展排序和 R&S®SMW-K502 宽带扩展排序选件提供了定制化解决方案,能够应对上述挑战。此解决方案基于 R&S®SMW200A 矢量信号发生器的强大数字基带硬件和 R&S®Pulse Sequencer 脉冲序列生成软件,便于工程师快速模拟复杂的脉冲场景。

R&S®Pulse Sequencer 脉冲序列生成软件基于包含控制字的排序列表模拟信号。表中的所有控制字共同定义最终信号。控制字包含定义脉冲信号的所有脉冲参数。R&S®Pulse Sequencer 脉冲序列生成软件所用控制字的格式包括脉宽、调制格式 (MOP)、相对功率电平(比如用于模拟天线扫描)和频率或相位偏移(比如用于模拟跳频)。

包含到达时间 (ToA) 信息的相对时间戳被分配给每个控制字,以定义每个脉冲的回放时间(比如用于模拟 PRI 参差或长关闭时间)。此格式可以参考任意波形中预先计算的波形段,而不包含脉冲描述。频率偏移、相位偏移和相对功率电平始终实时应用于每个控制字。

使用排序列表进行实时排序和实时信号生成

借助 R&S®SMW200A 的实时信号生成功能,数字基带硬件可解读上载的控制字列表,并在 ToA 定义的时间点(相对于触发事件)生成信号。结合任何电平、频率或相位偏移以及脉宽变化,可以实时生成未调制的矩形脉冲以及使用线性调频或巴克码的脉冲。可以通过不同的 ToA 值模拟两个脉冲之间的长关闭时间。不需要预先计算 I/Q 样本来填补脉冲之间的空白。与传统的任意波形方法相比,这种实时排序和信号生成概念可以显著减少内存需求和计算时间。

下例对比了使用包含控制字的排序列表和使用传统任意波形方法得到的场景文件大小。场景示例针对每个脉冲创建不同的脉冲最大功率电平。

此类电平变化通过 R&S®Pulse Sequencer 脉冲序列生成软件的脉间调制机制得以实现。

场景参数
场景参数 数值 单位
脉冲宽度 20 μs
线性调频带宽 20 MHz
脉冲重复间隔 1 ms
场景持续时间 1 s

如下表所示,使用排序方法得到的场景文件远小于使用任意波形方法得到的场景文件。计算时间显著缩短。

最终的文件大小
概念 文件大小
任意波形方法 305 MB
使用包含控制字的排序列表的排序方法 22 KB

有关预先计算的波形段的实时排序

排序列表还可以处理预先计算的波形段并实时播放。如果使用非矩形脉冲包络或者针对除了巴克码或线性调频以外的其他任何调制格式,则需要进行排序。只有单个波形段(包括调制格式)需结合排序列表进行计算。此波形段按照排序列表中的偏移值和 ToA 进行操作与播放。

所有波形段已针对使用非矩形脉冲的场景进行预先计算,会对脉冲之间的脉冲上升时间抖动等脉冲参数产生随机影响。由于两个波形段之间的关闭时间、电平变化和频率偏移等因素均根据排序列表进行定义,所以仍然能够节省大量内存。通过此排序方法,也可以使用用户导入的波形段。

此外,可以将定义实时信号的控制字与参考任意波形中预定义波形段的控制字相混合。R&S®Pulse Sequencer 脉冲序列生成软件可以自动执行此步骤。

此解决方案能够非常简单地在生成大量脉冲的实际场景中测试雷达设备,例如雷达预警接收机或跳频应答机。此解决方案有助于尽可能缩小文件尺寸并缩短计算时间,使用起来十分方便。R&S®SMW200A 信号发生器的全调制带宽高达 2 GHz,并具有卓越的射频性能,可使用户从中获益。

主要优势

  • 超长信号播放时间,尽可能减少内存需求和计算时间
  • 实时波形段排序
  • 非调制矩形脉冲、线性调频和巴克码脉冲的实时排序与信号生成
  • 模拟高密度脉冲场景
  • 支持最高 2 GHz 的调制带宽