Рубрикатор

Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Решение для тестирования РЛС на базе серийного измерительного оборудования

20 февраля 2017 г. в 12:32

В настоящее время задача имитации целей в процессе испытания современных радарных систем с целью подтверждения их характеристик остаётся актуальной. Натурные испытания довольно дороги и требуют много времени. На рынке практически отсутствуют удобные и универсальные инструменты имитации радарных целей. Недавно компанией «Роде и Шварц был представлен комплекс на основе серийных приборов, призванный решить эту задачу.

Современный радиолокатор представляет собой пример сложной радиоэлектронной системы, воплощающей в себе самые передовые технические решения из областей полупроводниковой электроники, материаловедения, вычислительной техники, алгоритмов обработки данных и многих других областей. На заре радиолокации основной функцией радиолокатора было определение расстояния до цели и её угловое направление. Современные радары применяются для получения большого числа параметров (включая размер и форму цели) или окружающей обстановки, что обуславливает большое их разнообразие [1]. Радиолокационными целями могут быть самолёты, суда или ракеты, но в качестве целей РЛС могут также рассматриваться люди, птицы, атмосферные осадки, турбулентности ясного неба, ионизированные среды, особенности земной поверхности (растительность, горы, дороги, реки, аэродромы, здания, ограждения и линии электропередачи), море, лёд, айсберги, буи, подземные объекты, полярные сияния. В соответствии с назначением различают следующие типы РЛС:

Импульсный радиолокатор
Радиолокатор непрерывного излучения
Радиолокатор высокого разрешения
Радиолокатор со сжатием импульсов
Радиолокатор с непрерывным ЧМ сигналом
Обзорный радиолокатор
Радиолокатор с системой селекции движущихся целей
Импульсно-доплеровский радиолокатор
Радиолокатор сопровождения
РЛС картографирования
Бортовая РЛС бокового обзора
РЛС с синтезированной апертурой
РЛС управления оружием
РЛС наведения
РЛС распознавания целей
Метеорологический радиолокатор наблюдения

По дальности действия можно выделить радары ближнего, среднего и большого радиуса. Диапазон дальностей может составлять от нескольких метров (автомобильные радары), до нескольких тысяч километров (загоризонтная РЛС). В зависимости от радиуса действия используются различные диапазоны частот, чаще всего от 5МГц до 95ГГц. Для военных применений чаще всего встречается Х-диапазон (8ГГц-12ГГц).

В связи с тем, что РЛС является сложной радиоэлектронной системой, тестирование параметров как отдельных блоков (на этапе разработки), так и всей РЛС в целом является сложной и дорогостоящей задачей. Подвижные цели с высокой скоростью перемещения чаще всего имитируются с помощью самолётов. Час полёта военного самолёта стоит десятки тысяч долларов, в случае необходимости воспроизведения обстановки с множеством целей в течение нескольких недель или месяцев натурные испытания становятся весьма дорогостоящим мероприятием. Для удешевления и ускорения процесса тестирования (по крайней мере на предварительных этапах) можно воспользоваться всевозможными имитаторами целей. Имитаторами неподвижных целей могут выступать всевозможные аэростаты с закреплёнными отражателями с известной площадью рассеяния, мачты на полигонах с антеннами и линиями задержки и прочие конструкции.

Трудность при таком подходе заключается в оперативности изменения параметров цели (расстояние до цели, ЭПР, скорость, число целей). Кроме того, не всегда возможно перемещение готового изделия на место проведения испытаний ввиду массогабаритных параметров, потребляемой мощности или секретности проводимых работ.

На рынке существуют немногочисленные решения для имитации радарных целей (чаще всего на базе линий задержки, оптоволокна), все они выполняют только одну узкоспециализированную задачу, часто имитатор включают в состав разрабатываемой РЛС.

Проектирование имитатора как части вновь проектируемого радара требует выделения дополнительных ресурсов и времени, что сказывается на конечной стоимости изделия. До настоящего времени практически не существовало универсального решения для имитации целей, основанного на применении стандартного серийного измерительного оборудования. Компания Роде и Шварц восполнила этот пробел и создала опцию SMW-K78 для векторного генератора высшего класса SMW200A [2]. Генератор, оснащённый этой опцией и дополненный анализатором спектра высшего класса FSW, позволяет создать комплекс имитации эхо откликов радара в реальном масштабе времени. Под реальным масштабом времени понимается возможность получения эхо сигналов с заданными параметрами сразу же после задания этих параметров непосредственно из меню генератора сигналов. В этом решении нет необходимости привлечения внешнего ПК со специализированным программным обеспечением, предварительного расчёта параметров сигнала и загрузки его в генератор для воспроизведения. Параметры рассматриваемой системы для имитации радарных целей следующие:

Диапазон частот 10МГц-40ГГц
Максимальное число одновременно имитируемых целей 24
Диапазон скоростей для частоты 3ГГц — 0 — 9493 м/с
Диапазон скоростей для частоты 20ГГц — 0 — 1424 м/с
Диапазон значений доплеровского сдвига — 0-190 кГц
Разрешение по доплеровскому сдвигу — 0.01Гц
Диапазон имитируемых дальностей 2,1км −10 000км
Полоса частот сигнала 160МГц
Задержка системы на переизлучение 11 мкС

Принцип работы имитатора целей

Рисунок 1. Принцип работы имитатора целей

Система работает следующим образом: сигнал из приёмной антенны, направленной в сторону РЛС, оцифровывается анализатором спектра FSW и передаётся по скоростной цифровой шине на векторный генератор SMW200A. Генератор, используя аппаратный модуль замираний (опция FSW-B14), вносит в сигнал искажения — задержки, доплеровское смещение по частоте, изменение амплитуды из-за затухания в свободном пространстве с учётом ЭПР цели — и переизлучает сигнал обратно в сторону РЛС через передающую антенну (Рисунок 1). На все описанные выше процессы у системы из двух приборов уходит 11 мкс. Это значение обуславливает размер так называемой «слепой зоны», в данном случае это примерно 2,1км. Ограничение «слепой зоны» можно обойти, если радар излучает через равные промежутки времени однотипный сигнал. В этом случае можно применить функцию, позволяющую генерировать эхо сигнал с опережением, начиная со второго импульса. Тогда размер «слепой зоны» уменьшается до 10см. Для радаров с перестройкой по частоте от импульса к импульсу (в пределах полосы 160МГц) и псевдослучайным временем между импульсами размер «слепой зоны» составляет 2,1км.

Настройка комплекса начинается с соединения цифрового IQ выхода анализатора спектра FSW с цифровым IQ входом генератора SMW стандартным для приборов компании Роде и Шварц цифровым интерфейсом. При этом генератор автоматически определяет тип и серийный номер подключенного анализатора. Всё, что нужно выбрать пользователю — ширину полосы захвата сигнала из стандартного ряда значений от 10 до 160МГц. После этого необходимо выбрать на генераторе режим генерации эхо откликов радара, генератор начинает управлять работой анализатора спектра самостоятельно. На экране анализатора спектра будет отображаться захватываемый сигнал из эфира (рисунок 2).

Захваченный сигнал из эфира в частотной и временной области

Рисунок 2. Захваченный сигнал из эфира в частотной и временной области

Меню генератора сигналов в режиме имитатора целей состоит из нескольких вкладок, каждая из них позволяет задавать отдельную группу параметров тестирования (Рисунок 3). Во вкладке Radar Setup можно задать режим тестирования (по кабелю или по эфиру), коэффициент усиления приёмной и передающей антенны, смещение положения антенн, управление амплитудой переизлучаемого сигнала (ручное или в соответствии с уравнениями радиолокации), величину аттенюатора на приёме (если используется) и др.

Во вкладке Object Configuration можно задать от одного до 24 подвижных или статических объектов [2], максимальное число объектов определяется составом опций. дать им имена. Для подвижного объекта задаётся начальное и конечное расстояние имитации, скорость перемещения, смещение по фазе относительно принятого сигнала, эффективную площадь рассеяния (отражения). Для статичной цели набор параметров ограничивается расстоянием до цели, ЭПР и смещением фазы (Рисунок 4). Любые изменения параметров будут немедленно отражаться на выходном сигнале генератора.

Тестирование по эфиру

Рисунок 3. Тестирование по эфиру

Вкладка задания динамической цели

Рисунок 4. Вкладка задания динамической цели

Как было отмечено выше, генератор в состоянии автоматически рассчитать амплитуду переизлучаемого сигнала. В расчёт амплитуды входят такие параметры, как мощность передатчика испытуемого радара, коэффициент усиления его антенны, удвоенные потери в свободном пространстве, усиление сигнала за счёт отражения от объекта, усиление антенны РЛС при работе на приём (Рисунок 5).

Изменение уровня сигнала

Рисунок 5. Изменение уровня сигнала

Во вкладке Preview Objects меню генератора можно контролировать число и тип целей, находящихся в работе, расстояние до них и уровень сигнала при имитации. На Рисунке 6 показан пример имитации 4 целей — двух статичных и двух динамических с движением от радара и к радару соответственно.

Графическое отображение уровней сигналов

Рисунок 6. Графическое отображение уровней сигналов

Преимущества использования имитатора целей на базе анализатора спектра FSW и векторного генератора SMW состоят в следующем:

Широкий частотный диапазон.
Простая настройка и быстрая изменение параметров цели.
Нет необходимости в оптических линях задержки.
Одновременная генерация нескольких целей.
Автономность решения (синхронизация с РЛС не требуется).
Форма сигнала может быть произвольной.
Возможность добавления помех.

Используемые в составе комплекса приборы в любой момент времени могут быть переориентированы на решение иных задач самого широкого спектра: анализа непрерывных и импульсных сигналов с аналоговой (ЛЧМ, АМ, ФМ, Рисунок 7) и цифровой модуляцией, скалярного анализа цепей, измерение КШ усилителей, ГВЗ преобразователей частоты, компрессии усилителей на рабочем сигнале, фазового шума, имитацию помеховой обстановки на входе приёмных устройств, формирование навигационных сигналов GNSS, сигналов с любым типом модуляции, в том числе созданным в среде Matlab, Pulse Sequencer.

Измерение параметров усилителя

Рисунок 7. Измерение параметров усилителя

На базе генератора SMW и FSW помимо имитатора эхо откликов радара можно создать универсальное рабочее место разработчика, позволяющее тестировать как отдельные компоненты, законченные модули (приёмные, передающие тракты, модуляторы, демодуляторы) так и систему в целом — радары, системы радиосвязи (Рисунок 8). Такая универсальность, в конечном счёте, ведёт к значительной экономии времени на разработку, тестирование радаров и их узлов, сокращает расходы на контрольно-измерительное оборудование.

Анализ импульсного сигнала анализатором FSW

Рисунок 8. Анализ импульсного сигнала анализатором FSW

Заключение

Комплекс имитации целей от компании Rohde&Schwarz на основе векторного генератора SMW200A и анализатора сигналов FSW позволяет гибко моделировать различные сценарии отраженных радиолокационных сигналов. Это инновационное решение чрезвычайно полезно для испытаний некогерентных РЛС на всех этапах от ранней стадии разработки до заключительных приемо-сдаточных испытаний, а также для испытаний в реальных условиях и ресурсных испытаниях. К комплексу имитации целей имеется русскоязычное руководство пользователя [3], что также упрощает работу с ним.

Помимо имитации целей комплекс может применяться в тестировании пассивных и активных компонентов и устройств обработки сигнала РЛС, спутниковых систем, систем радиосвязи.

Литература

Справочник по радиолокации/Под ред.М.И.Сколника. Пер. с англ. Под общей ред. В.С.Вербы. В 2 книгах. Книга 1. Москва: Техносфера, 2015. — 672 с. IBSN 978-5-94836- 381-3
Генератор SMW200A — Технические характеристики, версия 04.02
Генерация отражённых радиолокационных сигналов. Руководство по эксплуатации, номер документа 1177.6252.02-01

Александр ПАТШИН
Aleksandr.Patshin@rohde-schwarz.com

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

1045

Пожаловаться

ПРОДАМ: Измерители RLC (Иммитанса)

Приборы этой группы предназначаются для прямых измерений комплексных параметров цепей. При этом если измеритель RLC рассчитан на анализ комплексного сопротивления, его называют измерителем импеданса. Если же исследуется комплексная проводимость, то, соответственно, измерителем иммитанса. Стоит отметить, что термин «измеритель RLC» вообще не точен, и сложился исключительно в силу традиций. Дело в том, что кроме измерения R, L и C, в функциональное назначение прибора входит прямой отсчет таких параметров, как: — добротность; — тангенс угла потерь; — комплексное сопротивление (причем на различных частотах); — величина фазового сдвига между током и напряжением; Принцип работы Основой работы всех измерителей подобного типа для определения импеданса или иммитанса лежит анализ прохождения калибровочного сигнала определенной частоты через цепь, обладающую комплексным сопротивлением с последующим сравнением с опорным напряжением. При этом тест-сигнал формируется методом прямого цифрового синтеза (DDS), а значение комплексного сопротивления вычисляется через значения тока и напряжения на измеряемом элементе по программно задаваемому алгоритму.

Коваль Юлия · ПРОТЕХ · 17 апреля · Россия · г Москва

ПРОДАМ: Реализую приборы фирмы TESTO:

А) рН-метры Testo-205, Testo-206, TESTO-265 Б) Термометры –TESTO-105, TESTO-106, TESTO-110, TESTO-112, TESTO-720, TESTO-735, Testo-905, Testo-925, Testo-926, Testo-922 В) Пирометры- Testo-805, 830, 825, 831, 845; тахометры Testo-460,465,470,476 Г) Термогигрометры — TESTO-606, TESTO-608, TESTO-610, Testo-625, Testo-605, Testo-635, Testo-645, Testo-650 Д) регистраторы (логгеры) температуры Testo-171,172,174,175,177 Е) анемометры Testo-405, TESTO-410, Testo-416, Testo-417, Testo-425 Ж) многофункциональные приборы по микроклимату Testo-435, TESTO-445, Testo-400, Testo-454 Е) газоанализаторы выбросов Testo-325M, TESTO-327, Testo-330, Testo-335, Testo-300XXL, Testo-350 Ж) манометры: TESTO-310, TESTO-506, TESTO-510, TESTO-511, TESTO-512 З) люксметр TESTO-540, TESTO-545, шумомер TESTO-815, TESTO-816, детекторы утечек газа TESTO-316, TESTO-317 Быстрые сроки, хорошие цены, индивидуальный подход.

Бюшель Сергей · ООО "НПО "Промавтоматика" · 5 апреля · Россия · Свердловская обл

ПРОДАМ: Вольтметры лабораторные, цифровые вольтметры

Группа приборов относится к прецизионному лабораторному оборудованию и предназначена для измерения как постоянного, так и переменного напряжения произвольной формы. Благодаря исключительной точности и возможности контроля сразу нескольких параметров лабораторные вольтметры широко используются для тестирования и ремонта радиоэлектронной аппаратуры, анализа радиокомпонентов, в промышленности, при проведении научных исследований и экспериментов, а также в метрологии. Возможности Выпускаются как аналоговые, так и цифровые варианты лабораторных вольтметров. Стоит отметить, что само наименование не точно, и является скорее данью традициям. На самом деле кроме измерения напряжений приборы позволяют с предельно возможной точностью контролировать множество параметров, причем сразу по нескольким каналам. При этом цифровые системы оснащены еще и функциями математической постобработки результатов измерений. Такие прецизионные устройства, работающие в полуавтоматическом или полностью автоматическом режиме можно позиционировать как многофункциональные регистраторы, способные обеспечить долговременный мониторинг тестируемого устройства или процесса. Часть оборудования выпускается как мультиметры, с добавлением некоторых дополнительных функций, например, проверки полупроводниковых диодов или транзисторов. Все модели имеют встроенные каналы передачи данных с использованием стандартных интерфейсов RS-232 и USB, а также LAN и т. п.

Коваль Юлия · ПРОТЕХ · 17 апреля · Россия · г Москва

Вольтметры лабораторные, цифровые вольтметры

ПРОДАМ: Стрелочные лабораторные приборы высокой точности

Продаём стрелочные лабораторные приборы высокой точности (для измерения напряжения, тока, мощности) с погрешностью до ± 0,2%: Незаменимые в исследовательских лабораториях приборы для проверки напряжения, тока, мощности в цепях постоянного и переменного тока обладают хорошими техническими характеристиками. Одна из главных характеристик — это точность измерений, помогающая проверить показания других приборов и настроить их. Приборы изготовлены из качественных материалов, что позволяет использовать их продолжительное время. Данные приборы имеют высокую степень защиты от вибраций, перегрузок, механических воздействий и влажности. Это делает лабораторные приборы незаменимыми инструментами для работы в различных условиях, когда нужно получить подтверждение результатов сложных экспериментальных исследований. Простота в использовании приборов и выводе данных позволяет воспользоваться ими даже новичку. Приборы внесены в госреестр и могут использоваться в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений. Наименование Тип прибора Кол-во Милливольтмиллиамперметр пост.ток кл.0,5 М82 1 Милливольтметр кл. 0,5 М105 1 Милливольтамперметр 0,5% М1200 1 Микроампервольтметр кл. 0,2 М1106 3 Милливольтамперметр кл. 0,2 М1109 1 Вольтамперметр 0,2% М2017 9 Ампермерт пост.тока 0,5 0,2 М104 5 Амперметр пост. и перем.ток 0,2 Д533 1 Амперметр пост. и перем.ток 0,2 Д566 7 Амперметр пост. и перем.ток 0,2 Д5014 9 Амперметр (миллиамперметр) Э513 3 Амперметр Э514 3 Амперметр кл.0,5 Э526 2 Амперметр Э526 Т4.1 1 Амперметр кл. 0,5 Э527 1 Амперметр АСТ 1 Ваттметр Д566 8 Ваттметр кл. 0,5 Д568 2 Ваттметр Д5004 1 Ваттметр Д5016 2 Ваттметр пост.и перемен. Д50161 2 Вольтметр М106 5 Вольтметр Д5015 7 Вольтметр Д50152 2 Вольтметр перем.тока Д566 27 Вольтметр перем.тока Д567 3 Вольтметр пост.тока М2004 1 Вольтметр пост+перем.ток Э515 1 Комбинированный прибор ЭК4300 1 Бережное складское хранение Цена 2000 руб/шт. (в и-нэне до 17850 руб/шт) Отправляем в регионы, бережно упаковываем!

Иванов Иван · ООО "Вымпел" · 11 апреля · Россия · Томская обл

ПРОДАМ: Приборы для испытания ВЧ и микроволновых устройств

Испытание высокочастотных, в том числе и микроволновых устройств — сложный комплексный процесс, целью которого является уточнение параметров РЭУ, включая принципиальную схему и топологию отдельных компонент. Сложность тестирования пропорционально растет с увеличением сложности самих приемо-передающих трактов, ВЧ и СВЧ блоков, фильтров, смесителей, гетеродинов, усилителей, систем фазовой автоподстройки и т. п. Особые требования налагают проблемы электромагнитной совместимости, ЭМ загрязнения, а также требования Госстандарта, в частности, Постановление 848-70 «Санитарные нормы и правила при работе с источниками электромагнитных полей высоких, ультравысоких и сверхвысоких частот». Особенности использования приборов При проведении испытаний применяются обычные сертифицированные приборы, такие, как генераторы сигналов, анализаторы цепей, спектроанализаторы, измерители мощности, прецизионные приемники, частотомеры и т. п. При этом следует понимать, что даже лучшие устройства, с минимальным уровнем фазовых шумов и прецизионной стабильностью, не гарантируют точности измерений при ВЧ-калибровке, если пренебречь такими важнейшими аксессуарами, как качественные соединители, детекторы, аттенюаторы, ответвители, переключатели, ограничители мощности и др.

Коваль Юлия · ПРОТЕХ · 17 апреля · Россия · г Москва