www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Генератор радиолокационных эхо-сигналов

Рисунок 1. Пример генератора высокочастотных сигналов
(любезно предоставлено компанией Rohde & Schwarz)

Рисунок 1. Пример генератора высокочастотных сигналов
(любезно предоставлено компанией Rohde & Schwarz)

Генератор радиолокационных эхо-сигналов

Для многих задач, возникающих при тестировании радиолокационных станций, требуются искусственно сгенерированные эхо-сигналы, имеющие точно заданные параметры. К таким задачам относятся, например:

В зависимости от вида модуляции зондирующего сигнала для выполнения проверок и измерений применяют один из двух способов генерирования таких эхо-сигналов. Классические импульсные радиолокаторы достаточно просты: в данном случае прямоугольный импульс (импульс включения) должен быть задержан на время, соответствующее требуемой дальности, после чего генератор сигналов вырабатывает требуемый высокочастотный сигнал. Такой импульс включения всегда имеется в каждом радиолокаторе для синхронизации измерительного оборудования радиолокатора. Его называют импульсом запуска.

В случае радиолокаторов, в которых используются сигналы с внутриимпульсной модуляцией, вид которой неизвестен генератору сигналов, этот процесс становится сложнее.

В некоторых радиолокаторах, в частности, системы управления воздушным движением, используются оба упомянутых типа зондирующего сигнала: короткий простой радиоимпульс используется для зондирования ближней зоны радиолокатора, а более длинный сигнал, обычно с линейной частотной модуляцией, используется на больших дальностях. Если сигналы обоих типов обрабатываются в одном приемном канале, то часто бывает достаточно использовать более простой вариант.

Сигналы с внутриимпульсной модуляцией

Для генерирования эхо-сигналов с внутриимпульсной модуляцией измерительное оборудование должно соответствовать более высоким требованиям. Вначале необходимо принять и проанализировать текущий излучаемый зондирующий сигнал. Для этого он подвергается синхронной демодуляцииy, после чего его квадратурные составляющие (I и Q) в цифровой форме по линии передачи данных передаются на следующее устройство. Таким устройством является так называемый векторный генератор сигналов, в котором выполняется модуляция высокочастотного колебания именно этими, полученными ранее, сигналами I и Q В результате получается полная копия (1:1) зондирующего сигнала, имеющая небольшую задержку во времени за счет распространения в измерительном тракте. Параметры данного сигнала могут быть изменены для имитации эхо-сигналов, полученных от реальных целей: время задержки (имитирует сигнал, отраженный целью, находящейся на заданной дальности), допплеровский сдвиг частоты (имитация радиальной скорости цели), ослабление (цели с разными эффективными отражающими поверхностями).

Рисунок 2. Измерительная установка формирования имитируемого эхо-сигнала для радиолокатора с внутриимпульсной модуляцией зондирующего сигнала

Компьютер
Анализатор
спектра
Векторный
генератор
сигналов
РЛС
Антенна
радиолокатора
Передатчик
радиолокатора
Приемник
радиолокатора
Сигнальный процессор
радиолокатора
Направленный
ответвитель
Аттенюатор
Имитированный эхо-сигнал
Опорная частота

Рисунок 2. Измерительная установка формирования имитируемого эхо-сигнала для радиолокатора с внутриимпульсной модуляцией зондирующего сигнала (интерактивный рисунок)

Схема, реализующая описанный метод, приведена на Рисунке 2. Она может быть изменена в зависимости от набора имеющихся измерительных устройств.

В большинстве случаев радиолокаторы с пассивными антеннами имеют направленный ответвитель, встроенный в тракт питания антенны. Он служит для измерения излучаемой мощности и коэффициента стоячей волны фидерного тракта антенны. Направленный ответвитель может быть использован для подачи в измерительный тракт зондирующего сигнала, для чего используется инверсное подключение согласующей нагрузки (на схеме показана в виде резистора).

Однако невозможно через одно и то же гнездо одновременно взять образец зондирующего сигнала для анализа и подать имитируемый эхо-сигнал! В таком случае вместо использования направленного ответвителя следовало бы просто установить измерительное гнездо параллельно антенному выходу. Это однако приведет к рассогласованию фидерного тракта и изменит его импеданс. Из-за этого с данного гнезда будет снята лишь часть излучаемой мощности. Таким образом, целесообразно найти другой способ для подачи имитированного эхо-сигнала. Самый простой путь — отсоединить кабель непосредственно от входа приемника и подключить на его место кабель от измерительного прибора, через который подать тестовый сигнал.

Описанная схема оказывается непригодной при тестировании радиолокаторов с активными фазированными антенными решетками. На таком радиолокаторе отсутствуют гнезда, которые можно было бы использовать для получения образца при формировании тестового сигнала. В схеме, приведенной на Рисунке 2, все относящееся к радиолокатору (обозначено синим цветом) теперь может быть опущено. Вместо этого к обеим кабелям измерительной установки подключаются небольшие антенны, настроенные на рабочую частоту радиолокатора. Теперь на анализатор спектра зондирующий сигнал радиолокатора поступает через эфир (обычно, по боковому лепестку диаграммы направленности антенны). Генератор сигналов вырабатывает имитируемый эхо-сигнал, который через небольшую антенну излучается в направлении антенны радиолокатора. Таким образом, оба измерительных инструмента располагаются снаружи радиолокатора на некотором расстоянии от его антенны. Дистанционное управление ими может быть организовано из кабины радиолокатора посредством сетевого кабеля.

Имитатор эхо-сигналов по схеме постановщика помех - повторителя

Такая измерительная установка может работать с радиолокаторами любого типа. Но ее схема ничем, в принципе, не отличается от схемы постановщика имитирующих помех, что может приводить к возникновению сильных ложных эхо-сигналов и, как следствие, ложных отметок на индикаторах радиолокаторов. Поэтому измерительные установки такого типа, предназначенные для тестирования радиолокаторов системы управления воздушным движением, подлежат регистрации в соответствующих организациях, а их использование согласовывается с этими организациями.

О когерентности имитируемого сигнала

Являются ли сигналы, формируемые при помощи показанной на Рисунке 2 измерительной установки, когерентными?
На этот вопрос не так просто дать однозначный ответ. Это зависит:

во-первых, от того, насколько быстро происходит формирование имитируемого эхо-сигнала в измерительной установке. Поскольку фаза зондирующего сигнала также подлежит оценке и учитывается при формировании имитируемого эхо-сигнала, то сформированный сигнал будет когерентен зондирующему. Поэтому, если имитируемый сигнал будет сформирован в том же периоде следования, что и зондирующий сигнал, послуживший образцом, то можно утверждать, что имеет место когерентность этих сигналов.

во-вторых, от того, является ли передатчик радиолокатора полностью когерентным, то есть от того, когерентны ли следующие друг за другом зондирующие импульсы. Если же передатчик является некогерентным (как, например, магнетронный передатчик), то описанная выше схема применима только в течение одного текущего периода следования импульсов. В этом случае говорят о когерентности в тракте приема сигналов. Поскольку это относится и к следующему излучаемому импульсу, то при помощи такой измерительной установки можно генерировать эхо-сигналы, имитирующие отражение от неподвижной цели. Эхо-сигналы, имеющие допплеровский сдвиг частоты, также могут быть имитированы за счет дополнительной модуляции фазы имитируемого сигнала.

Если передатчик радиолокатора является полностью когерентным, то последовательно излучаемые им импульсы когерентны друг другу. В этом случае когерентность измерительной установки не зависит от того, удается ли сгенерировать эхо-сигнал в том же периоде следования или нет. Очевидно, что имитируемый эхо-сигнал будет когерентным даже если он будет сформирован через несколько периодов следования импульса.

Источники и дополнительная информация: