www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Генератор радіолокаційних сигналів відлуння

Рисунок 1. Приклад генератора високочастотних сигналів
(фото люб’язно надане компанією Rohde & Schwarz)

Рисунок 1. Приклад генератора високочастотних сигналів
(фото люб’язно надане компанією Rohde & Schwarz)

Генератор радіолокаційних сигналів відлуння

Для багатьох завдань, що виникають під час тестування радіолокаційних станцій, потрібні штучно сгенеровані сигнали відлуння, які мають точно задані параметри. До таких завдань відносяться, наприклад:

Залежно від виду модуляції зондувального сигналу для виконання перевірок та вимірювань застосовують один з двох способів генерування таких сигналів відлуння. Класичні імпульсні радіолокатори є порівняно простими: в даному випадку прямокутний відеоімпульс (імпульс включення) має бути затриманий на час, що відповідає потрібній дальності, після чого генератор сигналів виробляє потрібний високочастотний сигнал (радіоімпульс). Згаданий імпульс включення завжди є в кожному радіолокаторі для синхронізації вимірювального обладнання радіолокатора. Його ще називають імпульсом запуску.

Для радіолокаторів, в яких використовуються сигнали з внутршньоімпульсною модуляцією, вид якої невідомий генератору сигналів, цей процес стає складнішим.

В деяких радіолокаторах, зокрема, системи управління повітряним рухом, використовуються зондувальні сигнали обох згаданих типів: короткий простий радіоімпульс використовується для зондування ближньої зони радіолокатора, а довший сигнал, зазвичай із лінійною частотною модуляцією, використовується на більших дальностях. Якщо сигнали обох типів обробляються в одному приймальному каналі, то часто буває достатньо використовувати більш простий варіант.

Сигнали з внутрішньоімпульсною модуляцією

Для генерування сигналів відлуння з внутрішньоімпульсною модуляцією вимірювальне обладнання має відповідати більш високим вимогам. Спочатку необхідно прийняти та проаналізувати поточний випромінюваний зондувальний сигнал. Для цього він піддається синхронній демодуляції, після чого його квадратурні складові (I та Q) в цифровій формі по лінії передавання даних передаються на подальший пристрій. Таким пристроєм є так званий векторний генератор сигналів, в якому виконується модуляція високочастотного коливання саме цими, отриманими раніше, сигналами I та Q. В результаті виходить повна копія (1:1) зондувального сигналу, яка має невелику затримку у часі за рахунок розповсюдження у вимірювальному тракті. Параметри даного сигналу можуть бути змінені для імітування сигналів відлуння, отриманих від реальних цілей: час затримки (імітує сигнал, відбитий ціллю, що знаходиться на заданій дальності), допплерівський зсув частоти (імітація радіальної швидкості цілі), ослаблення (цілі з різними ефективними площами вторинного випромінення).

Рисунок 2. Вимірювальна установка формування імітованого сигналу відлуння для радіолокатора з внутрішньоімпульсною модуляцією зондувального сигналу

Комп’ютер
Аналізатор
спектру
Векторний
генератор
сигналів
Радар
Антена
радіолокатора
Передавач
радіолокатора
Приймач
радіолокатора
Сигнальний процесор
радіолокатора
Направлений
відгалужувач
Атенюатор
Имитированный эхо-сигнал
Опорна частота

Рисунок 2. Вимірювальна установка формування імітованого сигналу відлуння для радіолокатора з внутрішньоімпульсною модуляцією зондувального сигналу (інтерактивний рисунок)

Схема, що реалізує описаний метод, наведена на Рисунку 2. Вона може бути змінена залежно від набору наявних вимірювальних пристроїв.

В більшості випадків радіолокатори з пасивними антенами мають направлений відгалужувач, вбудований в тракт живлення антени. Він слугує для вимірювання випромінюваної потужності та коефіцієнту стоячої хвилі фідерного тракту антени. Направлений відгалужувач може бути використаний для подачі у вимірювальний тракт зондувального сигналу, для чого використовується інверсне підключення узгодженого навантаження (на схемі показане у вигляді резистору).

Однак неможливо через одне й те саме гніздо одночасно взяти зразок зондувального сигналу для аналізу і подати імітований сигнал відлуння! В такому разі замість використання направленого відгалужувача слід було б просто встановити вимірювальне гніздо паралельно антенному виходу. Це однак призведе до розузгодження фідерного тракту та змінить його імпеданс. Через це з даного гнізда буде знята лише частина випромінюваної потужності. Таким образом, доцільно знайти інший спосіб для подачі імітованого сигналу відлуння. Найпростіший шлях – від’єднати кабель безпосередньо від входу приймача та підключити на його місце кабель від вимірювального приладу, через який подати тестовий сигнал.

Описана схема виявляється непридатною при тестуванні радіолокаторів з фазованими антенними решітками. На такому радіолокаторі відсутні гнізда, які можливо було б використовувати для отримання зразка при формуванні тестового сигналу. В схемі, наведеній на Рисунку 2, все, що відноситься до радіолокатора (позначено синім кольором) тепер може бути опущене. Замість цього до обох кабелів вимірювальної установки підключаються невеликі антени, налаштовані на робочу частоту радіолокатора. Тепер на аналізатор спектру зондувальний сигнал радіолокатора надходить через ефір (зазвичай, по бічній пелюстці діаграми направленості антени). Генератор сигналів виробляє імітований сигнал відлуння, який через невелику антену випромінюється у напрямку антени радіолокатора. Таким чином, обидва вимірювальних інструменти розташовуються ззовні радіолокатора на певній відстані від його антени. Дистанційне керування ними може бути організоване з кабіни радіолокатора через мережевий кабель.

Імітатор сигналів відлуння за схемою постановника перешкод – повторювача

Така вимірювальна установка може працювати з радіолокаторами будь-якого типу. Але її схема нічим, в принципі, не відрізняється від схеми постановника імітуючих перешкод, що може призводити до виникнення сильних хибних сигналів відлуння і, як наслідок, хибних відміток на індикаторах радіолокаторів. Тому вимірювальні установки такого типу, призначені для тестування радіолокаторів системи управління повітряним рухом, підлягають реєстрації у відповідних організаціях, а їх використання узгоджується з цими організаціями.

Про когерентність імітованого сигналу

є сигнали, що формуються за допомогою показаної на Рисунку 2 вимірювальної установки, когерентними?
На це питання не так просто дати однозначну відповідь. Це залежить:

по-перше, від того, наскільки швидко відбувається формування імітованого сигналу відлуння у вимірювальній установці. Оскільки фаза зондувального сигналу також підлягає оцінюванню та враховується під час формування імітованого сигналу відлуння, то сформований сигнал буде когерентним зондувальному. Тому, якщо імітований сигнал буде сформований в тому ж періоді слідування, що й зондувальний сигнал, що послужив зразком, то можливо стверджувати, що має місце когерентність цих сигналів.

по-друге, від того, чи є передавач радіолокатора повністю когерентним, тобто від того, чи когерентні зондувальні імпульси, що слідують один за одним. Якщо ж передавач є некогерентним (як, наприклад, магнетронний передавач), то описана вище схема придатна тільки протягом одного поточного періоду слідування імпульсів. В цьому випадку говорять про когерентність в тракті приймання сигналів. Оскільки це відноситься й до наступного випромінюваному імпульсу, то за допомогою такої вимірювальної установки можливо генерувати сигнали відлуння, що імітують відбиття від нерухомої цілі. Сигнали відлуння, що мають допплерівський зсув частоти, також можуть бути імітовані за рахунок додаткової модуляції фази імітованого сигналу.

Якщо передавач радіолокатора є повністю когерентним, то послідовно випромінювані ним імпульси когерентні друг другу. В такому разі когерентність вимірювальної установки не залежить від того, чи вдається згенерувати сигнал відлуння в тому ж періоді слідування, чи ні. Очевидно, що імітований сигнал відлуння буде когерентним навіть якщо він буде сформований через декілька періодів слідування імпульсів.

Джерела та додаткова інформація: