脈沖雷達系統發射高功率信號脈沖,發射中斷時間用于接收回波信號。在許多脈沖雷達系統中,發射脈沖的載波頻率保持不變,而脈沖重復間隔(PRI)和脈沖寬度(PW)是可變的。
PRI決定不模糊距離;PRI越大,不模糊距離越大。未調制脈沖寬度決定到目標的最小作用距離和距離分辨率。較窄的脈沖能夠檢測較近的距離并提高距離分辨率,即將目標分為多個子單元,但是它們需要更大的頻譜寬度。脈沖越寬,每個脈沖發射的能量越多,因此能到達更遠距離。
脈沖分析
頻譜分析儀一直是分析雷達信號的工具。它們通常有比示波器更寬的頻率范圍,能夠精確測量脈沖內部信號的相位和頻率,這些很難用簡單的、基于功率測量的脈沖分析儀實現。近幾年,頻譜分析儀在分析帶寬上取得了飛速進步。現在,羅德與施瓦茨公司的R&S FSW信號和頻譜分析儀可提供高達2GHz的分析帶寬,和高達67GHz的頻率范圍。因此,它能夠分析非常短的脈沖。
要分析現今的雷達信號, R&S FSW信號和頻譜分析儀需要提供足夠的靈活性。例如,海洋和空中監視雷達經常變換它們的工作模式。在搜索模式、截獲模式和跟蹤模式中使用不同的PRI和PW,因為在這些模式中需要在測量精度、最小和最大作用距離以及距離分辨率間進行不同的權衡取舍。進一步的技術還有脈沖內部的相位或頻率調制,包括脈沖壓縮技術。
圖1 R&S FSW-K6 脈沖分析軟件的結果表格,顯示每個脈沖的關鍵參數,如上升時間、脈沖寬度、 PRI和頻率。
圖2 在20s的分析時間里,顯示了所分析的雷達系統以3種不 同模式工作的情況。
對于雷達發射機的開發、優化和故障排除,必須用很長時間來描述脈沖串。要檢測偶發事件,或檢測類似溫度漂移的微小但持續效應,最好用長達幾分鐘時間連續捕獲和觀察所有發射的脈沖。
此外,干擾雷達的常用手段是距離選通門拖引。雷達脈沖被記錄并加時間延遲后發射,其脈沖功率比來自目標飛行器自然散射脈沖的更高(或許脈沖形狀和頻率還會發生改變)。雷達接收機鎖定到較強的回波,分辨單元最終完全脫開目標飛行器。如果回放被突然停止,雷達接收機需要重新調整電平,并再次回到搜索、截獲和跟蹤模式。這種智能干擾技術和對策的開發和優化也需要記錄和分析長雷達脈沖序列。
R&S FSW 能夠處理這類問題,并提供必要功能,例如快速識別雜散輻射、低相位噪聲以及作為軟件工具運行在分析儀上、提供深度信號分析的脈沖分析功能,從而使它成為雷達系統開發和生產過程中必不可少的工具。
圖1顯示配有 R&S FSW-K6 脈沖分析軟件的 R&S FSW的雷達脈沖分析結果。以200MHz采樣率,捕獲PRI為100μs,寬度為1 μs 脈沖。該表顯示了選定脈沖圖形,并顯示每個脈沖的關鍵參數列表,如上升時間、脈沖寬度、PRI和頻率。這些圖形顯示了單個選定脈沖的頻率、幅度和相位相對于時間的變化情況。該分析軟件能夠更深入分析一些脈沖參數,如上升時間和下降時間、停留時間、穩定時間、過沖等。
分段捕獲
當所需的高采樣率與有限的捕獲緩存能力同時面臨時,總體上降低了無縫捕獲和分析的時間。作為解決方案,為R&S FSW-K6 脈沖分析軟件配備了高效的存儲器管理,以應對長時間脈沖趨勢分析的要求。在停頓期間僅存噪聲是脈沖信號的自然屬性。故可通過忽略停頓期間的噪聲來擴大總捕獲時間。
一個增加總觀察時間的簡單但有效算法是:一旦某個功率電平觸發捕獲,在用戶定義的時間段內,保存I/Q數據并對其打時間戳。此外,也保存一定數量的預觸發數據。直至下一個觸發事件到來之前,忽略所有其他數據。若采用典型的1%工作比,可將最大觀察時間大體擴大100倍。
實際上,采用50%的預觸發捕獲和2倍于脈沖周期的單個脈沖捕獲時間,最大記錄時間可擴展50倍。低占空比甚至能進一步擴展最大記錄時間。分段I/Q捕獲可由外部觸發器或者中頻功率觸發器觸發。
評估趨勢參數
捕獲許多連續的脈沖可以分析參數的變化趨勢和其在脈沖間發生的變化。圖2顯示在20s捕獲時間內脈沖寬度隨脈沖數量變化的情況。這表明該雷達系統以3種不同模式工作(1、2和3 μs脈寬),各模式以隨機順序出現。如果不采用分段捕獲,這個采用200MHz采樣率信號的最大捕獲時間僅為2.3秒,根本不足以觀察到不同模式的圖案。
分段捕獲通過忽略脈沖間的停頓,增加了總分析時間。跨多個脈沖發生的現象(如改變模式)變得可見,從而可以輕松分析參數可變的復雜雷達系統。
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