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2020年01月03日 | 关于长雷达脉冲序列分析的信号和频谱分析仪的介绍和应用
2020-01-03 来源：elecfans
脉冲雷达系统发射高功率信号脉冲，发射中断时间用于接收回波信号。在许多脉冲雷达系统中，发射脉冲的载波频率保持不变，而脉冲重复间隔（PRI）和脉冲宽度（PW）是可变的。
PRI决定不模糊距离；PRI越大，不模糊距离越大。未调制脉冲宽度决定到目标的最小作用距离和距离分辨率。较窄的脉冲能够检测较近的距离并提高距离分辨率，即将目标分为多个子单元，但是它们需要更大的频谱宽度。脉冲越宽，每个脉冲发射的能量越多，因此能到达更远距离。
脉冲分析
频谱分析仪一直是分析雷达信号的工具。它们通常有比示波器更宽的频率范围，能够精确测量脉冲内部信号的相位和频率，这些很难用简单的、基于功率测量的脉冲分析仪实现。近几年，频谱分析仪在分析带宽上取得了飞速进步。现在，罗德与施瓦茨公司的R&S FSW信号和频谱分析仪可提供高达2GHz的分析带宽，和高达67GHz的频率范围。因此，它能够分析非常短的脉冲。
要分析现今的雷达信号， R&S FSW信号和频谱分析仪需要提供足够的灵活性。例如，海洋和空中监视雷达经常变换它们的工作模式。在搜索模式、截获模式和跟踪模式中使用不同的PRI和PW，因为在这些模式中需要在测量精度、最小和最大作用距离以及距离分辨率间进行不同的权衡取舍。进一步的技术还有脉冲内部的相位或频率调制，包括脉冲压缩技术。
图1 R&S FSW-K6 脉冲分析软件的结果表格，显示每个脉冲的关键参数，如上升时间、脉冲宽度、 PRI和频率。
图2 在20s的分析时间里，显示了所分析的雷达系统以3种不 同模式工作的情况。
对于雷达发射机的开发、优化和故障排除，必须用很长时间来描述脉冲串。要检测偶发事件，或检测类似温度漂移的微小但持续效应，最好用长达几分钟时间连续捕获和观察所有发射的脉冲。
此外，干扰雷达的常用手段是距离选通门拖引。雷达脉冲被记录并加时间延迟后发射，其脉冲功率比来自目标飞行器自然散射脉冲的更高（或许脉冲形状和频率还会发生改变）。雷达接收机锁定到较强的回波，分辨单元最终完全脱开目标飞行器。如果回放被突然停止，雷达接收机需要重新调整电平，并再次回到搜索、截获和跟踪模式。这种智能干扰技术和对策的开发和优化也需要记录和分析长雷达脉冲序列。
R&S FSW 能够处理这类问题，并提供必要功能，例如快速识别杂散辐射、低相位噪声以及作为软件工具运行在分析仪上、提供深度信号分析的脉冲分析功能，从而使它成为雷达系统开发和生产过程中必不可少的工具。
图1显示配有 R&S FSW-K6 脉冲分析软件的 R&S FSW的雷达脉冲分析结果。以200MHz采样率，捕获PRI为100µs，宽度为1 µs 脉冲。该表显示了选定脉冲图形，并显示每个脉冲的关键参数列表，如上升时间、脉冲宽度、PRI和频率。这些图形显示了单个选定脉冲的频率、幅度和相位相对于时间的变化情况。该分析软件能够更深入分析一些脉冲参数，如上升时间和下降时间、停留时间、稳定时间、过冲等。
分段捕获
当所需的高采样率与有限的捕获缓存能力同时面临时，总体上降低了无缝捕获和分析的时间。作为解决方案，为R&S FSW-K6 脉冲分析软件配备了高效的存储器管理，以应对长时间脉冲趋势分析的要求。在停顿期间仅存噪声是脉冲信号的自然属性。故可通过忽略停顿期间的噪声来扩大总捕获时间。
一个增加总观察时间的简单但有效算法是：一旦某个功率电平触发捕获，在用户定义的时间段内，保存I/Q数据并对其打时间戳。此外，也保存一定数量的预触发数据。直至下一个触发事件到来之前，忽略所有其他数据。若采用典型的1%工作比，可将最大观察时间大体扩大100倍。
实际上，采用50%的预触发捕获和2倍于脉冲周期的单个脉冲捕获时间，最大记录时间可扩展50倍。低占空比甚至能进一步扩展最大记录时间。分段I/Q捕获可由外部触发器或者中频功率触发器触发。
评估趋势参数
捕获许多连续的脉冲可以分析参数的变化趋势和其在脉冲间发生的变化。图2显示在20s捕获时间内脉冲宽度随脉冲数量变化的情况。这表明该雷达系统以3种不同模式工作（1、2和3 µs脉宽），各模式以随机顺序出现。如果不采用分段捕获，这个采用200MHz采样率信号的最大捕获时间仅为2.3秒，根本不足以观察到不同模式的图案。
分段捕获通过忽略脉冲间的停顿，增加了总分析时间。跨多个脉冲发生的现象（如改变模式）变得可见，从而可以轻松分析参数可变的复杂雷达系统。
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史海拾趣
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