雷达测量与信号分析基础——第二部分

雷达测量任务的生命周期

雷达测量所需的参数会因具体任务和待测雷达的类型而有很大差异。但无论您是从事雷达系统设计和组件选型，还是评估已部署的雷达，准确快速的测量能力都至关重要。

在进行雷达设计验证时，需要确保发射信号正确，接收机能够响应并检测到正确的信号，并且发射机没有发出杂散信号。意外输出可能包括与所需脉冲相关的非预期信号（例如谐波、次谐波和镜像混合产物），以及与所需脉冲无关的杂散输出，例如内部本振辐射、数字时钟耦合、射频电路中的杂散振荡、脉冲误差等等。

cs> 可能还需要提及附近其他信号（例如 Wi-Fi、蜂窝基站等）在目标频段内的干扰（环境因素）。

在现代软件雷达领域，调制脉冲、线性调频信号和其他波形通常并非由传统的模拟电路生成，而是由数字信号处理器(DSP) 和直接数字合成 (DDS) 技术生成。这些数字技术直接在中频 (IF) 或射频 (RF) 频率下生成复杂的信号。只有当合成的数字数据通过数模转换器 (D/A) 时，这些信号才会变成模拟信号。

在数字信号处理器（DSP）内部，一些细微的软件代码错误和数值误差，例如滤波器常数选择不当、数值舍入误差或溢出误差，都可能产生持续时间极短的干扰信号，这些信号可能与预期输出几乎没有关系。单个DSP错误就可能导致瞬时射频输出错误或毛刺。这些问题在经过滤波、放大和传输后，会造成严重的干扰。

杂散辐射还会干扰部署区域内的其他射频业务，如果它们与特定的发射机设计相关，通常会产生独特的特征信号。宽带雷达也可能将辐射“泄漏”到周围频谱中，造成超出指定频谱范围的意外干扰。

生产测试

生产测试旨在验证每个制造的产品是否符合其规格。测试任务包括对组件进行调谐和校准，以及对模拟模块、线性器和放大器组件进行补偿和校准。测试结果必须准确且可重复，以确保最终产品能够按预期运行。由于组件和子系统供应商会对其工艺进行更改，因此需要在整个产品生命周期内持续验证其性能，且测试内容不得改变。

自动化测试降低了操作人员出错的概率，而操作人员出错是手动测试流程和手动操作测试设备的一大弊端。通过自动化，即使生产人员发生变更，测试结果也能得到复现。此外，培训需求也能显著降低。

信号监测

信号监测面临着不同的挑战。信号监测无需验证特定规范，而是更侧重于识别周围区域可能存在的或极少出现的信号。这类干扰信号会干扰雷达或降低其效能。在搜索脉冲信号或干扰信号时，射频分析仪在信号出现时不应出现“闪烁”。在进行分析之前，必须先发现、触发并捕获这些不常见信号或信号的瞬态特性。

干扰不仅可能表现为不常发生的问题，还可能表现为多个信号有意或无意地争夺同一频谱。使用传统测试设备很难发现这种重叠信号。

基本射频脉冲雷达信号

一个简单的脉冲可以是短暂开启后立即关闭的单一频率信号。信号从发射天线发出，经目标反射后返回雷达。脉冲返回所需的时间代表了距离，即到目标的距离。示波器可以显示发射脉冲的时域电压波形，其中包括下图所示的射频脉冲的所有周期。

射频检测器可以用来绘制脉冲包络线，而不是单个周期。这使得触发更加容易。矢量信号分析仪(VSA) 或零跨度频谱分析仪可以显示幅度随时间的变化。这相当于使用射频检测器。下图屏幕截图中的下方曲线是频谱分析仪检测到的单个射频脉冲的包络线，该脉冲的波形如下所示。

频谱分析仪还可以显示脉冲的频谱。上图所示的是经典的sin(x)/x（读作“sin x/x”）脉冲频谱图。电压频谱分析仪 (VSA) 可以使用快速傅里叶变换 (FFT) 或其他离散时间频率变换 (DTFT) 方法来绘制单个脉冲的频谱图。扫频频谱分析仪必须处于“最大轨迹保持”模式，或者必须以足够慢的速度扫描，以确保屏幕上每个位置至少出现一个脉冲，从而提供完整的频谱视图。如果没有额外的频率处理软件，示波器只能提供电压波形。

发射器测试

现代雷达通常在易于处理的中频(IF) 频段产生脉冲，然后将中频频率转换为最终的连续波 (CW) 频率，最后放大到所需的高功率。在测试中频系统的上变频器或功率放大器时，除了脉冲分析仪之外，还需要雷达脉冲发生器。

有多种方法可用于生成雷达脉冲。任意函数发生器(AFG)、任意波形发生器(AWG)以及用于生成所需脉冲的软件，可以利用直接合成法生成频率高达10 GHz 及以上的基带、中频、射频或微波信号。测试波形可以导入到发生器中，进行合成和回放。在模拟发射机组件的选择和验证过程中，通常需要生成信号，以测试设计和制造工艺的裕量。

接收器测试

当配套发射机尚未可用时，测试雷达系统的接收机部分需要脉冲发生设备。然而，使用配套发射机可能无法验证接收机在不同信号条件下的性能。这就需要一种能够向生成的脉冲中添加干扰和失真的脉冲发生器。常见的干扰包括信道内和信道外信号以及噪声，用于测试接收机的灵敏度降低或阻塞效应。这将有助于验证接收机的功能极限。能够对数字波形的任何部分进行任意变化的波形发生器可以满足这一需求。