雷达测量与信号分析基础——第三部分

在分析雷达系统时，一个关键挑战在于没有万能的解决方案。部分原因是，表征雷达系统需要时域和频域信息。脉冲分析天然适用于示波器等时域仪器。然而，重复脉冲的分析需要专门的软件来分析多个脉冲间脉冲特性的变化。

脉冲调制的分析和解码天然适合使用频域仪器，例如频谱分析仪。如今，雷达系统的仿真需要对接收信号进行大量的数字信号处理(DSP)，以进行脉冲压缩和多普勒处理。有些处理在时域中效率最高，有些则在频域中效率最高。

根据仪器的基本优势，选择测量雷达脉冲的最佳设备通常取决于脉冲的性质以及它是否与现有测试设备的性能相匹配。

脉冲射频载波频率是基本参数。如果现有设备无法覆盖相关频率，则除了基频测试仪之外，还需要一个频率转换器。这种转换器可能会引入相位和频率平坦度缺陷或其他失真。对这些缺陷的校正必须是测量系统不可或缺的一部分。

脉冲带宽是下一个需要考虑的因素。现代雷达使用更宽带宽的脉冲，例如更快的上升时间和更宽的调制带宽。许多测量只有在一次性捕获整个带宽的情况下才能正确进行。

第三个需要考虑的因素是调制方式。需要测量哪些不同的调制方式？调制方式的哪些特性至关重要？某些类型的啁啾脉冲仅要求载波频率在指定范围内扫描。但其他类型的啁啾脉冲则要求载波频率扫描满足线性度要求。这些脉冲参数会影响测试设备的线性度和动态范围要求，以及仪器测量带宽的相位和频率平坦度。

在存在大功率信号的情况下测量小信号，或者在长时间间隔内进行高精度相位测量，可能需要高动态范围或高位深度的数字化。

时域分析

示波器是检测电压随时间变化的基本工具，尤其适用于显示基带脉冲的波形。对于具有极快转换时间或极短持续时间（亚纳秒或更短）的脉冲，高性能示波器利用快速采集模式也能精确显示。该模式缩短了波形采集之间的死区时间，从而能够捕获和显示诸如毛刺或短脉冲等瞬态事件。快速采集模式还能以反映波形出现频率的强度显示波形现象。

快速采集的一个实用应用是查找基带脉冲时域瞬态误差。如下图所示，即使只有一个脉冲，其脉冲宽度也比数十万个正确脉冲的宽度还要窄。信号持续性温度标尺上的蓝色区域表示出现频率最低的区域，而红色区域则表示信号中每次都相同的部分。在下一张图中，您可以看到脉冲序列中的单个瞬态毛刺。

示波器的快速采集模式可能会显示单个过窄的脉冲。

图2. 在脉冲序列中发现单个瞬态故障。

示波器最强大的功能之一是触发。例如，高性能示波器的触发系统可以检测到宽度小于200 ps 的瞬态毛刺。脉冲宽度触发等高级触发类型可用于捕获和分析一系列时长或幅度变化的射频脉冲中的特定脉冲。触发抖动是实现可重复测量的关键因素，理想情况下应小于 1 ps rms。

像泰克MDO4000C这样的混合域示波器可以提供额外的触发优势，能够同时触发和采集多个通道的信号。这使得模拟、数字和射频域的信号采集在时间上是相关的，并且可以观察射频信号的频谱和矢量特性如何随时间变化，以及模拟和数字信号的变化情况。

泰克示波器配备的全自动脉冲时序测量套件，与先进的触发系统相辅相成，可实现更一致的测量结果。单键即可选择上升时间、下降时间、脉冲宽度和其他参数，从而简化测量过程并节省时间。

频谱分析仪测量

传统的扫频频谱分析仪是一种简单的射频检测器，它能够有效地扫描选定的射频频率范围。这样就能显示选定频率范围内所有信号的组合射频频谱。虽然有些射频频谱测量可以通过在频谱显示器上标记来手动完成，但由于手动测量非常繁琐，大多数仪器通常都采用自动化程序。常见的自动化测量包括占用带宽(OBW)、互补累积分布函数 (CCDF) 和邻道功率比 (ACPR)，后者也称为频谱再生。

占用带宽对于脉冲雷达而言最为重要。大多数雷达必须满足特定的带宽要求，以避免干扰工作在附近频率的射频系统。该测量方法会检查信号的射频频谱，并找到最高幅度值。然后，对整个频谱上的功率进行积分，从而得出指定百分比的总功率所占用的带宽。

然而，若要获得更强大的功能，您需要使用实时频谱分析仪(RSA)。这类仪器具有类似于扫频频谱分析仪的射频转换部分。数字化采样数据由硬件 DSP 直接处理，并可同时保存到内存或硬盘中。该硬件处理器执行离散时间变换，生成射频频谱信息。这可以实现对选定频率事件的实时触发，或显示数字荧光频谱，从而发现射频瞬态信号并显示同频时分复用的射频信号。例如，如果没有荧光模拟，下图只会显示较大的线性调频 (LFM) 信号，而连续波 (CW) 信号则“凸显”在左上方。但有了荧光模拟，您可以看到第二个功率较低的 LFM 信号，其频率与 LFM 信号重叠。此外，还可以观察到几个单频脉冲载波和两个连续波 (CW) 干扰信号。

一个频段内出现多个啁啾声

与我们的示波器一样，泰克RSA频谱分析仪通过自动脉冲测量，提高信号细节和测量重复性，从而节省用户时间并提升工作效率。在某些情况下，像泰克RSA7100B这样的频谱分析仪功能更强大，可以存储长达两小时的采集数据，识别其中的脉冲，并测量每个脉冲的全套参数，例如时序、频率和相位参数。此外，还可以对结果进行进一步处理，以显示趋势或识别发射机。

如今雷达系统采用多种技术，因此需要一系列测试设备来进行高级分析和故障排除。为了在当今环境中取得成功，设计人员需要功能强大的工具来验证采用先进扫描方法的设计——这些工具能够处理复杂的雷达基带、中频和射频信号，并识别多系统干扰。此外，为了全面表征调制脉冲雷达，必须在时域和频域进行分析。这就需要同时使用时域仪器（例如高性能示波器）和频域仪器（例如实时频谱分析仪）。