Anti-spoofing / anti-jamming radar testing with FMCW and chirp capabilities using low-cost portable and programmable RF signal generators
Posted on Thursday, May 07, 2020
FMCW 및 처프 (펄스 선형 주파수 변조) 레이더는 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 레이더 중 일부입니다. 이러한 유형의 레이더는 방위 / 항공 우주뿐만 아니라 다양한 민간 용도로 사용됩니다. 방어의 경우 FMCW 및 처프 레이더는 레이더 아래 비행, 감시 및 표적 시스템을위한 지형 추적 레이더에 사용됩니다. 민간용으로 FMCW 및 처프 레이더는 ADAS (Advanced Driver Assistance System), 자율 주행 차량, 레이더 고도계, 항공 교통 제어, 해양 내비게이션 레이더, 석유 / LNG 저장 탱크 레벨 측정 및 날씨에서 볼 수 있습니다. 일반적인 FMCW 및 처프 레이더는 C- 밴드 (4GHz ~ 8GHz), X- 밴드 (8GHz ~ 12GHz) 및 Ku- 밴드 (12GHz ~ 18GHz)에서 작동합니다. 그러나 77GHz 자동차 레이더와 같이 밀리미터 파 대역에서 잘 작동하는 최신 레이더가 많이 있습니다.
주파수 변조 (FM) 및 FM 펄스 레이더를 사용하면 각각 단순 연속파 (CW) 또는 변조되지 않은 펄스 레이더보다 향상된 성능을 제공합니다. 처프 레이더는 펄스 화 된 선형 FM 신호를 사용하며 펄스 압축 기술을 사용하여 매우 높은 피크 전력 레벨과 짧은 펄스 길이를 필요로하는 비 압축 펄스 레이더의 한계를 극복 할 수도 있습니다. FMCW 레이더와 마찬가지로 처프 레이더를 사용하여 근접하거나 어수선한 곳에서 진공관이나 더 복잡한 고체 상태의 고전력 증폭기 ( HPA).여러 대상을 구별 할 수 있다.
FMCW 및 처프 레이더를 전송, 수신 또는 처리하는 디지털 및 RF 하드웨어를 테스트하려면 FMCW 또는 처프 변조 기능이있는 신호 발생기가 필요합니다. 또한 신호 발생기는 레이더 구성 요소의 작동 주파수에 도달 할 수 있어야합니다. 레이더는 매우 민감한 측정 장비이므로 노이즈, 위상 노이즈 및 고조파와 같은 신호 발생기 성능의 다른 측면도 중요합니다. 우수한 성능의 신호 발생기는 업 컨버전 / 다운 컨버전이 필요한 레이더 테스트 중에 LO 소스로 사용할 수도 있습니다.
스펙트럼 / 신호 분석기와 함께 신호 발생기를 사용하여 레이더 송신기 하드웨어를 테스트 할 수 있지만, 나머지 변환 및 처리 회로도 테스트 중이 아닌 경우 일반적으로 신호 발생기 만 레이더 수신기 하드웨어를 테스트하는 데 필요합니다. 신호 발생기는 보정 된 전력 및 잡음 값을 제공 할 수 있고 레이더 시스템의 추가 잡음 수준을 결정할 수 있기 때문에 신호 발생기는 레이더 수신기 회로에서 신호 대 잡음비 (SNR) 테스트를 수행하는 데 자주 사용됩니다. SNR은 레이더 센서의 최대 범위 (최저 전력)를 나타 내기 때문에 레이더 수신기의 중요한 측정입니다.
레이더 용으로 특별히 설계된 디지털 신호 처리 (DSP) 회로와 함께 직접 디지털 합성 (DDS) 및 직접 디지털 변환 (DDC) 기술에 의존하는 최신 레이더를 사용하더라도 FMCW 및 처프 신호 발생기는 레이더 회로 테스트에 유용합니다. , 이러한 레이더의 RF 하드웨어는 기본적으로 이전 레이더와 동일하지만 주파수 변환 단계가 더 적을 수 있습니다. 많은 수의 송신 / 수신 모듈 (TRM) 및 안테나 요소가있는 최신 어레이 레이더조차도 기본적으로 동일한 방식으로 작동하며, 더 많은 RF 하드웨어를 사용하면 더 실질적인 디지털 처리 시스템이됩니다.
현대 레이더의 사용 사례를 감안할 때 이러한 레이더가 사용되는 환경 (육상, 항공 및 해군 플랫폼)이 원격 또는 이동식 공급 / 서비스 스테이션 인 경우가 많기 때문에 서비스 및 테스트에 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. 일반적인 벤치 탑 신호 발생기를위한 충분한 공간이있는 이상적인 실험실 테스트 조건에서는 레이더 테스트와 관련된 문제가 훨씬 적습니다. 그러나 손상되거나 오작동하는 레이더를 추출하여 자격을 갖춘 실험실로 레이더를 배송하면 레이더 장치를 현장에서 서비스하는 것보다 더 많은 비용과 지연이 발생할 수 있습니다. 따라서 현장 서비스 및 최신 레이더 테스트에 사용할 수있는 저렴하고 견고하며 휴대 가능한 신호 발생기가 필요합니다. 또한 이러한 소형 신호 발생기 중 다수를 동기화하면서 동시에 프로그래밍하고 사용할 수 있다면 어레이 레이더를보다 효과적이고 빠르게 테스트하는 데 사용할 수도 있습니다.
FMCW and FM Radar Benefits
- Wider bandwidth/better range resolution
- Lower power solid-state components may be used to reduce cost and complexity
- Relatively simple circuitry
- Multi-target discrimination is possible
- Good accuracy
FMCW Radar Range Resolution as a Function of Bandwidth
| Bandwidth (MHz) |
Resolution (m) |
| 0.05 |
3000 |
| 0.1 |
1500 |
| 0.5 |
300 |
| 1 |
150 |
| 2 |
75 |
| 5 |
30 |
| 10 |
15 |
| 100 |
1.5 |
| 1000 |
.15 |
| 10000 |
.015 |
Modern Radar Key Performance Goals
- Range
- Resolution
- Accuracy
- Dynamic Range
- Multi-input Multi-output/Polarimetric channels orthogonality
- Low probability of Intercept
- Low probability of detection
- Low interference
- High transmitter exploitation, or low/unitary crest factor
- Low sidelobe level of the autocorrelation of the transmitted pulse
Advantages of Pulse Compression
- Enables use of solid-state power amplifiers
- Lower pulse power
- Enhanced range resolution
- Enhanced maximum range
- More challenging to detect
- Improved jamming immunity
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