R&S?射頻端口校準(zhǔn)軟件配合R&S?SMW-K545選件，可為校準(zhǔn)和對齊多臺耦合雙路徑或單路徑R&S?SMW200A矢量信號發(fā)生器的射頻端口之間的幅度、群延遲和相位提供標(biāo)準(zhǔn)且量身定制的解決方案。此外，R&S?脈沖序列器軟件支持用戶計(jì)算用于干涉儀測向(DF)測試案例所需的信號。結(jié)合上述軟件包與R&S?SMW200A信號發(fā)生器硬件，可實(shí)現(xiàn)精確的到達(dá)角(AoA)仿真，從而測試干涉儀測向儀或輻射源定位系統(tǒng)的實(shí)際性能。

圖1：該圖展示了一種配備四個射頻端口的裝置，用于寬帶I/Q調(diào)制;同時配備矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和功率傳感器，以采集校正數(shù)據(jù)。R&S?射頻端口校準(zhǔn)軟件可輕松實(shí)現(xiàn)射頻端口間信號的精確對齊。它可在用戶定義的參考平面上補(bǔ)償射頻端口之間的幅度、群延遲和相位偏移。R&S?脈沖序列器軟件支持通過簡單直觀的圖形用戶界面定義AoA測試用例。

您的任務(wù)

許多現(xiàn)代軍用飛機(jī)在其自衛(wèi)系統(tǒng)中都配備了先進(jìn)的電子支援措施(ESM)。ESM系統(tǒng)通常采用干涉儀測向儀來確定輻射源信號的到達(dá)角。與早期僅基于幅度的測向技術(shù)的簡單雷達(dá)告警接收機(jī)相比，這些先進(jìn)系統(tǒng)能夠以更高的精度定位輻射源。此外，干涉儀測向儀能夠更好地應(yīng)對來自多個發(fā)射源的信號同時到達(dá)的情況。

干涉測量測向利用了這樣一個事實(shí)：入射到天線陣列的信號在每個陣元上都會產(chǎn)生不同的相位偏移。可采用多種算法來非常精確地確定到達(dá)角(AoA)。

一種AoA模擬器需要足夠靈活，既能提供用于早期硬件驗(yàn)證的簡單雷達(dá)脈沖，也能提供用于系統(tǒng)級測試的復(fù)雜多發(fā)射源場景。

如果工程師能夠在實(shí)驗(yàn)室中輕松生成多種信號，以針對各種發(fā)射機(jī)場景驗(yàn)證被測設(shè)備的性能，那么開發(fā)和測試定向儀的任務(wù)將大大簡化。

理想情況下，模擬器硬件應(yīng)采用現(xiàn)成的商業(yè)解決方案(COTS)，從而無需再設(shè)計(jì)昂貴且缺乏靈活性的定制硬件。為了實(shí)現(xiàn)對AoA仿真最精確的信號生成，測試裝置應(yīng)提供一種用戶友好的選項(xiàng)，以便在指定參考平面上精確對齊射頻端口之間的幅度、群延遲和相位。

定義信號和創(chuàng)建復(fù)雜場景也必須簡單易行，避免耗費(fèi)大量時間編寫額外的仿真軟件。

圖2：此設(shè)置適用于使用兩臺耦合的雙路徑R&S?SMW200A矢量信號發(fā)生器，模擬多個發(fā)射源的到達(dá)角(AoA)。R&S?脈沖序列軟件可自動計(jì)算射頻端口的相對群時延、相對相位或相對幅度值。

羅德與施瓦茨解決方案

R&S?SMW200A矢量信號發(fā)生器可提供兩條高達(dá)44 GHz的射頻通道。多個R&S?SMW200A發(fā)生器可進(jìn)行耦合，組成一款緊湊且可擴(kuò)展的仿真器，以生成相位相干的射頻信號。

為實(shí)現(xiàn)所有射頻路徑之間的相位一致性，R&S?SMW200A信號源中的所有I/Q調(diào)制器必須使用相同的本振(LO)信號。為此，可將主R&S?SMW200A內(nèi)部的本振信號以菊花鏈方式分配至所有從屬R&S?SMW200A信號源?；蛘?，LO信號也可由外部源(如R&S?SMA100B)提供，并以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分配至R&S?SMW200A發(fā)生器，以實(shí)現(xiàn)最佳的對稱性配置。此外，各發(fā)生器之間還共享內(nèi)部時鐘和觸發(fā)信號，以確保同步運(yùn)行。

R&S?射頻端口校準(zhǔn)軟件配合R&S?SMW-K545選件，可將模擬器設(shè)置的復(fù)雜校準(zhǔn)任務(wù)變得極為簡單。用戶可通過網(wǎng)頁GUI訪問多射頻端口設(shè)置的校準(zhǔn)程序。用戶只需配置好設(shè)置，定義好電纜、耦合器等即可。對于去嵌入處理，請將每個射頻輸出連接至矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，例如R&S?ZNA或R&S?ZNB，然后啟動校準(zhǔn)。R&S?射頻端口校準(zhǔn)軟件會自動采集校正數(shù)據(jù)，以在用戶定義的參考平面上對射頻路徑進(jìn)行幅度、群延遲和相位(同時涵蓋整個I/Q調(diào)制帶寬)的校準(zhǔn)。

圖3：示意圖，說明入射角theta如何導(dǎo)致DF天線陣列中產(chǎn)生不同的相位偏移。

打開燈箱

評估不同的測向算法

開發(fā)過程中典型的測試用例是評估和比較不同的DF算法。相關(guān)的比較標(biāo)準(zhǔn)包括：例如，某種算法可達(dá)到的角度分辨率，以及信噪比對特定算法所得DF精度的影響。以下描述了一個使用線性四通道天線陣列測試DF接收機(jī)的示例場景。

圖3示出了線性DF天線陣列的工作原理。當(dāng)波前以角度Θ入射到陣列時，由于發(fā)射源與各天線單元之間的距離不同，每個天線單元接收到的信號都會相對于其他單元產(chǎn)生相位偏移。圖3顯示了數(shù)組中第一個與最后一個元素之間距離的差值，記為Δd。隨后，可利用DF算法評估天線單元之間的相位偏移，從而確定入射信號的確切到達(dá)角(AoA)。

本示例的測試設(shè)置由兩臺耦合的雙路徑R&S?SMW200A組成，可提供如圖2所示的四路相位相干信號。在使用R&S?脈沖序列軟件定義場景時，DF天線陣列的四個單元分別被分配至R&S?SMW200A發(fā)生器的四個端口之一。然后，每個發(fā)生器的射頻端口均連接至DF接收機(jī)(被測設(shè)備)的相應(yīng)射頻輸入端。在儀器上運(yùn)行該場景時，所有必要的幅度、群延遲和相位校正系數(shù)都會自動應(yīng)用，以確保四個信號在DF接收機(jī)的射頻輸入端具有所需的相位關(guān)系。R&S?脈沖序列器軟件可計(jì)算DF接收機(jī)射頻輸入端口預(yù)期的信號。不同的場景可針對各種需求評估DF接收機(jī)的性能。

圖4：使用R&S?脈沖序列器軟件配置的測向場景預(yù)覽。在本示例中，飛機(jī)沿圓形軌跡逆時針飛行，并經(jīng)過位置(1)和(2)。上述示例中所描述的測向接收機(jī)的線性天線陣列假定位于飛機(jī)機(jī)翼或機(jī)身內(nèi)用戶自定義的某個位置。

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示例用例

以下示例展示了如何將R&S?脈沖序列器軟件與經(jīng)校準(zhǔn)的仿真器設(shè)置配合使用，以在同一DF場景中評估兩種不同DF算法的性能。在本示例中，采用了真實(shí)的射頻DF硬件和真實(shí)的射頻信號。

示例DF場景

一架飛機(jī)沿圓形軌跡繞著兩個輻射源飛行(參見圖4中的場景)。該飛機(jī)搭載了一個四元件線性天線陣列，天線陣列側(cè)向指向，用于確定兩個輻射源信號的到達(dá)角。隨著飛機(jī)沿其軌跡飛行，這兩個輻射源之間的到達(dá)角差異逐漸減小，使得兩個角度越來越難以區(qū)分。

圖5：不同位置的DF結(jié)果

方向角估計(jì)由DF接收機(jī)處理單元中內(nèi)置的DF算法執(zhí)行。作為示例，應(yīng)用了兩種不同的算法(巴特利特和卡彭)，并對其在DF場景下的理論性能進(jìn)行了評估。圖5顯示了在搭載測向接收機(jī)(DUT)的飛機(jī)不同位置時，兩種算法所給出的角度估計(jì)結(jié)果。第一個方位角是在軌跡上的位置(1)處測得的，此時入射角差異仍較大。兩種算法均能區(qū)分發(fā)射源1和發(fā)射源2，并且結(jié)果準(zhǔn)確。第二張圖展示了位置(2)的測試結(jié)果。結(jié)果顯示，只有Capon算法仍能提供準(zhǔn)確的方位估計(jì)，而Bartlett算法則無法分辨這些發(fā)射源。此估算僅考慮了相位信息，未涉及其他發(fā)射器特性。

此外，還可針對兩種DOA算法評估DF精度(即模擬值與估計(jì)值之間的差異)。下表提供了模擬值與估計(jì)值的對比：

模擬方位角 巴特利特 卡彭

發(fā)射器1 發(fā)射器2 發(fā)射器1 發(fā)射器2 發(fā)射器1 發(fā)射器2

290.0° 240.0° 298.3° 230.6° 290.4° 239.5°

280.0° 260.0° 未提供 未提供 283.3° 257.4°

這一理論示例清晰地展示了不同DF算法如何處理同一場景，它充分表明，在開發(fā)過程中盡早開展系統(tǒng)測試——包括射頻硬件和相關(guān)DF處理算法——至關(guān)重要。

羅德與施瓦茨的DF場景模擬器

R&S?脈沖序列器軟件與多臺耦合且已校準(zhǔn)的R&S?SMW200A信號發(fā)生器相結(jié)合，可提供強(qiáng)大的場景仿真功能，從而只需付出相對較少的努力，即可模擬并生成大量相關(guān)的DF場景及真實(shí)射頻信號。

這使得能夠針對各種威脅場景對測向儀進(jìn)行精確表征。DF場景模擬的靈活性使R&S?SMW200A配合相關(guān)軟件包成為執(zhí)行此項(xiàng)任務(wù)的理想解決方案。

主要優(yōu)勢

緊湊且可擴(kuò)展的多通道信號發(fā)生器配置

在用戶自定義參考平面上，對多個射頻端口之間的幅度、群延遲和相位進(jìn)行高精度、易于操作的校準(zhǔn)

使用多個發(fā)射器/干擾源快速靈活地生成場景

具備2 GHz調(diào)制帶寬，信號精度高

模擬6個自由度(DoF)運(yùn)動

模擬多個同時發(fā)射器