现场精确验证雷达系统性能

作者：Rolland Zhang，是德科技公司产品经理

雷达系统用于多种应用，从交通执法到天气预报。其中一些是关键任务系统，这意味着任何故障或故障都会危及生命。为了帮助确保良好的结果并延长系统正常运行时间，日常维护和偶尔的故障排除和维修是必不可少的。所有这些都必须在恶劣的环境条件下快速、准确和可靠地完成。

雷达安装和维护的现实使这变得困难。由于任务关键型系统通常非常复杂，因此需要台式口径的结果;然而，使用台式设备在现场进行准确测量并不容易。幸运的是，现在可用的突破性技术为系统维护人员提供了一种在现场测试关键任务雷达系统的新方法。

基础

雷达系统分为几个类别，例如气象、民用空中交通管制和军用防空。广泛使用的关键任务系统的一个典型例子是商业空中交通管制。这些发射和接收波形——脉冲、未调制连续波 (CW) 和 FM-CW——在处理时提供有关目标范围、大小和形状的重要信息;速度和轨迹;方位角和仰角;和飞机识别。

在现场对雷达系统和组件进行表征和故障排除时，通常需要在各种测试条件下测量时域和频域性能。鉴于当今系统的复杂性，维护人员还必须协调和比较两个域中的波形。维护人员甚至可能需要测试和调整各种雷达功能块或线路可更换单元 (LRU)。

传统上，此类测试是使用多个台式仪器进行的。在 LRU 级别尤其如此，这通常需要在时域和频域(例如，绝对和相对幅度和相位)以及这些测量的各种组合中进行一组基本测量。

涵盖所有必要的测量通常需要三个或四个单独的仪器。例如，峰值功率计用于测量作为时间函数的发射机的绝对幅度，但需要频谱分析仪来测量作为频率函数的绝对幅度。在进行相对测量时，峰值功率计可以测量波形的相对时间和幅度，但需要矢量网络分析仪 (VNA) 或矢量电压表来测量幅度/相位与频率的关系。

图 1 显示了过去几十年来通常用于现场测试民用航空雷达的仪器。由于大多数此类设备都是为室内使用而设计的，因此测试场地必须有天气保护，以确保安全、准确的操作。

图 1：台式仪器通常需要几分钟的预热时间，这对于现场使用来说并不理想。

这种传统方法还有其他几个问题。首先，台式仪器的精度通常由制造商指定，仅在设定温度(例如，23°C ±5°C)下操作时。在现场，测试可能会在广泛的环境条件下进行，从而导致测量数据的不确定性。

其次，维护人员经常使用较旧的台式设备，当它的支持寿命结束时，这些设备将变得难以维护或维修。切换到较新的仪器有利于降低总体测试成本，因为许多仪器具有三年保修和更低的总体维护成本。较新的仪器通常还提供更高的性能、更高的精度和特定于应用的功能。然而，一对一的仪器更换并不是雷达应用中的最佳解决方案。

如今，组合式或一体式分析仪(请参阅下面的边栏“FieldFox 一体式分析仪”)提供多仪器功能，为测试雷达系统提供方便且经济的解决方案。确保成功、准确结果的关键当然是选择合适的仪器。

使用现场就绪技术

凭借长电池寿命、重量轻和内置 GPS，组合分析仪专为现场测试而设计。坚固的全密封外壳(无风扇或通风口)符合美国 MIL-PRF-28800F 2 类要求，符合 MIL-STD-810G 方法 511.5、程序 1 要求(在爆炸性环境中操作)，并且还符合 IEC/EN 60529 IP53 防尘防水要求，可在最恶劣的环境中延长耐用性。

组合分析仪还可以支持远程操作，例如通过在各种 Apple iOS 设备上运行的应用程序。这对于在同时操作雷达系统的某些部分时可能难以控制和观察分析仪的测试环境来说是理想的选择。

类似的台式仪器被指定在设定温度下运行，并且需要很长的预热时间。可以补偿从 –10°C 到 55°C 的温度变化的组合分析仪已准备好在开启时以及在指定范围内的任何温度变化下进行高度准确的频谱测量。

同样重要的是，组合分析仪时域和频域测量必须与使用台式仪器在开发过程中获取的基准数据相关联(图 2 和图 3)。

图 2：这些 S 模式发射机的时域测量显示使用 8990A 峰值功率分析仪(左)和 FieldFox 组合分析仪(右)进行的 P2 到 P6 第一同步相位反转。

图 3：在基于铁氧体环行器的射频双工器的频率响应测量中，在网络分析仪模式下运行的 FieldFox 组合分析仪产生的结果(右)与 8753D 台式 VNA(左)的结果几乎相同。

降低维护成本

使用现代现场就绪技术的一个主要好处是降低了总体资本和运营支出。例如，单个组合分析仪可以取代传统上用于现场民用雷达测试的所有四种射频仪器，其成本远低于单个可比台式仪器的成本。此外，与传统的每年四次校准加备件的方法相比，减少校准要求(每年只需一次)可以将年度成本降低多达五倍。由于组合分析仪处于其生命周期的早期，因此几乎不需要维护备件或备用仪器，这两者都会显着增加整体测试成本。

边栏：FieldFox 一体化分析仪

FieldFox 组合分析仪提供图 1 所示四种仪器的所有测量能力。1，并且可以配置多种测量功能，频率覆盖范围为 30 kHz 至最大 50 GHz。通过添加峰值功率传感器，FieldFox 提供了一种解决方案，可以轻松携带到测试现场，以测量雷达系统的时间和频率性能。例如，FieldFox 组合分析仪具有测试到 LRU 级别所需的功能。支持的测量包括高达 40 GHz 的完整脉冲分析能力，带有 USB 峰值功率传感器和发射机主脉冲到辅助脉冲的相对定时测量。FieldFox 分析仪还通过矢量电压表模式支持稳定的本地振荡器 (STALO) 相位校准。

FieldFox 获得的 S 参数结果可在百分之几分贝内跟踪世界上性能最高的 VNA，并在十分之一分贝内匹配世界上性能最高的频谱分析仪。这种相关程度增加了对测量结果的信心，还降低了通过不良 LRU 或使良好 LRU 失败的风险。

FieldFox 在是德科技所有复杂的微波或毫米波仪器中故障率最低。事实上，FieldFox 提供了所有复杂射频、微波和毫米波仪器中最高的可靠性，与同类台式仪器相比，这将总体测试成本降低了至少 50%。标准的三年保修还降低了整体维修成本。

审核编辑：汤梓红