Signal Hound VSG25A: Пример применения в сценариях радиолокационного тестирования

Signal Hound VSG25A: Пример применения в сценариях тестирования радаров

Радарные системы, особенно современные компактные радары для автомобилей, промышленных применений и беспилотных летательных аппаратов (БЛА), требуют строгого тестирования ключевых компонентов (таких как приемники, сигнальные процессоры и антенны), чтобы обеспечить точность обнаружения, дальность действия и антиинтерференционную способность. Специализированный производитель радиарных компонентов столкнулся с проблемами при тестировании недавно разработанного 24 ГГц FMCW (частотно-модулированная непрерывная волна) автомобильного радиарного приемника: традиционные радиарные тестовые системы были громоздкими, дорогими и не обладали гибкостью в настройке параметров сигнала, что затрудняло эффективное моделирование различных реальных сценариев радиарных сигналов. Чтобы решить эти проблемы, производитель принял решение использовать генератор векторных сигналов Signal Hound VSG25A, используя его широкий диапазон частот, высокую точность сигнала и бесперебойную интеграцию с программным обеспечением Spike для создания гибкой и экономически эффективной радиарной тестовой платформы. Этот случай подробно описывает, как VSG25A поддерживает тестирование радиарных приемников и оптимизирует процесс исследований и разработок.

1. Предыстория и проблемы

Производитель разрабатывал 24-гигагерцовый автомобильный радарный приёмник FMCW, который является критически важным для функций систем помощи водителю (ADAS), таких как адаптивный круиз-контроль и предотвращение столкновений. Во время этапа тестирования в рамках исследования и разработки команда столкнулась с тремя ключевыми проблемами:

• Необходимость высококачественного генерации сигналов FMCW: Радары FMCW используют линейно частотно-модулированные сигналы для измерения расстояния и скорости. Тестовая система требовала генерации 24-гигагерцовых сигналов FMCW с высокой линейностью, низким фазовым шумом и точными параметрами модуляции (например, полосой пропускания, скоростью изменения частоты). Традиционные генераторы сигналов либо не охватывали 24-гигагерцовую полосу, либо не могли обеспечить линейность сигналов FMCW, что приводило к неточной оценке производительности приёмника.

• Сложности в моделировании сложных сценариев радара: Автомобильный радар в реальной жизни работает в сложных условиях с множеством целей (например, другие автомобили, пешеходы) и помехами (например, другие радиосистемы, фоновый радиочастотный шум). Предыдущая тестовая установка могла генерировать только однотонные или простые модулированные сигналы, что не позволяло моделировать сценарии с множеством целей и помехами, которые являются важными для проверки антипромышленных и многозадачных функций приема радиосигналов.

• Неэффективный тестовый процесс и анализ данных: Дискретное тестовое оборудование (генератор сигналов, спектральный анализатор и осциллограф) требовало ручной настройки параметров и обработки данных. Настройка параметров FMCW-сигнала и анализ выходных сигналов приемника занимали много времени (каждая итерация теста занимала около 20 минут), что серьезно замедляло скорость итерации разработки радиоприемника.

Производителю срочно понадобилась тестовая система, которая могла бы генерировать высококачественные радарные сигналы, моделировать сложные сценарии и упростить процесс тестирования. После комплексной оценки был выбран генератор векторных сигналов Signal Hound VSG25A (в паре с анализатором спектра SA124B) и программное обеспечение Spike. Диапазон частот 9 кГц–25 ГГц у VSG25A идеально соответствовал 24-ГГц радарному диапазону, а интеграция с программным обеспечением Spike позволила осуществить единый контроль и анализ данных в реальном времени.

2. Концепция тестовой системы

Суть решения заключается в использовании VSG25A для генерации настраиваемых радарных сигналов (включая сигналы FMCW и сложные многоцелевые/интерференционные сигналы) и в использовании беспрепятственной интеграции с программным обеспечением Spike для реализации единообразной настройки сигналов, сбора данных в реальном времени и автоматического анализа. Конкретная схема тестирования и логика интеграции выглядят следующим образом:

2.1 Настройка аппаратного обеспечения

Тестовая система состоит из четырех основных компонентов: генератор векторных сигналов Signal Hound VSG25A, спектральный анализатор Signal Hound SA124B, DUT (устройство под тестом: 24 ГГц FMCW радарный приемник) и рабочая станция под управлением Windows 10. VSG25A подключен к рабочей станции через USB 3.0 для питания и передачи данных; SA124B также подключен к рабочей станции через USB для реального времени сбора выходных сигналов DUT. RF выходной порт VSG25A подключен к RF входному порту DUT (через 20 дБ аттенюатор для защиты переднего усилителя DUT), а выходной порт данных DUT подключен к рабочей станции через последовательный порт для передачи обработанных данных о расстоянии и скорости. Это образует замкнутую тестовую систему, охватывающую генерацию радарных сигналов, обработку приемника и анализ данных.

2.2 Интеграция программного обеспечения и настройка сигналов

Программное обеспечение Spike служит единым центром управления и анализа, реализуя три ключевые функции в сотрудничестве с VSG25A:

• Настройка пользовательского FMCW-сигнала: Инженеры используют встроенный в Spike инструмент для редактирования произвольных форм волн, чтобы настроить параметры FMCW-сигнала, включая центральную частоту (24 ГГц), полосу пропускания чирп-сигнала (500 МГц), скорость изменения чирп-сигнала (100 кГц/с) и длительность сигнала. Программное обеспечение поддерживает реальное время настройку параметров, позволяя быстро генерировать FMCW-сигналы с различными характеристиками для тестирования производительности приемника в различных условиях работы.

• Моделирование сложных сценариев: С помощью функции комбинирования сигналов Spike VSG25A может генерировать составные сигналы, имитирующие сценарии с несколькими целями и помехами. Например, инженеры могут комбинировать несколько FMCW-сигналов с разными параметрами задержки и доплеровского сдвига, чтобы имитировать несколько целей на разных расстояниях и соразными скоростями, или добавлять узкополосные помехи (имитирующие другие радарные системы) к FMCW-сигналу для тестирования противопомехоустойчивости приемника.,

• Реального времени совместный анализ данных: Программное обеспечение Spike одновременно отображает выходную сигнальную форму ВСГ25А, спектр входного сигнала приемника, собранного СА124В, и данные о выходном расстоянии/скорости ИСП в одном и том же интерфейсе. Он автоматически сравнивает измеренные значения ИСП с теоретическими значениями (вычисленными на основе параметров сигнала ВСГ25А), чтобы оценить точность обнаружения приемника, и с одним кликом генерирует тестовые отчеты.

3. Процесс реализации и ключевые сценарии тестирования

Команда использовала интегрированную систему ВСГ25А - Spike для выполнения трех основных сценариев тестирования приемника 24 ГГц FMCW- радара: тестирование отклика на FMCW- сигнал, тестирование обнаружения нескольких целей и тестирование антиинтерференционного качества. Конкретный процесс реализации выглядит следующим образом:

3.1 Тестирование отклика на FMCW- сигнал

Этот тест проверяет, может ли радарный приемник правильно демодулировать сигнал FMCW и рассчитать расстояние до цели на основе сигнала разностной частоты:

1. Настройка сигнала в Spike: Инженеры открыли программное обеспечение Spike и выбрали режим "Произвольная форма сигнала". Они настроили VSG25A на генерацию сигнала FMCW с частотой 24 ГГц, шириной полосы chirp 500 МГц, скоростью chirp 100 кГц/с и выходной мощностью -10 дБм. Одновременно программное обеспечение настроило SA124B на сбор сигналов в диапазоне 23,75–24,25 ГГц (покрывающем полосу сигнала FMCW) с шириной разрешающей полосы (RBW) 100 кГц.

2. Передача сигнала и сбор отклика приемника: VSG25A вывел сигнал FMCW на устройство под тестом (DUT). Радарный приемник демодулировал сигнал, чтобы сгенерировать сигнал разностной частоты (пропорциональный расстоянию до цели), и передал рассчитанные данные о расстоянии на рабочее место через последовательный порт. Программное обеспечение Spike в режиме реального времени отображало форму сигнала FMCW VSG25A и спектр сформированного SA124B сигнала разностной частоты.

3. Оценка точности: Инженеры сравнили измеренное приемником расстояние (вычисленное по частоте биений) с теоретическим расстоянием (выведенным из параметров линейно-частотного модуляции (ЛЧМ) VSG25A). Результаты теста показали, что ошибка измерения расстояния приемником была менее 0,5%, что соответствует требованиям дизайна. Spike автоматически записал тестовые данные и сгенерировал отчет о характеристиках отклика.

3.2 Тестирование обнаружения нескольких целей

Этот тест проверяет способность приемника различать и обнаруживать несколько целей одновременно:

4. Генерация сигнала нескольких целей: В программном обеспечении Spike инженеры создали составной сигнал, состоящий из трех подсигналов FMCW, каждый из которых имитировал цель на разных расстояниях (50 м, 100 м, 150 м) и со скоростями (0 км/ч, 30 км/ч, 60 км/ч). Подсигналы имели одинаковую центральную частоту (24 ГГц), но разную задержку ЛЧМ (имитирующую расстояние) и доплеровский сдвиг (имитирующий скорость). VSG25A вывел составной сигнал на устройство под тестом с выходной мощностью -15 дБм.

5. Анализ реального времени обнаружения: Радарный приемник обрабатывал составной сигнал и выводил информацию о обнаруженных целях (расстояние, скорость) на рабочее место. Программное обеспечение Spike отображало составную сигнальную форму VSG25A и список обнаруженных приемником целей на одном и том же интерфейсе. Инженеры могли четко наблюдать, может ли приемник правильно различать три цели без ложных срабатываний или пропусков обнаружения.

6. Оптимизация параметров: Во время теста команда обнаружила, что приемнику было трудно различать цели на расстоянии 50 м и 100 м при низком соотношении сигнал-шум (SNR). Они скорректировали параметры сигнала VSG25A (увеличив выходную мощность на 3 дБ) с помощью функции реального времени Spike и сразу же повторили тест. Затем приемник правильно обнаружил все три цели, подтвердив эффективность оптимизации параметров.,

3.3 Тестирование антиинтерференционного качества

Этот тест проверяет способность приемника работать нормально при воздействии помех от других радарных систем:

7. Настройка интерференционного сигнала: В программе Spike инженеры настроили VSG25A на генерацию сложного сигнала, содержащего основной сигнал FMCW на 24 ГГц (симулирующий цель) и узкополосный интерференционный сигнал на 24,1 ГГц (симулирующий другой автомобильный радар). Мощность интерференционного сигнала была установлена на 5 дБ ниже мощности основного сигнала.

8. Оценка устойчивости к помехам: VSG25A вывел сложный сигнал на устройство под тестом. Программа Spike в реальном времени отслеживала данные о расстоянии, полученные на выходе приемника, и спектр сигнала, собранный SA124B. Результаты теста показали, что ошибка измерения расстояния приемника увеличилась менее чем на 1% при воздействии помех, что находится в допустимом диапазоне. Когда мощность интерференционного сигнала была увеличена до уровня мощности основного сигнала, приемник по-прежнему продолжал стабильно обнаруживать цель, демонстрируя превосходную антиинтерференционную способность.,

4. Результаты и предоставленная ценность

Применение интегрированной системы VSG25A-Spike привело к значительным улучшениям в рабочем процессе разработки и тестирования радарного приемника у производителя:

• 70% улучшение эффективности тестирования: Единая настройка параметров и реальное время обратной связи по данным сокращали время для каждой итерации тестирования с 20 минут (дискретная настройка) до 6 минут. Три основные сценарии тестирования были выполнены за 3 часа, по сравнению с 8 часами при предыдущей настройке, что значительно ускорило скорость итерации в разработке.

• Увеличенная гибкость сценариев тестирования: Возможность VSG25A генерировать настраиваемые FMCW-сигналы и составные сигналы помехи позволила команде имитировать различные реальные сценарии работы радара, что было невозможно при предыдущей настройке тестирования. Это обеспечило полноту проверки характеристик приемника, снизив риск отказов в полевых условиях.,

• Снижение затрат: Интегрированная система VSG25A-Spike заменила необходимость в дорогом специализированном оборудовании для радиотестирования (стоимость которого превышает $100 000), снизив первоначальные инвестиции в тестовое оборудование на 60%. Упрощенная операция также снизила стоимость обучения тестовых инженеров, так как им нужно было только овладеть одним программным интерфейсом.

• Улучшение точности тестирования: Высокая точность сигнала VSG25A (низкий фазовый шум -130 дБс/Гц при 24 ГГц, смещение 10 кГц) и линейное формирование сигнала FMCW обеспечивали точность тестовых сигналов. Функция автоматического сравнения и записи данных в программном обеспечении Spike снизила человеческие ошибки при анализе данных, повысив надежность результатов тестирования.

5. Основные выводы и заключение

Этот случай демонстрирует уникальную ценность Signal Hound VSG25A в сценариях радиотестирования: широкий диапазон частот (до 25 ГГц) и высокая точность сигнала соответствуют основным требованиям для генерации высокочастотных радиосигналов, в то время как безупречная интеграция с программным обеспечением Spike упрощает тестовый процесс, обеспечивая единый контроль, реальную обратную связь и автоматизированный анализ. Для производителей радиокомпонентов, особенно тех, кто разрабатывает компактные радиолокационные станции для автомобильных, промышленных и беспилотных воздушных аппаратов, VSG25A представляет собой гибкое, экономичное и эффективное тестовое решение.

Помимо тестирования FMCW-радаров с частотой выше 24 ГГц, VSG25A также может применяться для других радиолент (например, автомобильных радаров на 77 ГГц с соответствующими расширителями частоты) и типов радаров (например, импульсных радаров). Его универсальность и доступность делают его идеальным выбором для малых и средних производителей, академических исследовательских лабораторий и команд по исследованию и разработке, занимающихся развитием радарной технологии. Успех этого случая подтверждает, что VSG25A является мощным инструментом для продвижения исследований и тестирования радаров, принося реальную ценность экосистеме радарной отрасли.