无线电监测站主要参数指标和性能要求(新)(3)

2019-08-03 11:17

系统仅提供最小测向时间,不提供系统测向时间,但R&SDDF195单通道相关干涉仪测向系统,提供最小测向时间指标是10ms,提供系统测向时间指标是100ms~5s,两者差异很大。

目前对系统时效性指标的研究还比较肤浅,对大部分时效性参数均没有明确定义和限值要求,单站和多站测量结果显示时效性、链路传输时效性、多站测向交汇定位时效性、占用度测量和统计分析时效性等指标,相关技术文献均没有明确定义和提出限值要求。

3、抗扰性指标:抗扰性指标是衡量监测系统在复杂电磁环境情况下发挥性能的重要指标,比较重要的抗扰性指标有测向抗扰度、监测系统失真率。测向抗扰度是指在有干扰情况下,无线电测向设备保持其测向准确度的能力。根据干扰信号频率是否落在测向设备中频通带的不同,分为带内测向抗扰度、带外测向抗扰度。测向抗扰度指标同接收机射频前端选择性密切相关,典型超短波监测系统的带内测向抗扰度指标是≥0dB、带外测向抗扰度指标是≥60dB。

监测系统产生虚假响应的概率称为监测系统失真率,监测系统产生虚假信号的重要原因一是射频前端存在多信号接收现象,二是射频前端的非线性作用。控制多信号同时进入接收机前端,就要控制接收机前端射频带宽,要低失真精确测量频率占用度,一定要选用窄带接收机测量,监测接收机必须具有高的RF选择性。设法减少射频接收电路和接收机前端器件的非线性,增加它们的线性动态范围,不仅要提高监测接收机的线性动态范围,更要提高天线、开关和射频矩阵等射频接收电路的线性动态范围。监测系统的线性接收能力主要通过监测系统二阶互调截点、三阶互调截点等参数来描述,要提高超短波监测站的线性接收能力,既要选用具有高线性度的监测接收机,更要选用具有高线性度的射频接收电路,即监测天线(主要指有源天线)、射频开关、射频矩阵及接收机的二、三阶互调截点指标要好。原则上监测系统的二、三阶互调截点指标应不低于高性能的接收机指标,建议监测系统二阶互调截点≥40dBm,三阶互调截点≥10dBm。R&SEM550高性能超短波监测系统的二阶互调截点≥50dBm(有预选器),三阶互调截点≥17dBm。另外监测系统互调截点值测量与测量频率间隔相关,测量频率间隔越大,互调截点值越大,为了比较不同监

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测系统的互调失真性能,必须采用相同的测试条件。在国标《VHF/UHF频段无线电监测站电磁环境要求和测试方法》中,为防止VHF/UHF频段无线电监测站出现虚假信号,标准规定监测站环境电场不能超过87~117dBuV/m干扰允许值,这说明对于接收低于此干扰允许值要求的空中场强,监测系统不允许产生接收互调信号;而对于接收高于此干扰允许值要求的空中场强,监测系统要定时评测是否产生接收互调信号。

5、可靠性指标:可靠性指标是监测系统的重要性能指标,在军用无线电监测系统中可靠性指标通常是有明确要求的。要提高系统可靠性指标,既要提高硬件设备的可靠性,亦要提高软件控制的可靠性。在硬件设备选型方面采用主流、成熟、稳定产品,军用监测产品的最小可靠运行时间要求≥1000小时;监测系统软件要功能完整,稳定可靠,容错性强,操作方便,软件设计采用模块化软件平台,系统软件要通过软件质量可靠性评估测试。

六、监测站主要参数及相互关系

在监测站及其具体监测系统中,有关测量带宽、电平幅值的多个参数指标是具体测量中很常用的测量参数。下面分类予以描述。

(一)几种常用测量带宽的定义及其相互关系

在无线电监测测量系统中,测量带宽是一个至关重要的工作参数,它的正确设臵与否直接决定测量结果的准确度。监测接收机带宽主要分为射频带宽、中频带宽。对于多级超外差接收机,存在一中频、二中频及末中频带宽(IFBW),通常说的接收机测量带宽是指末中频带宽,在《无线电监测与通信侦察》专业书中还称为整机带宽。另外再结合具体的测量系统及受试信号类型,常用的中频测量带宽还可称为:分辨率带宽(RBW),脉冲带宽(IBW),视频带宽(VBW)及音频带宽(ABW)等。

1、几种常用测量带宽的定义

分辨率带宽、中频带宽、脉冲带宽从本质上讲,都是指接收系统末级中频滤波器的测量带宽,但适用场合不同。频谱分析仪测量系统的中频滤波器测量带宽通常称为分辨率带宽,其含义是区分两相邻信号的最小频率间隔,RBW分辨率的度量是以3dB凹陷合并的两个响

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应的频率间隔,3dB规范是半功率带宽,但亦有以6dB响应为基础定义的,RBW滤波器由其测量带宽和波形因子确定,波形因子是RBW滤波器从峰点以下低60dB占用带宽与其标称带宽之比,比值越小,滤波器越陡峭。接收机测量系统的中频滤波器测量带宽称为中频带宽。接收机中频滤波器通常选用高斯特性带通滤波器,其波形因子往往比较好。随着数字技术的高速发展,现代接收机的末中频滤波器大都是数字滤波器,数字滤波器的波形因子通常为1.2:1至2.5:1,其波形因子比模拟滤波器陡峭得多,如典型的ESMB数字监测接收机,设臵有0.15、0.3、0.6、1、1.5、2.4、3、4、6、8、9、15、30、100、120、150、250、300KHZ 共18个6dB中频数字带宽,EM050数字监测接收机从150Hz到10MHz共设臵有23个中频数字滤波带宽。另外在射频脉冲信号和EMI的宽、窄带信号测量中经常使用脉冲带宽进行测量。脉冲带宽是一个等效矩形滤波器的带宽,像RBW滤波器一样,有同样的电压频率响应。若考虑RBW滤波器所覆盖的区域,把它放到一个有同样幅度的等效矩形滤波器里,则矩形滤波器的宽度将比RBW滤波器的3dB带宽要大。在HP8563E频谱分析仪中,其等效脉冲带宽大约是3dB分辨率带宽的1.6倍。

随着数字技术高速发展及处理宽带信号的实际需要,模拟宽中频和数字宽中频的应用日渐增多,相关数字接收机均开始提供相关指标及接口,以更好开展数字中频分析和解调测试,宽中频信号及接口主要由一、二中频滤波器后输出,如EM050在405.4MHz中频处提供≥50MHz的模拟宽带输出,在21.4MHz中频处提供≥8MHz的模拟中频输出,另外还在I/Q数字接口输出高达10MHz的数字中频信号。

射频带宽主要是指接收机前端预选器的工作带宽,设臵预选器和射频带宽的作用是抑制不需要的频谱信号,并避免前放工作在非线性状态,目前各专业监测接收机均设臵有前端预选电路,通常采用亚倍频滤波器、跟踪调谐滤波器等设计预选电路。通常射频带宽远大于中频滤波器带宽,不对接收机的灵敏度和选择性产生影响。

2、在实际工作中测量带宽的正确设臵 A.频谱分析仪测量中分辨率带宽的正确设臵

在频谱分析仪测量系统中,分辨率带宽有自动、人工两种设臵方

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式。在自动设臵方式下,频谱分析仪根据给定扫频宽度和扫描时间自动确定最佳分辨率带宽,在此情况下可忽略接收机动态分辨率带宽变宽时对幅度造成的损失。一般用归一化扫频速度FS 作为判别因子:

FS =W /(TS * B2)

其中,W是扫频宽度,TS 是扫描时间,B是3dB分辨率带宽。当FS ? 1时,动态分辨率带宽变宽和幅度下降才可忽略。在全自动设臵方式下,频谱分析仪根据给定扫频宽度和扫描时间自动确定分辨率带宽,并满足上述要求。在人工设臵方式下,要根据归一化扫频速度FS 的要求设臵分辨率带宽。

在实际测量中,受试信号的类型是多种多样的,有单载频信号,相干宽带射频信号、非相干宽带射频信号、脉冲射频信号等。随着分辨率带宽的改变,受试信号的幅度亦会发生变化,所以在实际测量中选择合适带宽是至关重要的。例如,在EMI测量中就需要由测试人员根据实际情况确定最合适分辨率带宽。在窄带射频信号的测量中,窄带信号的幅度同中频分辨率带宽无关,分辨率带宽的选择原则是保持信号的信噪比最大,而接收机噪声是非相关信号,它同带宽的关系是:带宽每变化10倍程,幅度变化10dB,数字表示为:

噪声变化值(dB)=10lg(BW1 /BW2)

这样对于窄带信号的测量,分辨率带宽越窄,频谱仪灵敏度越高。但最小带宽并非总是最佳选择,因为带宽的选择同测量速度密切相关。所以在具体测量中,分辨率带宽的选择既要保证测试有足够的灵敏度,又要有合适的扫描测量时间。

而对于宽带相干信号的测量,其分辨率带宽的选择就不同了。频谱分布很宽的相干信号,带宽每变化10倍程,信号幅度要改变20dB,而噪声电平只改变10dB。也就是说,对宽带信号而言,接收机灵敏度随着带宽的增大而提高,而且当频谱仪带宽等于宽带信号带宽时,宽带信号的接收灵敏度达到最好,应根据实际受试信号的带宽确定接收系统中频带宽,这样才能获得受试信号发射的真实电平值。

B.脉冲射频信号测量中分辨率带宽的设臵和测量计算

脉冲射频信号是一种具有固定重复周期、脉冲宽度和稳定幅度的射频脉冲串,是无线电测量中经常遇到的一种信号。接收系统的分辨

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率带宽设臵正确与否,对脉冲射频信号测量结果的准确性有很大影响。当采用窄的分辨率带宽时,显示频谱呈现出离散谱线;当采用宽的分辨率带宽时,这些谱线便融合在一起,频谱为连续谱。

*脉冲离散线状谱的测量计算

当分辨率带宽足够窄时,频谱仪上将清楚地呈出每一根谱线。对线状谱显示的一般要求是:

RBW < 0.3PRF

其中PRF为脉冲重复周期。则脉冲峰值功率和有效值功率的关系为:

WIP = WRMS ―20log(τ*PRF)

式中,WRMS是脉冲有效值功率,等于主波瓣峰值功率;WIP是脉冲峰值功率,等于恒定载波的有效值;τ为脉冲宽度。

通常定义: αL= 20log(τ*PRF) 为脉冲退敏因子,它表示连续载波与脉冲射频信号的幅度差(以分贝为单位)。这个方程仅适用于离散线状谱。

*脉冲连续谱的测量计算

当脉冲重复频率很小或不需要观测单根谱线时,通过利用宽的分辨带宽,可以显示脉冲波形的频谱包络,这类谱称为脉冲谱。对显示脉冲谱的要求是:

1.7PRF < RBW < 0.1/τ

这不是严格限制,而是经验法则。当RBW明显大于脉冲重复频率PRF(谱线间隔)时,在测量带宽内一次将出现不止一根谱线。带宽越宽,测量中包含的谱线越多,被测的脉冲谱幅值也越大。带宽增大1倍将使测量中包含的谱线数增加1倍,造成显示幅度增加6dB。因此,测得频谱幅度取决于分辨率带宽。另外,使用扫频分析仪时,扫描时间可能与脉冲重复频率相互作用,形成离散谱线;如果扫描时间远大于脉冲重复频率,则脉冲谱是连续谱。当扫描时间较快时,快速通断的脉冲串可能表现为谱线,这不代表谐波的实际频率间隔,而代表分析仪扫描期间每隔1/PRF(秒)出现的谱线。若扫描时间增加到远大于1/PRF时将消除此现象,并使频谱表现为连续(sinx)/x函数。一个有用的准则是:

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