קרוב יותר למציאות – טכניקות חדשות לייצור אותות הדמיה לסביבות לוחמה אלקטרונית

מהלך השנים האחרונות נעשה שימוש בארכיטקטורות שונות להפקת מקורות פס רחב מהירים, הדרושים להדמיית איומים במסגרת יישומי לוחמה אלקטרונית (EW). גישות דומות שימשו ליצירת מתנדים מקומיים (LOs) ומחוללי פולסים של אותות רדיו, אשר תומכים במיתוג מהיר לרוחב טווחים רחבים של תדרים ואמפליטודות.
גישות אלה מילאו תפקיד חשוב ביצירתו של מחולל האותות המהיר מדגם UXG של Keysight (תמונה 1). ארכיטקטורת ה-UXG עושה שימוש בסינטיסייזר דיגיטלי ישיר (DDS) ובטכנולוגיית מיתוג חדשה, לצורך יצירתו של מחולל אותות המתאים במיוחד ליישומים אשר מצריכים LO מהיר או מחייבים הדמיה מציאותית במיוחד של סביבות EW. ה-DDS מבוסס על ממיר מדיגיטל לאנלוג (DAC) פרי פיתוחה של החברה, שמספק שיפור דרמטי בכל הנוגע לטווח דינאמי ולרעש פאזה.

השילוב המושלם בין אות נקי, זריזות ומהירות
הביצועים והיכולות של ה-UXG מבוססים על שלוש טכנולוגיות חדשניות:
ייצור אותות מבוססי DDS, לרבות שילוב ייחודי של אות נקי ורוחב פס בטווח שבין 10MHz ל-20 או 40GHz.
מתגי solid-state אשר מתאפיינים בשינוי רמות המוצא בשיעור מזערי של עד 600ns לרוחב טווחי אמפליטודות גדולים, בצד התאמת זמנים מדויקת.
תמיכה ישירה ב- (Pulse Descriptor Words), השפה הטבעית של מהנדסי EW, וזאת על מנת לאפשר יצירה יעילה של אותות מוצא מורכבים ומדויקים.
דיאגרמת המלבנים שבאיור 2 מדגימה את הארכיטקטורה מבוססת ה-DDS שבבסיס ה-UXG. בלב ה-DDS נמצא התקן DAC מהיר, אשר פועל בתדר גבוה דיו וברוחב פס מספיק, שמאפשרים למזער את כמות שלבי ה-Upconversion. מערך שלם של מכפילים ומסננים משמש להכפלת האות, עד לתדר מרבי של 40GHz.
ה-DAC מכסה אוקטבה שמרכזה ב-1GHz ומספק שיפורים דרמטיים של הטווח הדינאמי והרעש הפאזי. התוצאה היא יכולת הפקה של אותות בניקיון ספקטרלי גבוה במיוחד (איור 3).
ביצועים אלה זמינים בצד מהירות מיתוג מהגבוהות בענף וזמני השהיה קצרים ביותר עבור פקודות שינוי תדר. לדוגמה, ניתן לעדכן את התדר בפרק זמן נמוך של 100ns. בכפוף למצב המכשיר הנבחר, העיכוב בין הפקודות החיצוניות ושינויי התדר (דהיינו, זמן ההשהיה) יכול להסתכם ב-250ns בלבד. בנוסף, ה-UXG יכול לייצר אותות סריקה (chirps) רחבים, שמהווים 10 עד 25 אחוזים מתדר הגל הנושא.
הדמיה מקיפה של איומי EW מצריכה זריזות אמפליטודה שתואמת למהירות תדר המקור. הדבר מצריך מיתוג מתואם בין מנחתי ה-solid-state, וה-UXG עושה זאת באמצעות שימוש בהתקני nano FET MMIC שפותחו ויוצרו על-ידי החברה. מתגים חדשים אלה מיועדים לתדרי המיקרוגל והמילימטר, ומהירותם מספיקה כדי למזער את עיוות צורת הפולס. טווח האמפליטודה המהיר המתקבל, של -80dB, ניתן לשימוש בין רמות מוצא של 0 עד
-120dBm ומאפשר התמודדות עם מגוון רחב של תרחישי איום. מנחת ה-solid-state המהיר הוא אופציונאלי כאמצעי למיטוב עלויות ויכולות בכפוף ליישומים שונים.
עבור תרחישים מסוימים, חיוני לשמר קשרי גומלין ספציפיים בין פאזה לתדר כאשר האותות מבוססי פולסים או דילוג תדרים (frequency-hopped), או כאשר האותות מסורגים (interleaved) ברצף לצורך הדמיה של סביבת איומים. ה-UXG יכול לייצר כל מסלול רצוי של תדר או פאזה מבלי להגביל את זריזות התדר או האמפליטודה. הוא אף יכול לשמר כל קשרי הגומלין הרצויים בעת שמאפייני התדרים, האמפליטודות והפולסים משתנים, ובעת שאפנון האותות מופעל או כבוי. בנוסף, ניתן לקשר בין מספר התקני UXG באמצעות שעונים וטריגרים כדי לספק קוהרנטיות פאזית לרוחב מקורות מרובים ולאפשר הדמיה של אנטנות אלומה מונהגות (steerable beam antennas) או לייצר מסלולי
angle-of-arrival בעת הערכה של רסיברים מאתרי כיוון.

מניעת הפתעות בשלביו המתקדמים של תהליך הפיתוח
סביבת ה-EW היא בעצם תחרות מתמשכת בין הפיתוח וההטמעה של מערכות משופרות לבין האנליזות ואמצעי הנגד שדרושים לצורך התמודדות עם מערכות אלה. ארכיטקטורת ה-DDS מבוססת ה-DAC שמוטמעת ב-UXG מספקת יתרונות משמעותיים בכל יישומי הלוחמה האלקטרונית, בין אם הצורך הוא בייצור LO זריז או בהדמיה מבוססת PDW של סביבת הלוחמה האלקטרונית:
איכות האות. ה-UXG מייצר אותות בעלי רמה נמוכה של אותות שווא וללא הרעש הפאזי שמאפיין מערכות אשר משתמשות בלולאות נעולות פאזה (PLLs) ולא ב-DDS.
זריזות גבוהה במיוחד בתדר, באמפליטודה ובפאזה. כל שלושת ההיבטים של תפוקת האותות ניתנים לעדכון בפחות מ-100ns.
תמיכה באותות מרובים ובתרחישים מורכבים. רצפים לדוגמה יכולים לייצג emitters מרובים ממקור יחיד.
הדירות פאזית. חישובי ייצור האותות כוללים צוברי מופע שמתוכנתים לפי כל קשרי פאזה רצויים.
התאמה טובה לאיומים מתפתחים. הזריזות והגמישות של ה-UXG מאפשרים לו לדמות במדויק את הרמות שוות הערך של סביבת האיומים המודרנית ולהתאים את עצמו אל האיומים המשתנים.
נתיב פשוט יותר מדרישות הפולסים לתפוקת האותות בפועל. ה-UXG יכול לאחזר באופן ישיר אותות מורכבים, הן דינאמיים והן מבוססי פולסים, על-ידי יצירתם באופן מתמטי על סמך מאפייני הפולסים הרצויים.
הנקודה האחרונה היא בעלת חשיבות: ה-UXG מבין את התקני ה-PDW באופן ישיר. כל מילה מתארת את כלל הפרמטרים של הפולס הבודד: תדר, משך, אמפליטודה, קצב אותות הסריקה ועוד. טבלאות ה-PDWs ניתנות להעברה לזיכרון ה-UXG ורצפים מורכבים ניתנים לאחזור במהירות גבוהה. הפולסים הבודדים יכולים להיות בעלי רוחב צר, עד לרמה של 5ns, עם זמני עלייה/ירידה של 1ns ויחס on/off של 80dB. פלט מרקרים זמין לצורך תיאום ביצועי ה-PDWs עם התקנים אחרים ורצפי ה-PDWs ניתנים להפעלה ולוויסות באמצעות משלוח טריגרים חיצוניים ל-UXG.
בזכות כל היכולות האלה, ה-UXG מאפשר לממש בדיקות רחבות וריאליסטיות כבר בשלביו המוקדמים של תהליך התכנון ומתיר למהנדסים למטב ולאמת את ביצועי המערכת עוד לפני ההוצאות המיותרות, העיכובים הפוטנציאליים ויכולת ההדירות הירודה המאפיינת את בדיקות השטח. בנוסף, הוא אף צפוי לקצר במידה ניכרת את הזמן הדרוש לצורך מעבר מליקוט מודיעין מבוסס אותות חדשים אל שלב היצירה של איומים ריאליסטיים בהדמיה.

קרוב יותר למציאות
בכל הנוגע לפיתוח ולתכנות מחדש של נתוני משימות, הרי שככל שבדיקות איכותיות יותר מבוצעות בשלב מוקדם יותר, כך יגבר הביטחון לגבי ביצועיהן של מערכות הלוחמה האלקטרוני. מחולל האותות המהיר Keysight UXG מאפשר למהנדסי ה-EW ליצור תרחישים מורכבים בדיוק כאשר הם זקוקים להם.
ה-UXG המוכן לשימוש מהווה אבן בניין רבת עוצמה, בין אם הצורך הוא ב-LO מהימן או בסימולטור איומים שניתן להרחבה. כיוון שה-UXG “דובר” בחופשיות את שפתן של מערכות ה-EW, הוא מאיץ את תהליך השילוב של מודיעין שזה עתה לוקט בתרחישים מעודכנים. ה-UXG, שמתאפיין בביצועים חסרי תקדים בתחומים כגון מהירות מיתוג ורעש פאזי, מאפשר לייצר הדמיות מורכבות ביותר – ולהתקרב עוד יותר אל המציאות.

למידע נוסף בקרו באתר החברה.