Wichtige Faktoren beim Radartest

Insbesondere bei Radaren und in der EloKa ändern sich die Betriebsumgebung und die Anforderungen für militärische Radar rasch, und Radartrends wie die folgenden erhöhen die Komplexität dieser Systeme auf neue Extremwerte.

• Die Verbreitung der Radararchitektur wie das aktive elektronisch abgetastete Array (AESA), bistatische und passive Radare mit scheinbar unendlicher Anzahl softwaredefinierter Techniken innerhalb „kognitiver“ Radare und LPI-Radare erhöht den Umfang der Tests, die für Testsysteme erforderlich sind.
• Die Miniaturisierung der Plattform treibt die Konsolidierung von RF-Systemen voran. Kommende Radare, EW-Empfänger und Kommunikationssysteme werden wahrscheinlich dieselbe Sensorplattform verwenden und als Einheit getestet.
• Eine Autonomie ähnlich wie der Markt für Nutzfahrzeuge wird die Menge der Tests, die für mehrere Sensoren und plattformübergreifende Systeme erforderlich sind, drastisch erhöhen, um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Die Radarmodellierung und Zielsimulation ist die einzige Art von Tests, die während des gesamten Entwurfsprozesses angewendet werden kann. Die zunehmende Komplexität von Radarsystemen macht die flexible Radarmodelung und -simulation während der Entwicklung von entscheidender Bedeutung, um die Kosten für kostspielige Kompletttests zu senken, Entwurfsprobleme frühzeitig im Prozess zu erkennen und zu lösen und Zeitplanrisiken zu senken.

Größere Branchentrends wie softwaregesteuerte und Mehrzweckplattformen, niedrige Latenz, eine vernetzte Welt, Big Data, Machine Learning und künstliche Intelligenz beschleunigen neue Innovationen in Radar- und EloKa-Systemen. Bei all diesen Innovationen müssen Sie mit einigen der Testherausforderungen vertraut sein, um sie frühzeitig im Testentwurfsprozess bewältigen zu können. Dies beinhaltet das Verständnis der anfänglichen Testüberlegungen auf Komponenten- und Systemebene für die folgenden neuen Innovationen in der Radar- und EloKa-Branche: Düsenjäger der fünften Generation, Hyperschallwaffen, multistatische Sensoren und Drohnen, vernetzte elektronische Schlachtordnung sowie kognitives Radar und kognitive oder prädiktive EloKa.

Jedes Kampfflugzeug der fünften Generation ist ein softwaregesteuertes Flugzeug mit über 10 Millionen Codezeilen zur Steuerung und Verbindung einer Reihe zusammen arbeitender Sensoren, sodass das Flugzeug schneller Änderungen im Flug vornehmen kann. Bei Systemen, die Daten aus einer Gruppe von Sensoren kombinieren und basierend auf diesen Daten softwaregesteuerte Anpassungen vornehmen, sind zwei Hauptkomponententests von entscheidender Bedeutung: der Signalverlaufsvarianztest für Antennen und der Signalintegritätstest für Systemein- und -ausgänge (I/O). Da Antennen vielseitig einsetzbar sind, müssen Sie sie testen, um Wellenformabweichungen zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass sowohl ihre Isolation als auch ihre Richtwirkung hoch sind. Aufgrund der Mischung aus Sensoren und den Daten, die diese Sensoren generieren, ist die System-I/O komplex. Sie müssen Signalintegritätstests durchführen, um einen hohen Datendurchsatz und die Fähigkeit zur Verwendung anpassbarer System-I/O sicherzustellen und aufrechtzuerhalten. Für Tests auf Systemebene erfordern die schwere Software-Suite und -Integration weitere Tests mit einer Reihe von Multifunktionssimulationen, um sicherzustellen, dass die Software bereit ist und in der Lage ist, potenzielle Fehler oder unerwartete Eingaben zu verwalten.

Hyperschall-Waffensysteme und darauf reagierende Plattformen benötigen zuverlässige Systeme mit geringer Latenz, um sich schnell genug an die Umgebung anzupassen. Daher haben Radar- und EloKa-Systeme höhere Anforderungen an die Reichweite, so dass ihre Antennasysteme auf Komponentenebene mehr Elemente pro Antenne bieten müssen, damit das Radar eine genauere Strahlsteuerung mit Phasen- und Amplitudenregelung durchführt. Auf Systemebene benötigen Sie Tests mit geringer Latenz, insbesondere schnelle Aktualisierungsraten für Simulationen, um sicherzustellen, dass Ihr System mit den Hyperschallgeschwindigkeiten und der Entscheidungsfindung der Waffen oder des Waffenabwehrsystems Schritt halten kann. Damit Simulatoren schneller aktualisiert und diese schnelleren Systeme getestet werden können, benötigen Sie Testsysteme, die Daten schnell verarbeiten und den aktuellen Zustand von Modellen aktualisieren können, um die Simulationsumgebung genau darzustellen.

Die Anforderung, früher mehr Informationen über kleinere Radarziele oder eine Umgebung zu erhalten, hat zu einer größeren Nachfrage nach multistatischen Systemen und Drohnen geführt, die zusammenarbeiten müssen, um in einer stärker vernetzten Welt effektiv zu funktionieren. Die Verbindung von Systemen auf Komponentenebene treibt den Bedarf an Breitbandkomponenten voran, die linear sind und für die Sie möglicherweise nicht herkömmliche Beeinträchtigungen verstehen und testen müssen. Bei Elementen auf Phased-Array-Antennen garantieren eine hohe Verstärkung und Richtwirkung, dass jedes Element eine höhere Leistung auf einer kleineren Fläche hat, während das gesamte Elementsystem die richtige Abdeckung für die gesamte Phased-Array-Antenne gewährleistet. Eine hohe Richtwirkung und engere Strahlen ermöglichen es dem Radar, Ziele zu finden, die weiter entfernt und kleiner sind. Auf Systemebene sind Tests mit hoher Auflösung und Breitband mit niedriger Latenzzeit sowie eng abgestimmter Synchronisation über mehrere Kanäle von entscheidender Bedeutung. Um die Robustheit und Genauigkeit dieser Radarsysteme zu testen, müssen Sie mehr Kanäle mit einer hochdichten und detaillierten EloKa-Simulation ausgleichen.

Die vernetzte Welt und Big-Data-Trends haben auch eine vernetzte elektronische Schlachtordnung begünstigt, bei der es sich um eine Reihe neuer Arten von Sensoren und Geräten handelt, die zusammenarbeiten, um die Bewegungen, Fähigkeiten und Hierarchien anderer Gruppen zu identifizieren, zu lokalisieren und zu klassifizieren. Aufgrund der Vielzahl von Sensoren erfordern Tests auf Komponentenebene komplexere I/O-Analysen. Die Systemebene umfasst aggregierte Teststrukturen, die parallele Tests und Datenanalysen mit hohen Geschwindigkeiten erfordern. Systeme benötigen auch komplexe Simulatoren, die eine höhere Genauigkeit bieten und komplexere Bedrohungsszenarien bewältigen können.

Alle diese Systeme erzeugen mehr Daten mit schnelleren Raten mit einer Reihe von Sensoren, die zusammenarbeiten, um die Systeme mithilfe von Software zu steuern. Da mehr Daten mit einer höheren Rate erzeugt werden, benötigen Sie Systeme, die schneller als Menschen bei der Entscheidungsfindung und dem Organisieren der Daten sind. Aus diesem Grund wurden das kognitive Radar und kognitive oder prädiktive EloKa-Systeme erfunden. Bei diesen Systemen umfassen Testprogramme für Komponenten und Subsystemen einen breiteren Bereich von Frequenzen und Bandbreiten als andere Systeme. Darüber hinaus reichen herkömmliche parametrische Tests wahrscheinlich nicht aus, um die Systemleistung vollständig zu verstehen, was bedeutet, dass Sie frühzeitig im Testprozess Modellierungs- und Simulationstests durchführen müssen. Auf Systemebene sind Open-Loop-Simulatoren keine praktikable Option mehr, und Testanlagen müssen Ziele und Umgebungen genauer emulieren, anstatt sich auf traditionelle Bedrohungsdatenbanken zu verlassen, die nicht alle Fähigkeiten eines kognitiven Radarsystems bewerten.

Da die zunehmende Systemkomplexität zu neuen technologischen Fortschritten führt, benötigen Sie Testinstrumente auf Komponenten- und Systemebene, die sich anpassen. Sie benötigen außerdem eine gut durchdachte Testmethodik, um neue Anforderungen zu erfüllen, die Robustheit des Systems sicherzustellen und Testpläne einzuhalten.

Für die Integration und den Test von Radarsystemen werden vier traditionelle Testansätze verwendet: Verzögerungsleitungen, handelsübliche (COTS) FPGA-fähige Instrumentierung oder HF-Systems-on-Chip (RFSoCs), COTS-Radarzielgeneratoren und schlüsselfertige Lösungen aus der Mess- und Prüftechnik. Jede dieser Testmethoden hat ihre eigenen Stärken und Nachteile.

Verzögerungsleitungen sind robuste und kostengünstige Lösungen, die einfacher zu kaufen und zu entwickeln sind und Anforderungen mit sehr niedriger Latenz erfüllen. Sie sind jedoch in ihrer Funktionalität sehr begrenzt und eignen sich nur für einfache Systemfunktionalitätstests. Sie bieten keine ECCM-Techniken (Electronic Counter Counter Measure) und Simulationen von realen Umgebungen oder Szenarien an, denen moderne Radargeräte ausgesetzt sind, etwa wie Clutter und Interferenzen.

Handelsübliche FPGA-fähige Messgeräte oder RFSoCs bieten kostengünstige Kapitalkosten, geringe Latenzfunktionen und die Flexibilität, auf komplexe Systeme mit eindeutigen Anforderungen angepasst werden zu können. Sie erfordern jedoch hohe Personalkosten wie einmalige technische Kosten bei der anfänglichen Entwicklung. Aufgrund der Komplexität der Codierung kann diese Instrumentierung schwierig zu warten und nicht immer zuverlässig sein. Es handelt sich in der Regel nicht um echte Testgeräte, sodass Sie viel Firmware- und Softwarearbeit leisten müssen, um das System zu Beginn aller neuen Testprogramme effektiv zum Laufen zu bringen.

Handelsübliche Radarzielgeneratorsysteme haben aufgrund ihres übergeordneten Software-Ausgangspunkts und der Fähigkeit, auf spezifische Anwendungsanforderungen zugeschnitten zu werden, eine geringere einmalige Investition in die Konstruktionskosten. Auf diese Weise können Bereichs-Experten ihre Kenntnisse frühzeitig im Entwurfsprozess von Testsystemen nutzen. Handelsübliche Radarzielgeneratoren sind jedoch in der Regel teurer, erfordern Unterstützung für die Aktualisierung und Wartung und weisen mangelnde Flexibilität auf, da ein Großteil ihrer Funktionalität bereits definiert ist. Ihre Testfunktionen entwickeln sich langsamer, so dass Sie sich auf Testanbieter verlassen müssen, um neue Modi oder Funktionen für diese Generatoren zu implementieren.

Geschlossene oder schlüsselfertige Lösungen aus der Mess- und Prüftechnik werden als Komplettlösungen definiert und bereitgestellt, was zu einem großen Dynamikbereich, gut kalibrierten und bekannten Support auf Basis eines im Kern handelsüblichen Modells und der Möglichkeit zur schnellen Nutzung mehrerer Programme führt. Allerdings sind schlüsselfertige Lösungen aus der Mess- und Prüftechnik auf anbieterdefinierte Funktionen beschränkt und sind schwierig für eindeutige Systemanforderungen zu konfigurieren. Sie erzeugen auch eine höhere Latenz, weil sie nicht für einen bestimmten Test optimiert, typischerweise nicht phasenkohärent und oft vorgefasste oder Open-Loop-Systeme sind. Aufgrund dieser Herausforderungen müssen Sie sich darauf verlassen, dass Anbieter neue Funktionen für sich schnell ändernde Anforderungen hinzufügen, was zu einem System führt, das für Technologien wie AESA und Interferometrie nur sehr schwer auf Mehrkanal-HF-Systeme skaliert werden kann und Ihre Möglichkeiten zur Durchführung von Closed-Loop-Tests einschränkt.    

Die Branchentrends, die neue Radar- und EloKa-Technologie beeinflussen, treiben auch neue Trends bei der Messgerätesteuerung vor, z. B. Branchenkonvergenz, softwaredefinierte Plattformen, Wartbarkeit von Testsystemen und Testsystemarchitekturen.

Anbieter von Testgeräten arbeiten in der Regel mit Kunden aus mehreren Branchen, so dass sie Messgeräte in verschiedenen Branchen wie den Automobil-, 5G- und Rüstungsbranchen einsetzen können. Da die Technologien und Tests für diese Branchen in unserer neu vernetzten Welt zusammenlaufen, muss die Testinstrumentierung die Frequenzabdeckung erweitern und bei größeren Betriebsbandbreiten mit höheren Kanalzahlen arbeiten. Test- und Messanbieter investieren mehr in Softwareplattformen, um ihre Instrumente zu betreiben und mehr Umsatz zu erzielen, da Kunden schnell die Flexibilität, Testgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit von Software gegenüber früheren manuellen Testsystemen wählen. Im Vergleich zu anderen Closed-Loop-Optionen für Radartests können Anbieter von Testgeräten ihre Geräte in mehreren Branchen einsetzen und Skaleneffekte erzielen, die die Kosten für Testinstrumentierungslösungen senken und gleichzeitig eine leistungsfähigere Testinstrumentierung schaffen.

Die Branche zeigt, dass fertige Instrumente für Tests 8 bis 12 Jahre lang halten müssen. Firmware-Updates sind alle 18 bis 24 Monate erforderlich, und Hardware-Updates werden wahrscheinlich alle 18 bis 36 Monate durchgeführt. Stand-alone-Messgeräte emulieren Mobilfunkgeräte, indem sie Touchscreens mit weniger physikalischen Schaltflächen integrieren. Um die Flexibilität zu erhöhen, integrieren Hersteller von fertigen Systemen modulare Geräte in diese Systeme, um Upgrades zu erleichtern. Außerdem erstellen sie „Superboxes“ oder Sammlungen von Stand-alone-Messgeräten, um eine größere Testabdeckung von einzelnen Systemen zu erzielen.

Modulare Instrumente verzeichnen das größte Wachstum in der Branche mit einer Zunahme von Funk-Front-Ends, Multiprozessorarchitekturen und Berichts- und Speicheranforderungen. Durch die Verwendung modularer Hardware- und Softwareplattformen können Sie Ihre Testsysteme an eine Vielzahl von Anforderungen anpassen, von schnellerem Design über reduziertes Zeitplanrisiko bis hin zur Einhaltung zukünftiger und komplexerer Systemanforderungen. Neue modulare Systeme weisen eine höhere Flexibilität mit FPGA- und RF-Hardware im selben Gerät auf. Das bedeutet, dass Sie dasselbe Messgerät verwenden können, um mehr Arten von Tests durchzuführen, indem Sie zwischen Geräten wie einem Echtzeitprozessor, Spektrumüberwachung, Kanalsimulator und Prüflings-Controller wechseln. Mit der Modularität kommt auch der Kompromiss von hochdichte Testsystemen für leistungsstarke Testsysteme. Sie können Multifunktionsmessgeräte in Ihre modularen Systeme einbinden, wenn Sie Testleistungseigenschaften zugunsten zusätzlicher Funktionen aufgeben können. Modulare Mehrzweck-Messinstrumente bieten auch verbessertes Mess-IP, bessere Komponenten (insbesondere A/D-Wandler und D/A-Wandler), Fortschritte in der Signalverarbeitung sowie bessere Zugänglichkeit und Architekturen von Software. Darüber hinaus hat die modulare Testinstrumentierung zu kompakteren Testsystemen geführt, sodass mehr als eine Box-Instrumentenfunktionalität in ein kleineres, PXI-basiertes modulares Instrument oder System passen kann.

Insgesamt entwickelt sich die Testinstrumentierung, um den Anforderungen der neuen Radar- und EloKa-Technologie gerecht zu werden, indem sie die Branchenkonvergenz, softwaredefinierte Instrumentierung, Mehrzweck-Testinstrumentierung und modulare Testinstrumente nutzt und an diese anpasst.

Viele Trends treiben technologische Fortschritte in mehreren Branchen wie Radar und EloKa voran. Softwaregesteuerte und Mehrzweckplattformen, Anforderungen an niedrige Latenzzeiten, eine vernetzte Welt, Big-Data-Verarbeitung und die Offenlegung von Informationen sowie maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz inspirieren Testinnovationen sowohl auf Komponenten- als auch auf Systemebene. Um das Tempo der technologischen Fortschritte in Radar und EloKa zu beschleunigen und die Entwurfsrobustheit sicherzustellen, passen Hersteller herkömmliche Mess- und Prüfgeräte an neue Anforderungen an. Mit modularen Messgeräten sowie mehr Modellierung und Simulation während verschiedener Testphasen können Sie diese Radar- und EloKa-Systemtrends bewältigen. Modellierung und Simulation reduzieren auch kostspielige Kompletttests und helfen Ihnen bei der Identifizierung und Lösung von Problemen frühzeitig im Testprozess, um das Zeitrisiko zu reduzieren. Angesichts neuer Arten von Radar- und EloKa-Technologien müssen Sie frühzeitig im Testentwurfsprozess neue Testherausforderungen bewältigen, um das richtige flexible Testsystem zu finden, das neue Anforderungen und anwendungsspezifische Bedürfnisse erfüllt.