Considérations clés pour les systèmes de test radar

Dans le secteur des radars et de la guerre électronique tout particulièrement, l’environnement et les exigences d’exploitation des radars militaires évoluent rapidement, et les tendances dans le secteur des radars comme celles présentées ci-dessous augmentent considérablement le niveau de complexité de ces systèmes.

• La prolifération de l’architecture des radars, par exemple avec les radars à antenne active (AESA), bistatiques et passifs, dotés d’un nombre apparemment infini de techniques logicielles au sein des radars « cognitifs » et des radars LPI, augmente l’étendue des tests requis par les systèmes de test.
• La miniaturisation des plates-formes entraîne la consolidation des systèmes RF. Les futurs radars, récepteurs de guerre électronique et communications partageront probablement la même plate-forme de détection et seront testés en tant qu’unité.
• Une autonomie similaire à celle disponible sur le marché des véhicules utilitaires augmentera considérablement le nombre de tests requis sur les systèmes à capteurs et à plates-formes multiples pour assurer leur sécurité et leur fiabilité.

La modélisation des radars et la simulation de cibles constituent les seuls types de tests pouvant être appliqués tout au long du processus de conception. Face à la complexité accrue des systèmes de radar, la flexibilité de la modélisation et la simulation des radars au cours du développement devient cruciale pour réduire les frais importants liés aux tests du système complet, pour détecter et réduire les problèmes de conception plus tôt dans le processus et pour réduire les risques liés à la planification.

Les grandes tendances de l’industrie telles que les plates-formes logicielles et polyvalentes, la faible latence, un monde connecté, les big data, le machine learning et l’intelligence artificielle accélèrent l’innovation dans les systèmes de radar et de guerre électronique. Avec toutes ces innovations, vous devez vous familiariser avec certains des défis de test à l’avenir afin de pouvoir les relever dès le début du processus de conception de test. Cela implique de comprendre les considérations initiales de test au niveau des composants et du système pour les nouvelles innovations suivantes dans l’industrie des radars et de la guerre électronique : chasse à jet de cinquième génération, armes hypertensives, capteurs multistatiques et drones, ordre de bataille électronique en réseau, radar cognitif et EW cognitif ou prédictif.

L’avion de chasse à jet de cinquième génération est un avion piloté par logiciel doté de plus de 10 millions de lignes de code permettant de contrôler et de connecter une série de capteurs fonctionnant ensemble afin que l’avion puisse effectuer des modifications de vol plus rapidement. Pour les systèmes qui combinent des données d'un groupe de capteurs et effectuent des ajustements basés sur ces données, deux principaux tests de composants sont essentiels : le test de variance de waveform pour les antennes et le test d'intégrité du signal pour les entrées et sorties (E/S) du système. Comme les antennes sont polyvalentes, vous devez les tester pour tenir compte de la variance des waveforms et vérifier que leur isolation et leur direction sont toutes deux élevées. En raison du mélange de capteurs et des données générées par ces capteurs, les E/S du système sont complexes. Vous devez effectuer des tests d'intégrité du signal pour garantir et maintenir un débit de données élevé et être capable d'utiliser des E/S système personnalisables. Pour les tests au niveau du système, la suite logicielle lourde et l’intégration nécessitent des tests supplémentaires avec une série de simulations multifonctions pour vous assurer que le logiciel est prêt et capable de gérer les erreurs potentielles ou les entrées inattendues.

Les systèmes d’armes hypertension et les plates-formes réactives ont besoin de systèmes fiables à faible latence pour s’adapter suffisamment rapidement à l’environnement. Par conséquent, les systèmes radar et EW ont des exigences de portée plus élevées, de sorte que leurs systèmes d'antenne au niveau des composants doivent comporter plus d'éléments par antenne pour que le radar puisse effectuer un pilotage de faisceau plus précis avec un contrôle de phase et d'amplitude. Au niveau du système, vous avez besoin de tests à faible latence, en particulier des vitesses de mise à jour rapides pour les simulations, pour vous assurer que votre système peut suivre la vitesse hypertension et la prise de décision des armes ou du système anti-armes. Pour aider les simulateurs à se mettre à jour plus rapidement et à tester ces systèmes plus rapides, vous avez besoin de systèmes de test capables de traiter les données rapidement et de mettre à jour l’état actuel des modèles pour représenter avec précision l’environnement de simulation.

La nécessité de connaître plus tôt des informations sur les cibles radar plus petites ou un environnement a conduit à une demande accrue de systèmes multistatiques et drones, qui doivent fonctionner ensemble pour fonctionner efficacement dans un monde plus connecté. Avoir des systèmes connectés au niveau des composants entraîne le besoin de composants à bande plus large qui sont linéaires et qui nécessitent peut-être de comprendre et de tester les déficiences non traditionnelles. Pour les éléments des antennes à tableau phasé, un gain et une direction élevés garantissent que chaque élément a de meilleures performances sur une zone plus petite, tandis que tout le système d'éléments garantit une couverture correcte pour l'antenne à tableau phasé globale. Avoir une direction élevée et des faisceaux plus serrés permettent au radar de trouver des cibles plus éloignées et plus petites. Au niveau du système, les tests haute résolution et à large bande à faible latence, avec une synchronisation étroitement alignée sur plusieurs voies, sont essentiels. Pour tester la robustesse et la précision de ces systèmes radar, vous devez équilibrer davantage de voies avec une simulation EW détaillée et haute densité.

Les tendances du monde connecté et des Big Data ont également inspiré un ordre de bataille électronique en réseau, qui consiste en une série de nouveaux types de capteurs et de périphériques fonctionnant ensemble pour identifier, localiser et classer les mouvements, capacités et hiérarchie d'autres groupes. Avec la large gamme de capteurs utilisés, les tests au niveau des composants requièrent des analyses d'E/S plus complexes. Le niveau système englobe les structures de test agrégées qui nécessitent des tests parallèles et des analyses de données à grande vitesse. Les systèmes ont également besoin de simulateurs complexes capables d'offrir une plus grande fidélité et de gérer des scénarios de menace plus complexes.

Tous ces systèmes produisent plus de données à des vitesses plus rapides avec une série de capteurs travaillant ensemble pour utiliser le logiciel pour contrôler les systèmes. À mesure que davantage de données sont générées à une vitesse plus élevée, vous avez besoin de systèmes plus rapides que les humains pour prendre des décisions et organiser les données. C’est pourquoi les systèmes de radar cognitifs et de EW cognitifs ou prédictifs ont été inventés. Pour ces systèmes, les ensembles de programmes de test de composants et de sous-systèmes impliquent une plus grande gamme de fréquences et de bandes passantes que les autres systèmes. De plus, les tests paramétriques traditionnels ne suffisent probablement pas pour comprendre pleinement les performances du système, ce qui signifie que vous devez effectuer des tests de modélisation et de simulation en amont du processus de test. Au niveau du système, les simulateurs en boucle ouverte ne sont plus une option viable, et les actifs de test doivent émuler plus précisément les cibles et les environnements au lieu de s’appuyer sur des bases de données de menaces traditionnelles qui n’évaluent pas toutes les capacités d’un système radar cognitif.

Au fur et à mesure que la complexité croissante des systèmes entraîne de nouvelles avancées technologiques, vous avez besoin d’instruments de test qui s’adaptent aux niveaux des composants et du système. Vous avez également besoin d’une méthodologie de test bien pensée pour répondre aux nouvelles exigences, garantir la robustesse du système et respecter les calendriers de test.

Quatre approches de test traditionnelles sont utilisées pour l’intégration et les tests des systèmes de radar : lignes à retard, instrumentation compatible FPGA commerciale sur étagère (COTS) ou systèmes RF sur puce (RFSoC), générateurs de cibles radar COTS et solutions de test et de mesure clés en main. Chacune de ces méthodes de test présente ses propres forces et faiblesses.

Les lignes de retard sont des solutions robustes et rentables, plus faciles à acheter et à développer et répondant aux exigences de latence très faible. Cependant, leurs capacités sont très limitées et ne fonctionnent que pour les tests simples de fonctionnalité du système. Ils n'offrent pas de techniques de contre-mesures électroniques (ECCM) et de simulations d'environnements ou de scénarios réels rencontrés par les radars modernes tels que l'encombrement et les interférences.

L’instrumentation compatible FPGA COTS ou les RFSoC présentent un faible coût en capital, des capacités de faible latence et la souplesse pouvant être adaptées aux systèmes complexes avec des exigences uniques. Mais ils nécessitent d’importants coûts liés à l’homme, tels que les coûts d’ingénierie non récurrents lors du développement initial. En raison de la complexité du codage, cette instrumentation peut être difficile à maintenir et pas toujours fiable. En général, ce n’est pas un équipement de test réel, vous devez donc faire beaucoup de travail sur le firmware et le logiciel pour mettre le système en marche efficacement au début de tous les nouveaux programmes de test.

Les systèmes de génération de cibles radar COTS ont un investissement non récurrent en coûts d’ingénierie plus faible en raison de leur point de départ logiciel de niveau supérieur et de leur capacité à être personnalisés aux besoins d’application spécifiques. Cela permet aux experts du domaine d’utiliser leurs connaissances plus tôt dans le processus de conception du système de test. Cependant, les générateurs de cibles radar COTS coûtent généralement plus cher, nécessitent un support pour la mise à niveau et la maintenance et manquent de flexibilité car une grande partie de leurs fonctionnalités est déjà définie. Comme leurs capacités de test évoluent plus lentement, vous devez vous fier aux fournisseurs de tests pour implémenter de nouveaux modes ou fonctionnalités pour ces générateurs.

Les solutions de test et de mesure fermées ou clés en main sont définies et livrées comme des solutions complètes, ce qui produit une grande gamme dynamique, un support bien étalonné et bien connu basé sur un modèle COTS de base et la possibilité d’être rapidement exploité par plusieurs programmes. Mais les solutions de test et de mesure clés en main sont limitées aux fonctionnalités définies par le fournisseur et sont difficiles à configurer pour répondre aux besoins uniques du système. Elles produisent également une latence plus élevée car elles ne sont pas optimisées pour un test spécifique, ne sont généralement pas cohérentes de phase et sont souvent des systèmes prescrits ou en boucle ouverte. En raison de ces défis, vous devez compter sur les fournisseurs pour ajouter de nouvelles fonctionnalités pour répondre à l’évolution rapide des exigences, ce qui produit un système très difficile à évoluer vers des systèmes RF multivoies pour les technologies telles que AESA et l’interférométrie et limite votre capacité à effectuer des tests en boucle fermée.    

Les tendances du secteur qui affectent les nouvelles technologies de radar et de guerre électronique génèrent également de nouvelles tendances en matière d’instrumentation de test, telles que la convergence de l’industrie, les plates-formes logicielles, la maintenabilité des systèmes de test et les architectures de système de test.

Les fournisseurs d’équipements de test servent généralement à plusieurs industries, ce qui leur permet d’utiliser des instruments dans plusieurs industries telles que l’automobile, la 5G et la défense. Au fur et à mesure que les technologies et les tests de ces industries convergent dans notre monde nouvellement connecté, l’instrumentation de test doit étendre la couverture de fréquence et travailler sur des bandes passantes de fonctionnement plus larges avec des nombres de voies plus élevés. Les fournisseurs de test et de mesure investissent davantage dans les plates-formes logicielles pour exécuter leurs instruments et gagner davantage de revenus au fur et à mesure que les clients choisissent rapidement la flexibilité, la vitesse et la fiabilité des logiciels plutôt que les systèmes de test manuels antérieurement. Comparés aux autres options en boucle fermée pour les tests radar, les fournisseurs d’équipements de test peuvent tirer parti de leurs équipements dans plusieurs industries et voir des économies d’échelle réduisant le coût des solutions d’instrumentation de test tout en créant des instruments de test plus performants.

L’industrie montre que les instruments en boîtier pour les tests doivent durer de 8 à 12 ans. Les mises à jour du firmware sont requises tous les 18 à 24 mois, et les mises à niveau matérielles auront probablement lieu tous les 18 à 36 mois. Les instruments en boîtier émulent les périphériques de téléphones cellulaires en incorporant des écrans tactiles avec moins de boutons physiques. Pour augmenter la flexibilité, les fabricants de systèmes en boîtier incorporent des périphériques modulaires dans ces systèmes pour faciliter les mises à niveau. Ils créent également des « super-boîtes », ou des ensembles d’instruments en boîtier, pour une couverture de test plus étendue à partir de systèmes uniques.

Les instruments modulaires connaissent la croissance la plus importante dans l’industrie avec une augmentation des frontaux radio, des architectures multiprocesseurs et des besoins en matière de rapports et de stockage. En utilisant des plates-formes matérielles et logicielles modulaires, vous pouvez adapter vos systèmes de test à une grande variété de besoins, de la conception plus rapide à la réduction des risques de planification en passant par la conformité aux exigences système futures et plus complexes. Les nouveaux systèmes modulaires connaissent une flexibilité accrue grâce au matériel FPGA et RF dans le même périphérique. Cela signifie que vous pouvez utiliser le même instrument pour effectuer davantage de types de tests en basculant entre des périphériques tels qu’un processeur temps réel, un moniteur de spectre, un simulateur de voie et un contrôleur DUT. Avec la modularité, il y a également un compromis entre les systèmes de test haute densité pour les systèmes de test hautes performances. Vous pouvez inclure une instrumentation polyvalente dans vos systèmes modulaires si vous pouvez sacrifier des capacités de performance de test pour des fonctionnalités supplémentaires. Les instruments de mesure modulaires polyvalents offrent également une meilleure IP de mesure, de meilleurs composants (en particulier des convertisseurs analogiques/numériques et numériques/analogiques), des avancées dans le traitement du signal, ainsi que de meilleures accessibilité et architectures logicielles. De plus, l’instrumentation de test modulaire a conduit à des systèmes de test plus compacts, de sorte que plusieurs fonctionnalités d’instruments en boîtier peuvent s’adapter à un instrument ou système modulaire plus petit basé sur PXI.

Dans l’ensemble, l’instrumentation de test évolue pour répondre aux besoins des nouvelles technologies de radar et de guerre électronique en tirant parti de la convergence du secteur, de l’instrumentation logicielle, de l’instrumentation de test polyvalente et des instruments de test modulaires ou en s’y adaptant.

De nombreuses tendances favorisent les progrès technologiques dans plusieurs industries, y compris les radars et les EW. Les plates-formes logicielles et polyvalentes, les exigences à faible latence, un monde connecté, le traitement des Big Data et l’exposition à l’information, ainsi que le machine learning et l’intelligence artificielle, inspirent l’innovation dans les tests à la fois au niveau des composants et du système. Pour accélérer le rythme des avancées technologiques dans les radars et les EW et garantir la robustesse de la conception, les fabricants adaptent les équipements de test et de mesure traditionnels pour répondre aux nouvelles exigences. Grâce aux instruments modulaires et à davantage de modélisation et de simulation pendant différentes phases de test, vous pouvez relever ces tendances des systèmes radar et de guerre électronique. La modélisation et la simulation réduisent également les tests complets coûteux et vous aident à identifier et à résoudre les problèmes plus tôt dans le processus de test pour réduire les risques liés aux délais. Avec de nouveaux types de technologie de radar et de guerre électronique à l’horizon, vous devez relever les nouveaux défis de test plus tôt dans le processus de conception de test pour trouver le système de test approprié capable de répondre aux nouvelles exigences et aux besoins spécifiques à votre application.