Considérations clés pour les tests radar

Aperçu

De nombreuses tendances favorisent l’innovation pour faire progresser les technologies dans plusieurs secteurs. Les plates-formes polyvalentes pilotées par logiciel changent la façon dont les gens interagissent avec leurs téléphones grâce aux plus de 2 millions d’applications iPhone et à plus de 3,8 millions d’applications Android disponibles. Le traitement à faible temps de latence offre aux utilisateurs la possibilité d’interagir différemment avec le monde grâce à la technologie de réalité virtuelle et de reconnaissance gestuelle. Un monde plus connecté a conduit à l’Internet des objets (IoT), à la 5G et aux voitures connectées. Le traitement des Big Data et l’exposition à l’information permettent aux entreprises d’optimiser leur logistique et aident les médecins à progresser dans le domaine médical. Le machine learning et l’intelligence artificielle permettent de reconnaître des modèles dans des ensembles de données plus vastes que ceux qu’un être humain pourrait traiter et de créer des véhicules autonomes. Ces mêmes tendances qui font avancer la technologie pour les produits commerciaux font évoluer les systèmes de radar et de guerre électronique qui incorporent la fusion de capteurs, les armes hypersoniques, les capteurs multistatiques, les drones, un ordre de bataille électronique en réseau, un radar cognitif et une guerre électronique cognitive ou prédictive.

Contenus

Tendances dans le secteur des radars et de la guerre électronique

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.

Figure 1. Les tendances dans le secteur des radars et de la guerre électronique exigent une modélisation des radars et une simulation de cibles à toutes les étapes du processus de conception, à la différence d’autres types de tests qui ne sont effectués qu’à certaines étapes du processus de conception.

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.

Considérations relatives aux tests effectués sur les composants et le système des nouveaux radars et de guerre électronique

Les grandes tendances du secteur, telles que les plates-formes logicielles et multifonctionnelles, le faible temps de latence, le monde connecté, les Big Data, le machine learning et l’intelligence artificielle accélèrent l’innovation pour les systèmes de nouveaux radars et de guerre électronique. Face à tant d’innovations, vous devez vous familiariser de manière proactive avec certains des défis liés aux tests afin de pouvoir les aborder plus tôt dans le processus de conception de test. Cela implique de comprendre les considérations initiales des tests de composants et du système pour les innovations suivantes dans le secteur des radars et de la guerre électronique : avions de chasse de cinquième génération, armes hypersoniques, capteurs multistatiques et drones, ordre de bataille électronique en réseau, ainsi que radars cognitifs et guerre électronique cognitive ou prédictive.

L’avion de chasse de cinquième génération est un avion commandé par logiciel conçu avec plus de 10 millions de lignes de code permettant de contrôler et de connecter une série de capteurs qui, conjointement, permettent à l’avion d’effectuer des modifications plus rapides en vol. Pour les systèmes qui combinent des données provenant d’un groupe de capteurs et effectuent des ajustements logiciels en fonction de ces données, deux tests de composants principaux sont essentiels : le test de variance de forme d’onde pour les antennes et le test d’intégrité du signal pour les entrées et les sorties (E/S) du système. Les antennes étant polyvalentes, vous devez les tester pour prendre en compte la variance de la forme d’onde et vérifier que leur isolation et leur directivité sont élevées. En raison des différents capteurs et des différentes 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 une vitesse de transfert des données élevée et la possibilité d’utiliser des E/S du système personnalisables. Pour les tests effectués sur le système, la suite logicielle lourde et son intégration requièrent des tests supplémentaires avec une série de simulations multifonctions pour garantir que le logiciel est prêt et capable de gérer les erreurs potentielles ou les entrées inattendues.

 



Figure 2. Avec les systèmes de radar et de guerre électronique complexes, vous devez effectuer des tests au niveau des composants et du système pour confirmer la robustesse du système après y avoir apporté des modifications, afin de répondre aux besoins d’adaptabilité croissants en E/S, logiciels, connectivité et adaptabilité du système.

Les systèmes d’armes hypersoniques et les plates-formes réactives ont besoin de systèmes fiables à faible temps de latence pour s’adapter rapidement à l’environnement. En conséquence, les systèmes de radars et de guerre électronique imposent 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 diriger plus précisément le faisceau avec un contrôle de la phase et de l’amplitude. Au niveau du système, vous avez besoin de tests à faible temps de latence, en particulier de fréquences de mise à jour rapides pour les simulations, afin de vous assurer que votre système peut suivre les vitesses hypersoniques et la prise de décision du système d’armes ou anti-arme. Pour favoriser la mise à jour plus rapide des simulateurs et pour tester ces systèmes plus rapides, vous avez besoin de systèmes de test capables de traiter rapidement les données et de mettre à jour l’état actuel des modèles afin de représenter avec précision l’environnement de simulation.

L’obligation de connaître plus tôt les informations relatives aux cibles radar plus petites ou à un environnement a entraîné une demande accrue de systèmes multistatiques et de drones, qui doivent fonctionner ensemble pour une meilleure efficacité dans un monde plus connecté. Le fait de disposer de systèmes connectés au niveau des composants fait qu’il est nécessaire de disposer de composants à bande plus large, linéaires et susceptibles de vous obliger à comprendre et à tester des déficiences non traditionnelles. Pour les éléments situés sur les antennes en réseau à commande de phase, le gain élevé et la directivité garantissent des performances supérieures sur une zone plus petite, tandis que l’ensemble du système d’éléments garantit une couverture correcte de l’antenne en réseau à commande de phase dans son ensemble. La directivité élevée et les faisceaux plus étroits permettent au radar de détecter des cibles plus éloignées et plus petites. Au niveau du système, la haute résolution et les tests de large bande à faible temps de latence avec une synchronisation étroitement alignée sur plusieurs canaux sont essentiels. Pour tester la robustesse et la précision de ces systèmes de radar, vous devez équilibrer davantage de canaux avec une simulation de guerre électronique à haute densité et détaillée.

Les tendances dans les secteurs 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 dispositifs fonctionnant ensemble pour identifier, localiser et classer les mouvements, les capacités et la hiérarchie d’autres groupes. Avec le large éventail de capteurs utilisés, les tests au niveau des composants nécessitent une analyse des E/S plus complexe. L’amplitude du système comprend des structures de test agrégées qui nécessitent d’effectuer des tests en parallèle et une analyse de données à grande vitesse. Les systèmes ont également besoin de simulateurs complexes pouvant offrir une plus grande fidélité et gérer des scénarios de menaces plus complexes.

Tous ces systèmes produisent davantage de données à des débits plus rapides grâce à une série de capteurs fonctionnant ensemble pour utiliser un logiciel permettant de contrôler les systèmes. Dans la mesure où plus de données sont générées à un débit plus élevé, vous avez besoin de systèmes plus rapides que les capacités de l’homme dans la prise de décisions et l’organisation des données. C’est pourquoi les systèmes de radar cognitif et ceux de guerre électronique cognitive ou prédictive ont été inventés. Pour ces systèmes, les ensembles de programmes de test de composants et de sous-systèmes impliquent une plage de fréquences et de largeurs de bande plus étendue que d’autres systèmes. En outre, les tests paramétriques traditionnels ne sont probablement pas suffisants pour bien comprendre les performances du système, ce qui signifie que vous devez effectuer des tests de modélisation et de simulation à un stade précoce 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 de radar cognitif.

L’augmentation de la complexité des systèmes entraînant de nouvelles avancées technologiques, vous avez besoin d’une instrumentation de test au niveau des composants et du système adaptée. 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.

Considérations et tendances en matière d’instrumentation 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 à retard sont des solutions robustes et économiques, plus faciles à obtenir et à développer et répondant à des exigences de très faible temps de latence. Cependant, leur capacité est très limitée et elles ne fonctionnent qu’avec de simples tests de fonctionnalité du système. Elles n’offrent pas de techniques de contre-contre-mesures électroniques (ECCM) ni de simulations d’environnements ou de situations réels rencontrés par les radars modernes, tels que les échos parasites et les interférences.

L’instrumentation compatible FPGA COTS ou les RFSoC offrent un faible coût, des capacités de faible temps de latence et la flexibilité d’adaptation aux systèmes complexes avec des exigences uniques. Mais ils nécessitent des coûts humains élevés, tels que des coûts d’ingénierie non récurrents lors du développement initial. En raison de la complexité du codage, cette instrumentation peut être difficile à entretenir et pas toujours fiable. Il ne s’agit généralement pas de véritables équipements de test. Vous devez donc déployer de nombreux firmware et logiciels pour que le système soit opérationnel et fonctionne efficacement dès le début des nouveaux programmes de test.

Les systèmes générateurs de cibles radar COTS présentent un investissement en coûts d’ingénierie non récurrents moins élevé en raison de leur point de départ logiciel de niveau supérieur et de leur capacité à s’adapter aux besoins spécifiques des applications. Cela permet aux équipes d’experts 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 une assistance pour la mise à niveau et la maintenance, et manquent de flexibilité, car une grande partie de leurs fonctionnalités est déjà définie. Leurs capacités de test évoluent plus lentement, vous devez donc vous reposer sur les fournisseurs de tests pour mettre en place de nouveaux modes ou de nouvelles fonctionnalités pour ces générateurs.

Les solutions de test et de mesure fermées ou clés en main sont définies et livrées en tant que solutions complètes, ce qui se traduit par une large plage dynamique, une assistance bien calibrée et bien connue basée sur un modèle COTS central et la possibilité d’être exploitées rapidement au sein de plusieurs programmes. Cependant, les solutions de test et de mesure clés en main sont limitées aux fonctionnalités définies par le fournisseur et sont difficiles à configurer pour des besoins système uniques. Elles produisent également un temps de latence plus élevé, car elles ne sont pas optimisées pour un test spécifique, ne sont généralement pas en cohérence de phase et constituent souvent des systèmes normalisés ou à boucle ouverte. En raison de ces défis, vous devez vous reposer sur les fournisseurs pour ajouter de nouvelles fonctionnalités aux besoins en constante évolution, ce qui se traduit par un système très difficile à adapter aux systèmes RF multicanaux pour des technologies telles que le radar à antenne active (AESA) et l’interférométrie, et ce qui limite votre capacité à effectuer des tests en boucle fermée.    


Figure 3. Les tendances du secteur qui font rapidement évoluer les nouvelles technologies de radar et de guerre électronique rendent également l’instrumentation de test hautement adaptable, pilotée par logiciel et modulaire pour répondre aux besoins accrus en tests de modélisation et de simulation.

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 desservent généralement plusieurs secteurs. Ils peuvent donc utiliser le même instrument dans plusieurs secteurs, tels que l’automobile, la 5G et la défense. Alors que les technologies et les tests pour ces secteurs convergent dans notre monde nouvellement connecté, l’instrumentation de test doit étendre la couverture d’utilisation et fonctionner sur des largeurs de bande de fonctionnement plus grandes avec des comptes de canaux plus élevés. Les fournisseurs de tests et de mesures investissent davantage dans les plates-formes logicielles pour faire fonctionner leurs instruments et génèrent plus de revenus, car les clients choisissent rapidement la flexibilité, la vitesse de test et la fiabilité des logiciels par rapport aux systèmes de test précédemment manuels. En comparaison avec d’autres options de test radar en boucle fermée, les fournisseurs d’équipements de test peuvent exploiter leurs équipements dans de nombreux secteurs et constatent que les économies d’échelle réduisent les coûts de la solution d’instrumentation de test tout en créant des instruments de test plus performants.

Le secteur montre que les instruments autonomes 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 doivent être disponibles tous les 18 à 36 mois. Les instruments autonomes émulent les appareils de téléphonie cellulaire en incorporant des écrans tactiles avec moins de boutons physiques. Pour accroître la flexibilité, les fabricants de systèmes autonomes incorporent des dispositifs modulaires dans ces systèmes pour faciliter les mises à niveau. Ils créent également des « super systèmes autonomes » ou des ensembles d’instruments autonomes, pour une plus grande couverture de tests à partir de systèmes uniques.

Les instruments modulaires enregistrent la plus forte croissance du secteur, avec une augmentation des frontaux radio, des architectures multiprocesseurs, ainsi que des besoins en génération de rapports et stockage. En utilisant des plates-formes matérielles et logicielles modulaires, vous pouvez adapter vos systèmes de test à une grande variété de besoins, allant d’une conception plus rapide à une réduction du risque de planification, en passant par la conformité à des exigences système futures plus complexes. Les nouveaux systèmes modulaires font apparaître une flexibilité améliorée avec les matériels FPGA et RF dans le même appareil. Cela signifie que vous pouvez utiliser le même instrument pour effectuer plusieurs types de test en basculant entre les périphériques tels qu’un processeur en temps réel, un moniteur de spectre, un simulateur de canal et un contrôleur d’unités sous test (DUT). La modularité implique également le compromis entre des systèmes de test très denses et des systèmes de test hautes performances. Vous pouvez inclure une instrumentation polyvalente dans vos systèmes modulaires si vous pouvez sacrifier les capacités de performances 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 en matière de traitement du signal, ainsi qu’un meilleur accès aux logiciels et aux architectures. En outre, l’instrumentation de test modulaire a conduit à la création de systèmes de test plus compacts, de sorte que plusieurs fonctionnalités d’instrument autonome peuvent s’intégrer dans 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.

Répondez aux nouvelles attentes du secteur en introduisant la simulation dès le début du processus de conception avec l’instrumentation de test modulaire

De nombreuses tendances favorisent les avancées technologiques dans de nombreux secteurs, notamment le radar et la guerre électronique. Les plates-formes polyvalentes pilotées par logiciel, les exigences en matière de faible temps de latence, un monde connecté, le traitement des Big Data et l’exposition aux informations, ainsi que le machine learning et l’intelligence artificielle inspirent l’innovation dans le secteur des tests, tant au niveau des composants que du système. Pour accélérer les avancées technologiques dans les domaines des radars et de la guerre électronique et pour garantir la robustesse de la conception, les fabricants adaptent les équipements de test et de mesure traditionnels aux nouvelles exigences. Avec des instruments modulaires et davantage de modélisation et de simulation au cours des différentes phases de test, vous pouvez gérer ces tendances des systèmes radars et de guerre électronique. La modélisation et la simulation réduisent également les tests coûteux au niveau du système complet et vous aident à identifier et à résoudre les problèmes plus tôt dans le processus de test afin de réduire les risques liés à la planification. Avec de nouveaux types de technologies 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 flexible qui convient aux nouvelles exigences et aux besoins spécifiques de votre application.