Consideraciones clave para pruebas de radar

Información general

Muchas tendencias están impulsando la innovación para hacer avanzar las tecnologías las diferentes industrias. Las plataformas de usos múltiples y controladas por software están cambiando la forma en que las personas interactúan con sus teléfonos gracias a las más de 2 millones de aplicaciones para iPhone y más de 3.8 millones de aplicaciones para Android ahora disponibles. El procesamiento de baja latencia está creando oportunidades para que las personas interactúen de manera diferente con el mundo a través de la realidad virtual y la tecnología de gestos. Un mundo más conectado ha dado lugar al internet de las cosas (IoT), 5G y automóviles conectados. El procesamiento de big data y la exposición a la información permiten a las compañías optimizar la logística y ayudar a los médicos a realizar avances médicos. El aprendizaje de máquinas y la inteligencia artificial permiten el reconocimiento de patrones en conjuntos de datos más grandes de lo que cualquier ser humano podría procesar y hacen posibles los vehículos autónomos. Estas mismas tendencias que hacen avanzar las tecnologías en productos comerciales están evolucionando los sistemas de radar y guerra electrónica (EW) que incorporan fusión de sensores, armas hipersónicas, sensores multiestáticos, drones, una orden de batalla electrónica en red, radar cognitivo y EW cognitiva o predictiva.

Contenido

Tendencias de radar y guerra electrónica

Específicamente en el radar y la guerra electrónica (EW), el entorno operativo y los requisitos para los radares militares están cambiando rápidamente, y las tendencias de radar como las siguientes están aumentando la complejidad de estos sistemas a nuevos límites.

  • La proliferación de la arquitectura de radar, como la matriz activa escaneada electrónicamente (AESA), el radar biestático y pasivo, con un número aparentemente infinito de técnicas definidas por software dentro del radar "cognitivo" y el radar LPI, está aumentando el rango de pruebas requeridas por los sistemas de pruebas.
  • La miniaturización de la plataforma está impulsando la consolidación de los sistemas de RF. Es probable que los futuros radares, receptores de EW y comunicaciones compartan la misma plataforma de sensores y se prueben como una unidad.
  • Una autonomía similar a la del mercado de vehículos comerciales aumentará drásticamente la cantidad de pruebas requeridas en los sistemas multisensor y multiplataforma para garantizar la seguridad y la fiabilidad.

Las tendencias de radar y EW exigen modelado de radar y simulación de objetivos en todas las etapas del proceso de diseño Figura 1. Las tendencias de radar y EW exigen modelado de radar y simulación de objetivos en todas las etapas del proceso de diseño, a diferencia de otros tipos de pruebas que ocurren únicamente en ciertas etapas del proceso de diseño.

El modelado de radar y la simulación de objetivos es el único tipo de prueba que se puede aplicar durante todo el proceso de diseño. La creciente complejidad de los sistemas de radar hace que el modelado y la simulación de radar sean críticos durante el desarrollo para disminuir el costo de las costosas pruebas de todo el sistema, para encontrar y resolver problemas de diseño al inicio del proceso y para reducir el riesgo de cronograma.

Nuevas consideraciones sobre pruebas a nivel de sistema y componentes de radar y EW

Las tendencias más grandes de la industria, como las plataformas de usos múltiples y controladas por software, la baja latencia, un mundo conectado, big data y el aprendizaje de máquinas y la inteligencia artificial están acelerando la innovación de nuevos sistemas de radar y EW. Con toda esta innovación, usted debe estar familiarizado con algunos de los desafíos de la prueba que se avecinan para poder abordarlos al principio del proceso de diseño de las pruebas. Esto implica comprender las consideraciones iniciales para las pruebas a nivel de componente y sistema para las siguientes innovaciones en la industria del radar y EW: avión de combate de quinta generación, armas hipersónicas, sensores multiestáticos y drones, orden de batalla electrónica en red y radar cognitivo y EW cognitiva o predictiva.

El avión de combate de quinta generación es una aeronave controlada por software y fabricada con más de 10 millones de líneas de código para controlar y conectar una serie de sensores que trabajan juntos para que la aeronave pueda realizar modificaciones de vuelo más rápidas. Para los sistemas que combinan datos de un grupo de sensores y realizan ajustes controlados por software en base a esos datos, dos pruebas de componentes son fundamentales: prueba de variantes de forma de onda para antenas y prueba de integridad de la señal para entradas y salidas (E/S) del sistema. Debido a que las antenas son de usos múltiples, usted debe probarlas para tener en cuenta la variación de la forma de onda y verificar que tanto su aislamiento como su directividad sean altos. Debido a la mezcla de sensores y los datos que estos sensores generan, la E/S del sistema es compleja. Usted debe realizar pruebas de integridad de la señal para garantizar y mantener un alto rendimiento de datos y la capacidad de utilizar E/S del sistema personalizables. Para la prueba a nivel del sistema, la software suite y la integración requieren pruebas adicionales con una serie de simulaciones multifunción para garantizar que el software esté listo y sea capaz de administrar errores potenciales o entradas inesperadas.

Los sistemas de armas hipersónicas y las plataformas de reacción necesitan sistemas confiables de baja latencia para adaptarse lo suficientemente rápido al entorno. Como resultado, los sistemas de radar y EW tienen requisitos de rango má alto, por lo que sus sistemas de antena a nivel de componente deben tener más elementos por antena para que el radar dirija el haz de forma más precisa con control de fase y amplitud. A nivel del sistema, usted necesita pruebas de baja latencia, específicamente velocidades de actualización rápidas para simulaciones, para garantizar que su sistema pueda mantenerse al día con las velocidades hipersónicas y la toma de decisiones con respecto al sistema armas o anti-armas. Para ayudar a que los simuladores se actualicen más rápidamente y probar estos sistemas más rápidos, usted necesita sistemas de prueba que puedan procesar datos rápidamente y actualizar el estado de los modelos para representar con precisión el entorno de simulación.

El requisito de conocer más información desde el inicio sobre objetivos de radar más pequeños o un entorno ha llevado a una mayor demanda de sistemas multiestáticos y drones, que deben trabajar juntos para operar de manera efectiva en un mundo más conectado. Tener sistemas conectados a nivel de componente impulsa la necesidad de componentes de banda más ancha que sean lineales y que pueden requerir que usted comprenda y pruebe las deficiencias no tradicionales. Para los elementos de las antenas de matriz de fase, la alta ganancia y la directividad garantizan que cada elemento tenga un mayor rendimiento en un área más pequeña, mientras que todo el sistema de elementos garantiza la cobertura correcta para la antena de matriz de fase general. Tener una alta directividad y haces más estrechos permite que el radar encuentre objetivos que están más lejos y que son más pequeños. A nivel de sistema, son fundamentales las pruebas de alta resolución y baja latencia de banda ancha, con sincronización perfectamente alineada a través de múltiples canales. Para probar la solidez y la precisión de estos sistemas de radar, usted debe equilibrar más canales con una simulación de EW detallada y de alta densidad.

El mundo conectado y las tendencias de big data también han inspirado un orden de batalla electrónico en red, que es una serie de nuevos tipos de sensores y dispositivos que trabajan juntos para identificar, localizar y clasificar los movimientos, las capacidades y la jerarquía de otros grupos. Con la amplia variedad de sensores utilizados, las pruebas a nivel de componente requieren un análisis de E/S más complejo. El nivel del sistema abarca estructuras de pruebas agregadas que necesitan pruebas paralelas y análisis de datos de alta velocidad. Los sistemas también necesitan simuladores que puedan proporcionar una mayor fidelidad y manejar escenarios de amenazas más complejos.

Todos estos sistemas están produciendo más datos a velocidades más rápidas con una serie de sensores que trabajan juntos para usar software para controlar los sistemas. A medida que se generan más datos a una mayor velocidad, usted necesita sistemas que sean más rápidos que los humanos para tomar decisiones y organizar los datos. Por eso se inventaron los sistemas de radares cognitivos y de EW cognitivos o predictivos. Para estos sistemas, los conjuntos de programas de prueba de componentes y subsistemas involucran una variedad más amplia de frecuencias y anchos de banda que otros sistemas. Además, es probable que las pruebas paramétricas tradicionales no sean suficientes para comprender completamente el rendimiento del sistema, lo que significa que usted debe realizar pruebas de modelado y simulación al inicio del proceso de pruebas. A nivel de sistema, los simuladores de ciclo abierto ya no son una opción viable, y los activos de pruebas deben emular objetivos y entornos con mayor precisión en lugar de depender de las bases de datos de amenazas tradicionales que no evalúan todas las capacidades de un sistema de radar cognitivo.

A medida que la creciente complejidad del sistema impulsa nuevos avances tecnológicos, usted necesita instrumentación de prueba a nivel de componentes y de sistemas que se adapte. También necesita una metodología de pruebas bien pensada para cumplir con los nuevos requisitos, garantizar la robustez del sistema y mantener los cronogramas de las pruebas.

Consideraciones y tendencias de la instrumentación de prueba

Se utilizan cuatro enfoques de prueba tradicionales para la integración y prueba del sistema de radar: líneas de retraso, instrumentación habilitada por FPGA comercial (COTS) y disponible o sistemas en chip de RF (RFSoC), generadores comerciales de objetivos de radar y soluciones de pruebas y medidas listas para usar. Cada uno de estos métodos de pruebas presenta sus propias fortalezas y debilidades.

Las líneas de retraso son soluciones robustas y rentables que son más fáciles de comprar y desarrollar y que cumplen con los requisitos de muy baja latencia. Sin embargo, tienen una capacidad muy limitada y solamente funcionan para pruebas simples de funcionalidad del sistema. No ofrecen técnicas de contramedidas electrónicas (ECCM) ni simulaciones de entornos o escenarios del mundo real que los radares modernos experimentan como desorden e interferencia.

La instrumentación habilitada para FPGA o RFSoC presenta un bajo costo de capital, capacidades de baja latencia y la flexibilidad para adaptarse a sistemas complejos con requisitos únicos. Pero requieren grandes costos humanos, como costos de ingeniería no recurrentes en el desarrollo inicial. Debido a la complejidad de la codificación, esta instrumentación puede ser difícil de mantener y no siempre confiable. Por lo general, no es un verdadero equipo de prueba, por lo que usted debe realizar mucho trabajo de firmware y software para que el sistema funcione de manera efectiva al comienzo de todos los nuevos programas de prueba.

Los sistemas generadores de objetivos de radar comerciales tienen una inversión de costos de ingeniería más baja y no recurrente debido a su punto de partida de software de nivel superior y la capacidad de adaptarse a las necesidades específicas de la aplicación. Esto permite que los expertos en el dominio usen su conocimiento desde el inicio del proceso de diseño del sistema de pruebas. Sin embargo, los generadores de objetivos de radar comerciales generalmente cuestan más, requieren soporte para actualizar y dar mantenimiento, y carecen de flexibilidad porque una gran parte de su funcionalidad ya está definida. Sus capacidades de prueba están evolucionando más lentamente, por lo que usted debe confiar en los proveedores de prueba para implementar nuevos modos o funcionalidades para estos generadores.

Las soluciones de pruebas y medidas cerradas o listas para usar se definen y entregan como soluciones completas, lo que da como resultado un gran rango dinámico, un soporte bien calibrado y conocido basado en un modelo comercial central, y la capacidad de aprovecharse rápidamente en varios programas. Pero las soluciones de pruebas y medidas listas para usar están limitadas a la funcionalidad definida por el proveedor y son difíciles de configurar para las necesidades únicas del sistema. También producen una mayor latencia porque no están optimizados para una prueba específica, por lo general no son de fase coherente y, a menudo, son sistemas prescritos o de ciclo abierto. Debido a estos desafíos, usted debe confiar en los proveedores para agregar nuevas funciones para los requisitos que van cambiando rápidamente, lo que da como resultado un sistema que es muy difícil de escalar a sistemas de RF multicanal para tecnologías como AESA e interferometría y limita su capacidad para realizar pruebas de circuito cerrado.    

Las tendencias de la industria que cambian rápidamente la nueva tecnología de radar y EW también están haciendo que la instrumentación de pruebas sea altamente adaptable, controlada por software y modular para abordar la necesidad de más pruebas de modelado y simulación.

Figura 2. Las tendencias de la industria que cambian rápidamente la nueva tecnología de radar y EW también están haciendo que la instrumentación de pruebas sea altamente adaptable, controlada por software y modular para abordar la necesidad de más pruebas de modelado y simulación.

Las tendencias de la industria que afectan a la nueva tecnología de radar y EW también están impulsando nuevas tendencias de instrumentación de pruebas, como la convergencia de la industria, las plataformas definidas por software, la capacidad de mantenimiento del sistema de prueba y las arquitecturas del sistema de pruebas.

Los proveedores de equipos de pruebas generalmente atienden a más de una industria, por lo que pueden usar instrumentos entre varias industrias como la automotriz, 5G y defensa. A medida que las tecnologías y las pruebas para estas industrias convergen en nuestro mundo recién conectado, la instrumentación de pruebas debe ampliar la cobertura de frecuencia y trabajar en anchos de banda operativos más grandes con un mayor número de canales. Los proveedores de pruebas y medidas están invirtiendo más en plataformas de software para ejecutar sus instrumentos y obtener más utilidad a medida que los clientes eligen rápidamente la flexibilidad, la velocidad de las pruebas y la fiabilidad del software en lugar de los sistemas de pruebas manuales anteriores. En comparación con otras opciones de circuito cerrado para la prueba de radar, los proveedores de equipos de pruebas pueden aprovechar sus equipos en múltiples industrias y ver economías de escala que reducen el costo de la solución de instrumentación de pruebas mientras crean instrumentación de pruebas más capaz.

La industria está demostrando que los instrumentos tradicionales para pruebas deben durar de 8 a 12 años. Se requieren actualizaciones de firmware en intervalos de 18 a 24 meses, y es probable que las actualizaciones de hardware se realicen cada 18 a 36 meses. Los instrumentos tradicionales están emulando los dispositivos de teléfonos celulares al incorporar pantallas táctiles con menos botones físicos. Para aumentar la flexibilidad, los fabricantes de sistemas tradicionales están incorporando dispositivos modulares en estos sistemas para facilitar las actualizaciones. También están creando "súper cajas", o colecciones de instrumentos tradicionales, para una mayor cobertura de pruebas de los sistemas individuales.

Los instrumentos modulares están experimentando el mayor crecimiento en la industria con un aumento en las interfaces de radio, las arquitecturas de múltiples procesadores y las necesidades de generación de reportes y almacenamiento. Al usar plataformas modulares de hardware y software, usted puede adaptar sus sistemas de pruebas para una amplia variedad de necesidades, desde un diseño más rápido hasta un menor riesgo del cronograma y el cumplimiento de requisitos de sistemas futuros y más complejos. Los nuevos sistemas modulares están experimentando una mayor flexibilidad con hardware FPGA y RF en el mismo dispositivo. Esto significa que puede usar el mismo instrumento para realizar más tipos de pruebas cambiando entre dispositivos como un procesador en tiempo real, un monitor de espectro, un simulador de canales y un controlador DUT. Con la modularidad también viene el intercambio de sistemas de pruebas de alta densidad por sistemas de pruebas de alto rendimiento. Puede incluir instrumentación de usos múltiples en sus sistemas modulares si puede sacrificar las capacidades de rendimiento de prueba por funcionalidad adicional. Los instrumentos de medias modulares de usos múltiples también ofrecen IP de medidas mejorada, mejores componentes (especialmente convertidores analógico a digital y convertidores digital a analógico), avances en el procesamiento de señales y mejor accesibilidad y arquitecturas de software. Además, la instrumentación de pruebas modulares ha llevado a sistemas de prueba más compactos, por lo que más de una funcionalidad del instrumento tradicional puede caber en un instrumento o sistema modular más pequeño basado en PXI.

En general, la instrumentación de prueba está evolucionando para satisfacer las necesidades de la nueva tecnología de radar y EW al aprovechar y adaptarse a la convergencia de la industria, la instrumentación definida por software, la instrumentación de prueba de usos múltiples y los instrumentos de prueba modulares.

Cumpla con las nuevas expectativas de la industria introduciendo la simulación al inicio del proceso de diseño con instrumentación de pruebas modulares

Muchas tendencias están impulsando los avances tecnológicos en múltiples industrias, incluyendo los radares y EW. Las plataformas de usos múltiples y controladas por software, los requisitos de baja latencia, un mundo conectado, el procesamiento de big data y la exposición de la información, y el aprendizaje de máquinas y la inteligencia artificial están inspirando la innovación en las pruebas tanto a nivel de componentes como de sistemas. Para acelerar la velocidad de los avances tecnológicos en radar y EW y garantizar la solidez del diseño, los fabricantes están adaptando los equipos tradicionales de pruebas y medidas para cumplir con los nuevos requisitos. Con instrumentos modulares y más modelado y simulación durante las diferentes fases de pruebas, usted puede abordar estas tendencias de sistemas de radar y EW. El modelado y la simulación también reducen las costosas pruebas de todo el sistema y lo ayudan a identificar y resolver problemas con anticipación en el proceso de pruebas para reducir el riesgo del cronograma. Con nuevos tipos de tecnología de radar y EW por surgir, usted debe abordar nuevos desafíos de pruebas desde el inicio del proceso de diseño de las pruebas para encontrar el sistema de prueba adecuado que sea flexible y pueda cumplir con los nuevos requisitos y las necesidades específicas de su aplicación.