毫米波防撞雷達二線檢測系統設計

楊昌福,王 堅

(1.中國西南電子技術研究所,成都610036;2.總參陸航部駐成都地區軍事代表室,成都610036)

1 引 言

當今隨著高新技術的發展和戰爭形態的變化,武器裝備使用者對裝備的性能、維修性等要求也越來越高[1]。毫米波防撞雷達是為直升機專門研制的新型全天候飛行安全保障裝備,為了保障新技術裝備經常處于良好的戰斗狀態,能夠迅速形成戰斗力。毫米波防撞雷達的性能檢測和故障診斷已成為綜合技術保障的核心,直接影響著載機的安全以及戰斗力的發揮。二線檢測設備作為保證毫米波防撞雷達設備完好率的重要手段,其重要性不容忽視。它的缺乏將會直接影響設備的正常使用,使其不能夠充分發揮性能。近年來,用戶也越來越強調快速反應能力和設備的完好率,而保證設備完好率除了提高設備本身的可靠性之外,二線檢測設備也是保證設備完好率的重要設備。

為滿足毫米波防撞雷達檢測的需求,本文進行了測試系統頂層化的設計,使得該綜合化和智能化的二線檢測測試設備能夠在二級維修中將測試對象的故障隔離到內場可更換組件(SRU),保證設備的完好率和快速反應能力。

2 毫米波防撞雷達設備的組成及工作原理

如圖1所示,毫米波防撞雷達的波形產生器產生鋸齒波調制LFM的基帶信號,經過混頻輸出LFM中頻信號。該信號在射頻前端與本振信號進行混頻,形成毫米波段的線性調頻連續波信號,然后放大,再通過射頻對消器后由天線發射。

圖1 毫米波防撞雷達系統組成原理框圖Fig.1 Composition of secondary assistant detect system

同時,天線接收的目標回波信號,經過射頻對消器后,由低噪聲放大器放大,再與一本振信號下混頻,得到的LFM中頻回波信號進行正交解調,得到I/Q兩路視頻信號。I/Q信號經低通濾波、高通濾波和視頻放大,送至信號處理單元。

信號處理單元對I/Q信號A/D采樣后,再進行FFT及恒虛警處理,并進行載機運動補償。

數據處理單元對目標參數進行數據分析,對特征目標進行識別和標識,最后形成三維地形圖,并且將語音告警信號輸出到機內通話器。

伺服單元控制天線對預定空域進行快速掃描。

3 二線檢測系統主要技術功能、工作流程及測試系統總體要求

3.1 主要技術功能及工作流程

二線檢測設備包括以下主要功能:

(1)具有讀取毫米波防撞雷達整機自檢信息的功能;

(2)具有二線檢測設備自檢的功能;

(3)具有自動和人工檢測毫米波防撞雷達各SRU性能的功能;

(4)具有對毫米波防撞雷達發射功率和接收靈敏度的測試功能;

(5)具有SRU檢測信息的顯示和判別功能。

二線檢測系統工作流程如下:

第一步在防撞雷達加電狀態下提取全部可提取BIT的待測單元的自檢信息(具有BIT自檢信息的有防撞雷達的電源、中視頻及頻綜、伺服控制、信號處理),初步判斷設備的故障情況;

第二步原則上是針對不具備BIT自檢信息的SRU單元(不具備BIT自檢信息的待測單元的有數據處理、圖像處理、接口控制)采用間接的方法來進行檢測。

在第二步的測試過程中也加入了對已有BIT信息單元的檢測,第一可以驗證其BIT信息的正確性,第二可以對不能獲取BIT信息的單元進行功能驗證[2]。

圖2是二線檢測設備的基本工作流程,在測試過程中需要測試人員的介入,作出選擇和確認。測試儀根據測試人員所選的不同測試流程,分為自動和人工測試流程,調用不同的測試資源進行測試。圖中,DUT代表毫米波防撞雷達。

圖2 二線檢測工作流程圖Fig.2 Operating flow chart of secondary assistant detect system

3.2 測試系統總要求

測試系統的測試對象是毫米波防撞雷達。為判斷毫米波防撞雷達的工作狀態是否正常;通過測試雷達各個分系統是否能夠準確完成工作任務來判斷其內部功能模塊的好壞。根據對毫米波防撞雷達的性能分析及目前自動測試技術的發展,對毫米波防撞雷達二線檢測系統提出了如下測試要求:

(1)檢測毫米波防撞雷達發射功率,判斷毫米波防撞雷達毫米波前端功率發射支路的性能;

(2)在雷達天線輸入端饋入存儲延時信號,測量毫米波防撞雷達接收機接收靈敏度,判斷毫米波防撞雷達接收機的性能;

(3)檢測天線伺服機構工作狀態是否正常;

(4)檢測信號處理工作狀態是否正常;

(5)檢測數據處理圖像顯示工作狀態是否正常;

(6)測試系統具有自檢功能;

(7)軟件具有良好的人機交互界面和在線幫助功能;

(8)檢測結果可存儲和打印。

4 二線檢測系統硬件設計方案

二線檢測設備由圖3實線框內所示各部分組成,它們和毫米波防撞雷達以及測試接口共同構成二線檢測系統。在功能上分為毫米波防撞雷達毫米波前端測試部分、天伺饋測試部分、信號處理測試部分、圖像處理測試部分、接口控制測試部分、系統控制處理、人機接口等部分。

圖3 二線檢測系統原理框圖Fig.3 Principium of secondary assistant detect system

毫米波防撞雷達毫米波前端測試部分包括上下變頻/解調、信號處理、功率及頻譜測試等,實現對毫米波防撞雷達發射功率的檢測以及目標發現功能的檢測,如圖4所示。

圖4 毫米波防撞雷達毫米波前端測試原理圖Fig.4 DUT MMW channel test theory

毫米波防撞雷達天伺饋測試部分通過獨立RS422接口,可以對天線伺服機構進行控制,讀取天線伺服機構自檢及回傳信息,完成其功能的檢測,如圖5所示。

圖5 毫米波防撞雷達天伺饋測試原理圖Fig.5 DUT antenna control test theory

毫米波防撞雷達信號處理測試部分通過獨立USB接口輸入標準數據包,待其完成數據處理送出處理結果后,與正常狀態下相同數據處理結果進行對比,完成其數據處理功能檢測。

毫米波防撞雷達圖像處理測試部分在毫米波防撞雷達加電初始,通過外接獨立顯示器可以觀察毫米波防撞雷達操作系統啟動狀態,還可以通過獨立以太網線送入毫米波防撞雷達圖像處理自檢命令,待其自檢完畢后根據自檢結果完成其顯示功能的測試,如圖6所示。

圖6 毫米波防撞雷達圖像處理測試原理圖Fig.6 DUT image manipulation test theory

毫米波防撞雷達接口控制測試部分的測試不能直接測量,通過ARINC429接口可以送入模擬慣導數據,在外接顯示器上觀察是否有正確信息輸出,同時毫米波防撞雷達加電,通過天線伺服、信號處理、圖像顯示的控制命令回傳信息來綜合判斷接口部分的功能是否正常,如圖7所示。

圖7 毫米波防撞雷達接口控制測試原理圖Fig.7 DUT interface test theory

系統控制處理對各項測試命令進行處理,轉化為各測試部分的測試命令代碼,收集個測試部分得到的測試結果進行綜合處理并根據測試規則進行判決,將結果上報人機接口供測試人員讀取。

人機接口包含觸摸顯示屏和鍵盤、指示燈、開關。主要功能包含測試指令輸入,測試結果顯示、設備狀態顯示等。

二線檢測系統是開放式的自動測試系統,開放式自動測試系統具有信息共享的邏輯結構,這些測試信息能在測試的不同階段之間、內部不同部件之間、測試系統和其他輔助系統之間共享[3]。在構建毫米波防撞雷達測試系統時采用成熟的系統控制機箱技術:支持多家廠家硬件和軟件;其次,軟硬件配置可以多樣化,可以接插不同的功能模塊,可以靈活地進行系統變更和升級:第三,可用性高:支持容錯冗余和熱插拔的模塊。既可以簡化系統軟硬件的設計,又大大簡化了系統的組建過程,并且增加了系統的可靠性、兼容性和維護性,更易于實現設備功能模塊的標準化。

二線檢測系統采用基于PCI總線的儀器擴展平臺方案,即采用PCI總線接口的工控機,工控機內部全部采用插卡式儀器模塊。與標準測試儀器組成的堆疊式系統相比,具有集成化程度高、數據交換速度快、體積小以及搭配靈活等優勢[4]。

二線檢測系統軟件具有開放性,能夠根據新的被測設備需求,靈活地增加新的TPS。為此,采用框架式的軟件結構把數據和測試流程分開[5]。頂層軟件包括系統控制處理模塊和人機接口模塊;中間層功能模塊包括毫米波前端測試、毫米波防撞雷達天伺饋測試、信號處理測試、圖像處理測試、接口測試;底層為測試接口。配置了滿足任務需求的測試板卡資源,設計了系統控制、功能測量和通信模塊,完成了系統的硬件集成和軟件調試工作。

5 二線檢測系統軟件設計

二線檢測系統軟件結構如圖8所示。

圖8 軟件結構圖Fig.8 Software configuration

二線檢測設備檢測對象為雷達,采用了以軟件為核心的測試機制,軟件設計采用了頂層化、模塊化的軟件框架結構,主要包含有測試任務流程、數據分析管理功能、測試系統自檢功能以及人機交互界面。

(1)測試流程

完成對被測雷達的不同的測試流程,包括自動測試流程和手動測試流程。

1)自動測試流程

自動測試流程一經選擇,測試系統將按照固定測試順序自動完成測試系統自檢、被測設備BIT信息提取、各獨立SRU測試的全過程,并且給出測試結果。

2)手動測試流程

手動測試流程即測試人員人工選擇需要進行的測試項目,完成測試并獲得被測SRU的測試結果。

(2)分析數據功能

完成對毫米波防撞雷達測試數據的分析、管理,包括:

1)查詢毫米波防撞雷達的設備名稱、設備編號、毫米波防撞雷達多次的測試數據;

2)瀏覽數據:按毫米波防撞雷達設備編號、系統測試日期等方式顯示或打印測試結果、測試數據表格;

3)故障統計:按毫米波防撞雷達的設備名稱、設備編號等關鍵字為索引將多次的測試結果進行自動故障統計。

4)系統管理:包括測試人員帳號管理,系統登錄密碼、操作員權限、系統描述信息,保證測試系統的安全性和可管理性。

(3)測試系統自檢

測試系統自檢包括兩部分:

1)測試系統上電自檢,對計算機及系統控制卡和進行復位和自檢,給出測試系統故障的信息;

2)用戶自檢,用戶對測試系統進行自檢,可以顯示、打印和記錄自檢結果。

(4)在線幫助

用戶在測試設備使用過程中的產生疑難問題,在線幫助可以提供技術支持。

(5)人機交互界面

二線檢測系統的測試軟件時操作人員采用人機交互的方式完成操作,主要的人機界面有:開機界面、上電自檢界面、操作員合法性界面、測試主界面、被測目標基本信息錄入界面、測試數據查詢界面、系統配置管理界面等。

開機界面:在二線檢測設備開機后,系統進入自動測試界面,提示程序將進入測試,給出“是否退出測試”的信息和選擇,等待操作員確認,在默認設置時間內無操作,程序自動進入操作員合法性界面。

上電自檢界面:在進入測試主界面之前,自動執行二線檢測設備的上電自檢,并顯示二線檢測設備各單元的自檢結果。

操作員合法性界面:提示操作者輸入密碼并驗證操作者的密碼是否合法,如操作者輸入的密碼合法,再確定操作者的權限。

測試主界面:操作者密碼合法,程序進入測試主界面,測試、數據管理等操作均在該界面完成。

被測基本信息錄入界面:在執行測試任務時,首先出現的是被測基本信息錄入界面,提示輸入基本的被測設備信息。

數據查詢界面:在多次測試結果中,查詢測試過的雷達信息,并生成測試結果報表。

系統配置管理界面:配置和管理操作人員的密碼和使用權限。具有系統管理員權限的操作者才能打開該界面。

6 結束語

該毫米波防撞雷達二線檢測系統具有開機自檢測和操作員啟動自檢測功能,能自動完成正常的測試流程,并將故障隔離到獨立的模塊,測試結果可自動顯示和打印。通過用戶單位的各項測試與使用,技術指標均達到了設計要求,操作簡便,故障隔離率高,反應速度快。系統具有良好的操作性和可維護性,能夠完成毫米波防撞雷達性能指標的自動測試和故障診斷,解決了部隊對毫米波防撞雷達檢測維修的迫切需求,極大地提高了該型設備的維修保障水平,取得了良好的經濟效益和軍事效益,為以后同類型的雷達二線檢測設備的研制提供了很好的借鑒。

[1]李行善,左毅,孫杰.自動測試系統集成技術[M].北京:電子工業出版社,2004.LI Xing-shan,ZUO Yi,SUN Jie.Automatic Test System Integration Technology[M].Beijing:Publishing House of Electronic Industry,2004.(in Chinese)

[2]張雁平,徐銳.現役機載電子戰設備二線檢測儀設計考慮[J].電子對抗技術,1998,13(5):37-43.ZHANG Yan-ping,XU R ui.Active airborn elector-countermine equipment second assistant detect system design[J].Technology of Elector-countermine,1998,13(5):37-43.(in Chinese)

[3]Michael J Stora,Droste D.“ATE Open System Platform”IEEE -P1552 Structured Architecturefor Test Systems(SATS)[C]//Proceedings of IEEE Systems Readiness Technology Conference.[S.l.]:IEEE,2003:85-94.

[4]張毅剛,彭喜元,姜守達,等.自動測試系統[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2004.ZHANG Yi-gang,PENG Xi-yuan,JIANG Shou-da,etal.Automatic Test System[M].Harbin:Harbin Industrial University Press,2004.(in Chinese)

[5]姬憲法,王程遠.機載告警設備自動測試系統[J].河南科技大學學報(自然科學版),2009,30(4):38-41.JI Xian-fa,WANG Cheng-yuan.Automatic Measuring System for Airborne Alarm Device[J].Journal of Henan University ofScience&Technology(Natural Science),2009,30(4):38-41.(in Chinese)