激光探測(cè)站綜合檢測(cè)技術(shù)研究＊

沈 遠(yuǎn) 陳維義

（1.4805工廠軍械修理廠 上海 200439）（2.海軍工程大學(xué)兵器工程系 武漢 430033）

1 引言

某激光探測(cè)站能實(shí)時(shí)監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中一定波長(zhǎng)的激光輻射信號(hào)，確定激光輻射源相對(duì)于艦艇的舷角和方位角；判定激光輻射源波長(zhǎng)；顯示激光輻射源的脈沖數(shù)，并提供音響和燈光告警指示。

該激光探測(cè)站由光電部件、顯控臺(tái)、連接電纜、檢測(cè)設(shè)備和備件組成［1］，其組成及其在艦上的配置如圖1所示。

圖1 某激光探測(cè)站組成與布置圖

六個(gè)光電部件分別對(duì)稱安裝在艦艇上層平臺(tái)上，每舷光電部件的視場(chǎng)相互配合，兩舷光電部件可以保證激光探測(cè)站始終能全方位實(shí)時(shí)接收到對(duì)其實(shí)施的激光輻射，并確定其坐標(biāo)、波長(zhǎng)以及重復(fù)頻率。

顯控臺(tái)位于指揮艙室內(nèi)，主要用于控制設(shè)備的工作方式，顯示激光輻射源的各項(xiàng)參數(shù)以及設(shè)備的工作狀態(tài)。

當(dāng)激光信號(hào)通過光電傳感器的接收窗口時(shí)，光電傳感器的光電轉(zhuǎn)換模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并測(cè)定出輻射源的方位、仰角、波長(zhǎng)以及0.1s內(nèi)的相同坐標(biāo)的輻射脈沖數(shù)。

該激光探測(cè)站是引進(jìn)裝備，國(guó)內(nèi)對(duì)其了解不夠深入，維修保障難度很大，有必要結(jié)合激光探測(cè)站的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立一套完整的綜合測(cè)試技術(shù)，為激光探測(cè)站的維修保障奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，提高引進(jìn)裝備的自主保障能力。

2 技術(shù)狀態(tài)檢查技術(shù)

激光探測(cè)站技術(shù)狀態(tài)檢查是基層級(jí)維護(hù)保養(yǎng)的重要內(nèi)容，也是當(dāng)激光探測(cè)站依靠自檢功能不能定位故障部位時(shí)，進(jìn)行故障分析定位的重要手段。

2.1 顯控臺(tái)的功能檢查

該探測(cè)站用光電部件模擬器和遙測(cè)裝置等效件進(jìn)行顯控臺(tái)的功能檢查。光電部件模擬器與顯控臺(tái)的連接如圖2所示。光電部件模擬器由電源電路板和信號(hào)電路板兩塊板組成，面板上安裝有24位撥碼開關(guān)和電源等開關(guān)。電源電路板給信號(hào)電路板提供必須的直流電源，信號(hào)電路板則接收撥碼開關(guān)量的輸入，模擬光電部件的遙測(cè)信號(hào)并保存在內(nèi)部的24位移位寄存器中，在顯控臺(tái)提供的同步幀脈沖信號(hào)作用下，移位寄存器中保存的24位編碼信息逐位以特定波特率串行發(fā)送到顯控臺(tái)，根據(jù)顯控臺(tái)上的指示燈顯示和聲響信號(hào)的發(fā)生情況判斷其工作是否正常。遙測(cè)裝置等效件共有五個(gè)，由裝有繼電器和二極管的電路板、圓形殼體和電纜插頭組成，可模擬光電部件的遙測(cè)信號(hào)，用于判斷發(fā)生故障的光電部件，檢查顯控臺(tái)的功能。當(dāng)激光探測(cè)站自檢顯示某光電部件故障時(shí)，則斷開相應(yīng)光電部件的連接電纜，將遙測(cè)裝置等效件連接到相應(yīng)位置，再次開機(jī)自檢正常，說(shuō)明所斷開的光電部件存在故障。

圖2 光電部件模擬器與顯控臺(tái)的連接圖

2.2 探測(cè)站的功能檢查

圖3 檢驗(yàn)部件與探測(cè)站的連接圖

激光探測(cè)站的功能檢查用檢驗(yàn)部件進(jìn)行。檢驗(yàn)部件由電流脈沖產(chǎn)生電路、脈沖頻率選擇電路、禁止電流脈沖通過電路、控制面板、電源開關(guān)和箱體組成。按照?qǐng)D3將檢驗(yàn)部件與激光探測(cè)站進(jìn)行連接，檢驗(yàn)部件向被測(cè)光電部件的八個(gè)發(fā)光二極管中的某一個(gè)供給電流脈沖，通過變換轉(zhuǎn)換開關(guān)位置后顯控臺(tái)的指示燈發(fā)光和脈沖數(shù)顯示情況判斷激光探測(cè)站的功能是否正常。依次對(duì)六個(gè)光電部件進(jìn)行相同的檢測(cè)，即可完成激光探測(cè)站的功能檢查。

3 激光探測(cè)站整機(jī)測(cè)試技術(shù)

激光探測(cè)站能夠?qū)?.06μm和0.691μm的激光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，兩種波長(zhǎng)情況下的主要區(qū)別在于光譜敏感范圍不同，其信息處理、顯示等功能基本相同。為此，我們采取用1.06μm激光輻射源在內(nèi)場(chǎng)對(duì)激光探測(cè)站進(jìn)行整機(jī)測(cè)試，對(duì)0.691μm只進(jìn)行功能檢查，從而簡(jiǎn)化測(cè)試方法。

3.1 便攜式激光輻射源

在日常維護(hù)保養(yǎng)、裝備檢修中，利用便攜式激光輻射源可以在艦上向激光探測(cè)站發(fā)射波長(zhǎng)分別為1.06μm和0.691μm的激光信號(hào)，進(jìn)行激光探測(cè)站告警功能性檢查［2］。如圖4所示，便攜式激光輻射源由主控模塊、放大驅(qū)動(dòng)、激光模塊、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)、可充電電池組、充電電路、DC／DC模塊和鍵盤顯示器組成。可充電電池組的輸出經(jīng)過DC／DC模塊穩(wěn)壓后給其他各部分電路供電；主控模塊讀取鍵盤的輸入數(shù)據(jù)獲得當(dāng)前的工作頻率。當(dāng)按下發(fā)射按鍵時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振蕩信號(hào)，通過放大驅(qū)動(dòng)模塊放大后送入激光模塊，激光模塊產(chǎn)生調(diào)制激光通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射出去。

圖4 便攜式激光輻射源工作原理框圖

將便攜式激光輻射源對(duì)準(zhǔn)激光探測(cè)站的某個(gè)光電部件的接收窗口發(fā)射激光，當(dāng)激光探測(cè)站能進(jìn)行正常告警時(shí)，說(shuō)明其功能正常。

3.2 內(nèi)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)

激光探測(cè)站進(jìn)廠修理后，如何對(duì)其主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)和功能進(jìn)行測(cè)試，是修理廠必須面對(duì)的問題。激光探測(cè)站的測(cè)試通常有兩種方法：內(nèi)場(chǎng)測(cè)試和外場(chǎng)測(cè)試。內(nèi)場(chǎng)測(cè)試具有靈活性、可靠性高、保密性強(qiáng)、節(jié)省資源、效費(fèi)比高、重復(fù)性好等優(yōu)勢(shì)［3］；外場(chǎng)測(cè)試具有真實(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)試費(fèi)用昂貴，重復(fù)性差［4］。綜合考慮二者的優(yōu)缺點(diǎn)，我們優(yōu)先采用內(nèi)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)。

在內(nèi)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，我們可以采用相似原理［5］，將1.06μm的激光輻射源作為模擬信號(hào)源，利用分光光學(xué)系統(tǒng)和束散角調(diào)整裝置對(duì)激光的傳播方向、激光束散角、功率密度等進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)模擬多個(gè)不同輻射特征、不同方位和距離的激光威脅源。

激光探測(cè)站內(nèi)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)如圖5所示，該系統(tǒng)由燈泵浦電光調(diào)Q固體激光器或半導(dǎo)體激光器端面泵浦電光調(diào)Q激光器、分光光學(xué)系統(tǒng)和束散角調(diào)整裝置等部件組成［6］。激光器產(chǎn)生1.06μm激光作為信號(hào)源，其能量可連續(xù)調(diào)節(jié)，重復(fù)頻率分檔可調(diào)，半導(dǎo)體激光器端面泵浦電光調(diào)Q激光器重復(fù)頻率最高可以達(dá)到10KHz；分光光學(xué)系統(tǒng)和束散角調(diào)整裝置則是由具有不同透過率的濾光鏡、束散角功率調(diào)整裝置以及光學(xué)導(dǎo)軌和滑動(dòng)座組成，主要是調(diào)整激光的傳播方向、傳播方向上的激光輻射強(qiáng)度、激光束散角和功率密度［7］。

利用激光探測(cè)站內(nèi)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)可以在內(nèi)場(chǎng)對(duì)激光探測(cè)站的偵察告警波長(zhǎng)、探測(cè)靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、角分辨率、多目標(biāo)探測(cè)能力等主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)和功能進(jìn)行測(cè)試［8］。

圖5 激光探測(cè)站內(nèi)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)組成示意圖

4 數(shù)字電路板檢測(cè)技術(shù)

由于缺乏激光探測(cè)站隨裝備件和基地倉(cāng)儲(chǔ)備件的定期通電檢查設(shè)備，部隊(duì)無(wú)法遂行備件的定期通電檢查任務(wù)，不能保證備件始終處于完好狀態(tài)。為此，我們研制了激光探測(cè)站數(shù)字電路板快速檢測(cè)儀。

激光探測(cè)站數(shù)字電路板快速檢測(cè)儀由硬件模塊和軟件模塊組成，具備64路測(cè)試向量發(fā)生和64路響應(yīng)向量觸發(fā)采樣分析功能，數(shù)字電路板功能檢測(cè)、故障分析和診斷在計(jì)算機(jī)上完成，能夠在不大于2min的時(shí)間內(nèi)完成一次單板備件檢測(cè)，使用操作簡(jiǎn)單。

4.1 檢測(cè)儀原理

圖6是數(shù)字電路板快速檢測(cè)儀的原理圖。我們采用矢量激勵(lì)法，由計(jì)算機(jī)向被測(cè)電路板發(fā)送激勵(lì)信號(hào)，再采集被測(cè)板產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)，將待測(cè)板的響應(yīng)信號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的該電路板的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)信號(hào)相比較，根據(jù)比較結(jié)果即可判知當(dāng)前板功能是否正常，是否存在故障［9］。從測(cè)試開始到結(jié)束，貫穿于整個(gè)測(cè)試過程的就是由多組測(cè)試／響應(yīng)向量組成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列。

圖6 檢測(cè)儀原理示意圖

4.2 檢測(cè)儀硬件

數(shù)字電路板快速檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示，系統(tǒng)硬件部分由四大模塊組成，分別是程控型測(cè)試向量發(fā)生器、程控型邏輯分析儀、程控型測(cè)試適配器以及與PC機(jī)的通信控制接口。

圖7 數(shù)字電路板快速檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)框圖

4.3 檢測(cè)儀軟件

圖8 檢測(cè)儀軟件組成框圖

檢測(cè)儀應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)首先要解決的問題是根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的模型、功能與測(cè)試過程，確定測(cè)試軟件的總體框架、各個(gè)功能模塊以及所采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想以及自頂向下的設(shè)計(jì)方法，各功能模塊及它們之間的層次關(guān)系如圖8所示［10］，主要由人機(jī)交互模塊、測(cè)試向量模塊、響應(yīng)向量模塊、數(shù)據(jù)存取模塊等組成，其中人機(jī)交互模塊又分為測(cè)試向量發(fā)生器界面和邏輯分析儀界面兩部分；測(cè)試向量模塊包含數(shù)據(jù)封裝和數(shù)據(jù)發(fā)送兩個(gè)子模塊；響應(yīng)向量采集與讀取、波形顯示與自動(dòng)比兩個(gè)子模塊共同構(gòu)成了響應(yīng)向量模塊；數(shù)據(jù)存取模塊中包含數(shù)據(jù)導(dǎo)入以及數(shù)據(jù)保存。這些功能模塊基本覆蓋了數(shù)字電路板快速檢測(cè)儀中常用的各種功能，滿足了測(cè)試需要。

5 結(jié)語(yǔ)

某激光探測(cè)站是引進(jìn)裝備，其綜合檢測(cè)問題是困擾國(guó)內(nèi)裝備保障部門的關(guān)鍵難題。我們結(jié)合多年來(lái)對(duì)該型裝備的保障經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，對(duì)該型裝備的技術(shù)狀態(tài)檢查、整機(jī)測(cè)試、數(shù)字電路板檢測(cè)等問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究成果在部隊(duì)和軍械修理廠得到了應(yīng)用，較好地解決了該裝備的維修保障問題。此外，本文的研究成果也可為國(guó)產(chǎn)同類裝備的綜合檢測(cè)提供借鑒和指導(dǎo)。

［1］某激光探測(cè)站技術(shù)文件［M］.趙榮先，譯.北京：海軍裝備論證研究中心翻譯隊(duì)，1999，12：3－14.

［2］陳維義.激光探測(cè)站近場(chǎng)測(cè)試方案研究［M］.中國(guó)海軍科技報(bào)告，2007，2：27－31.

［3］賈宏進(jìn)，張繼勇，李金亮，等.激光偵查告警實(shí)驗(yàn)方法研究［R］.秦皇島：電子對(duì)抗仿真實(shí)驗(yàn)中心，2002.

［4］郁正德.激光偵查告警設(shè)備實(shí)驗(yàn)方法研究［J］.航天電子對(duì)抗，2003（4）：36－39.

［5］趙威，張輝，成斌.激光告警系統(tǒng)威力試驗(yàn)方法探討［J］.激光技術(shù)，2001，25（6）：433－436.

［6］陳維義.激光輻射源模擬器［R］.中國(guó)海軍科技報(bào)告，2006，2：4－6.

［7］陳維義，張興良，劉波濤.激光告警系統(tǒng)近場(chǎng)測(cè)試技術(shù)研究［J］.測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，6：144－147.

［8］謝海營(yíng)，陳維義.激光探測(cè)站多目標(biāo)探測(cè)能力近場(chǎng)測(cè)試新方案［J］.海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（18）：78－82.

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［10］陳維義.某激光探測(cè)站數(shù)字電路板快速檢測(cè)儀［R］.中國(guó)海軍科技報(bào)告，2008，2：8－10.