多波段可重構雷達接收自動測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

摘 要： 多波段可重構雷達是目前較為先進的雷達系統(tǒng)，其接收機的傳統(tǒng)人工測試弊端很多，由于多波段的指標很多，各個功能的實現(xiàn)指標都需要測試，如果人工逐一測試，需要花費的時間和費用非常巨大，這樣將導致雷達的開發(fā)成本非常高。在研究多波段可重構雷達接收機結構系統(tǒng)的基礎上，提出設計了自動測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成，多波段可重構雷達接收機的測試系統(tǒng)實現(xiàn)自動化、可視化，系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)圖形化，該系統(tǒng)具有成本低、操作簡單、使用方便、測試效率高、測試精度高等優(yōu)點，在其他系統(tǒng)的自動測試設計上也具有借鑒意義。

關鍵詞： 相互依存網(wǎng)絡； 體系破擊； 仿真試驗； 多波段可重構雷達

中圖分類號： TN957.5?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）11?0013?03

Abstract： The multiband reconfigurable radar is a current relatively?advanced radar system， whose traditional manual test of the receiver has many shortcomings. Since the multiband has many indexes， and the implementation index of each function should be tested， it will spend a lot of time and cost， and the development cost of radar is extremely high if the indexes are ma?nually tested one by one. On the basis of studying the structure system of multiband reconfigurable radar receiver， an automatic test system was designed. The system is mainly composed of hardware and software. The test system of the multiband reconfigurable radar receiver can realize the automation， visualization and test data graphic expression. The system has the advantages of low cost， easy operation， convenient use， high test efficiency and high test accuracy， and has the reference significance for the automatic test design of other systems.

Keywords： interdependent network； system damage； simulation experiment； multiband reconfigurable radar

多波段可重構雷達是目前較為先進的雷達系統(tǒng)，“多波段”是指雷達設備工作在多個頻段上，以實現(xiàn)雷達的多種功能，如目標搜索和成像、電子對抗以及通信等；“可重構”是指為了協(xié)調多波段帶來的信號帶寬和解調方式不同而采取的編程接收機，即在原來硬件設備不變的情況下，通過軟件控制實現(xiàn)多種功能。多波段可重構雷達的特有優(yōu)勢，使其應用的范圍非常廣泛，它可以同時完成警告、干擾、偵察和數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N功能。在應用廣泛的同時，研發(fā)和測試多波段可重構雷達的重要性就更加凸顯。雷達接收的測試在整個雷達的研制和試驗階段占有重要地位，另外，多波段可重構雷達在測試階段需要測試的指標很多，各個功能的實現(xiàn)指標都需要測試，如果人工逐一測試，需要花費的時間和費用會非常巨大，這樣將導致雷達的開發(fā)成本非常高。開發(fā)自動測試系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對多波段可重構雷達的多項指標的全自動測試，即節(jié)省了測試時間和人員資質，又提高了測試的效率，降低測試成本。

1 雷達接收機的構型

雷達接收機是整個雷達系統(tǒng)的前端，只有先接收了信號才可以進行下一步的信號處理和判斷，進而根據(jù)信號采取一系列的措施，比如預警、干擾等。

1.1 常規(guī)雷達接收機

常規(guī)雷達接收機一般為超外差接收機，如圖1所示，它利用本振、混頻器和濾波器將信號做2～3次的變換后轉換為一個中頻信號，然后對其進行采樣處理。在這2～3次的轉換中，每一次都需要一組本振、混頻器和濾波器，因此，雖然這一結構形式的接收機的抗干擾性能特別好，但是隨著信號轉換次數(shù)的增加，接收機的結構會越來越復雜，系統(tǒng)的消耗也會驟增，另外，制造的成本也就跟著提高，這些缺點會抵消它的優(yōu)點，基于這一點，目前常規(guī)雷達接收機的信號變換最多為4次，如果超過這一數(shù)值，接收機的優(yōu)勢將大大減少。

1.2 多波段可重構雷達接收機

根據(jù)常規(guī)雷達接收機的原理，如果想實現(xiàn)多波段信號的接收，最直接的接收機構造就是在系統(tǒng)中設置多個接收機，針對每一預接收的信號設置一個接收機，這樣雖然可以達到接收多種波段信號的目的，但是帶來的問題就是使系統(tǒng)復雜、成本高、消耗大，而且這也不符合“可重構”的概念。“可重構”是指在不改變接收機硬件的前提下，利用軟件和程序使接收機達到處理不同波段信號的能力。

目前常用的低中頻多波段接收機結構，如圖2所示。多波段的信號被接收后會被轉換為低中頻，這一頻率稱為信號基帶，其頻率大約為輸入信號頻率的2倍，之后經(jīng)過采樣然后再解調，這樣一來，信號的所有處理都可以在一個電子芯片中實現(xiàn)。

2 自動測試系統(tǒng)設計

多波段可重構雷達接收機的測試指標很多，而且頻率跨度大，接收通道也較多，如果采用傳統(tǒng)的測試方法，不僅花費的時間和人力會很大，而且人工采集的數(shù)據(jù)精確度也不高，制約著測試的質量，這樣很不利于測試工作的開展，因此，如果采用自動測試系統(tǒng)，可以很好地解決這些問題。

2.1 測試指標

多波段可重構雷達接收機的測試技術指標主要包括：噪聲系數(shù)、增益、系統(tǒng)動態(tài)、信號帶寬、平衡度，還有一些輔助測試包括頻率源類的功率及雜波測試、內(nèi)部信號調制測試以及數(shù)字部分的綜合測試等。

2.2 系統(tǒng)框圖

為了實現(xiàn)上述多項測試技術指標的自動測試，設計了如圖3所示的多波段可重構雷達接收機的自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分：硬件主要是測試臺的搭建，該測試臺為一整套接收機性能指標的自動測試平臺；軟件主要包括控制和數(shù)據(jù)處理程序，保證所有測試設備協(xié)調運作、迅速準確地響應，并且保證所有測試數(shù)據(jù)的有效采集、安全存儲和準確運算處理。

2.2.1 硬件部分

多波段可重構雷達接收機自動測試系統(tǒng)的硬件部分主要包括一個噪聲信號源、標準輸入信號源、掃頻信號源、噪聲測試儀、頻譜儀以及連接各個硬件設備的測試電纜等。

控制硬件是控制程序的載體，依據(jù)預先編制的程序的功能運行，對各項硬件設備進行控制，并且采集、存儲各個設備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后把測試和運算得出的結果以合理的方式顯示出來，供測試人員研究使用。在整個硬件系統(tǒng)中，顯示器就是一個窗口，完成測試人員與測試系統(tǒng)的交互。噪聲信號源的主要作用是為測試多波段可重構雷達自動測試系統(tǒng)的噪聲系數(shù)提供噪聲信號，而標準輸入信號源的主要作用是提供標準信號，便于測試多波段可重構雷達接收機的動態(tài)和增益情況，掃頻信號源提供的信號是為了測試信號帶寬和帶內(nèi)平坦度。另外，系統(tǒng)還有打印機，主要是把各項測試指標數(shù)據(jù)打印出來，方便后續(xù)的研究和分析。

2.2.2 軟件部分

多波段可重構雷達接收機自動測試系統(tǒng)的軟件部分包括控制軟件、計算顯示軟件和狀態(tài)監(jiān)視軟件。

控制軟件是指系統(tǒng)預先設定的功能程序，方便參數(shù)的設置，控制各項硬件設備，并且采集、存儲各個設備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

計算顯示軟件是指數(shù)據(jù)的運算和處理程序，并把計算的結果進行格式的轉換，便于存儲和送到顯示器顯示，另外，對數(shù)據(jù)進行圖像化的轉化，把大量的數(shù)據(jù)進行圖像化處理，方便研究和分析。

狀態(tài)監(jiān)視軟件主要是監(jiān)控和預警，監(jiān)測整個系統(tǒng)的運行狀況，對系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行自動的定位和記錄，方便系統(tǒng)的更正和設備的檢測，并且在整個測試項目結束時或在出現(xiàn)異常情況時時，自動發(fā)出預警。

3 自動測試實現(xiàn)

3.1 測試的實現(xiàn)

測試的實現(xiàn)主要包括兩個部分：一是模擬指標參數(shù)量的測試實現(xiàn)；二是數(shù)字指標參數(shù)量的測試實現(xiàn)。

模擬指標參數(shù)量測試主要包括：噪聲系數(shù)測試、接收機帶寬測試和接收系統(tǒng)動態(tài)增益測試。噪聲系數(shù)測試有放大器模式測試和下變頻模式測試兩種模式，放大器測試模式需要對測量的數(shù)據(jù)進行分解，采用“字符串”格式，下變頻測量模式的數(shù)據(jù)相對簡單。對于接收機帶寬測試，則利用不同通道的切換，記錄和保存動態(tài)頻譜曲線的數(shù)據(jù)。而系統(tǒng)動態(tài)增益測試，則要保證信號源和頻譜儀的同步，還要保證循環(huán)控制的準確，另外，系統(tǒng)設備本身要保證測量數(shù)據(jù)的誤差在合理范圍內(nèi)。數(shù)字指標參數(shù)量的測試主要針對多通道的中頻接收插件的測試，保證準確、穩(wěn)定地處理數(shù)據(jù)。

3.2 控制的實現(xiàn)

為了實現(xiàn)自動測試系統(tǒng)預定的測試功能，除了需要硬件的支持，軟件控制也十分必要。好的控制，可以使硬件測試平臺的設備協(xié)調配合。在控制方面，首先要設定控制系統(tǒng)的內(nèi)部延遲，合理的內(nèi)部延遲時間，既能保證測試的精確，又有利于提高測試的效率；其次要考慮單獨控制的可能性，由于多波段信號的差別較大，針對一些專門的測試指標需要單獨的測試，這時就需要在系統(tǒng)控制設置時考慮單獨控制的功能；最后通過計算機并口實現(xiàn)頻點控制，保證系統(tǒng)頻點數(shù)據(jù)的自動切換。

3.3 過程的實現(xiàn)

首先校正自動測試系統(tǒng)的所有儀表，保證儀表的正常和完好，確保各個儀表的測量誤差在合理的范圍內(nèi)。其次，設置多波段可重構雷達接收機的初始參數(shù)，如工作的特定波段頻率、各個波段的步進頻率以及系統(tǒng)設備的測試電纜對測試的影響等，然后啟動接收機的自動測試程序，開始自動測試。

在自動測試開始后，系統(tǒng)首先利用掃頻信號源和頻譜儀測試多波段可重構雷達接收機的信號的帶寬和接收信號的平坦度，這時系統(tǒng)會自動記錄下所有的數(shù)據(jù)，然后選定標準信號源與頻譜儀，自動控制測試從起始頻率的波段開始，按照最初設定好的步進波段頻率，逐一進行測試，并且記錄每一頻段信號的接收增益和動態(tài)的測試數(shù)據(jù)，最后選擇噪聲源與噪聲測試儀，按最初設定的波段步進頻率記錄頻率范圍內(nèi)接收機的噪聲測試數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在自動記錄這些數(shù)據(jù)的同時會把數(shù)據(jù)都反饋到控制系統(tǒng)，計算、顯示和存儲。

當接收機預設的接收波段都測試完成之后，控制系統(tǒng)自動發(fā)出終止信號，系統(tǒng)所有設備都自動停止運行，整個測試過程結束，狀態(tài)監(jiān)視軟件會發(fā)出預警，提醒操作人員。

4 結 語

目前，多波段可重構雷達接收機的測試系統(tǒng)實現(xiàn)自動化、可視化的趨勢越來越明顯，其優(yōu)勢也越來越明顯，自動測試成為未來雷達接收機測試發(fā)展的主流方向。另外，系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的圖形化也越來越廣泛地被應用，在本文設計的多波段可重構雷達接收機自動測試系統(tǒng)中運用的不合格數(shù)據(jù)突顯技術和數(shù)據(jù)格式化輸出存儲技術，都是圖形化的主要應用，這對以后類似測試系統(tǒng)的開發(fā)具有普遍的借鑒意義。另外，該自動測試系統(tǒng)對多波段可重構雷達接收系統(tǒng)的主要性能指標進行了全面的測試，自動化程度高、測試效率高、測試數(shù)據(jù)的準確性好，極大地縮短了測試時間，節(jié)省了測試的人力和費用，提高了多波段雷達的測試效率，改善了測試數(shù)據(jù)的存儲和處理問題。該系統(tǒng)具有成本低、操作簡單、使用方便、測試效率高、測試精度高等優(yōu)點，在其他系統(tǒng)的自動測試設計上也具有借鑒意義。

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