用于雷達故障診斷的綜合信號源設計方案研究

杜 江，房海華（.葫蘆島市985部隊，遼寧，500；.中國航空工業(yè)集團公司上海航空測控技術研究所，上海，060）

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用于雷達故障診斷的綜合信號源設計方案研究

杜 江1，房海華2
（1.葫蘆島市91851部隊，遼寧，125001；2.中國航空工業(yè)集團公司上海航空測控技術研究所，上海，201601）

摘 要：為實現(xiàn)雷達故障定位與診斷，本文采用模塊化構建方法，設計了一種綜合信號源，可產(chǎn)生一系列時序，具有關系復雜、特征靈活多變的回波信號和多個波門信號，滿足雷達故障診斷的實際需要。本綜合信號源具有結構簡單，使用方便，擴展性好的特點。

關鍵詞：雷達故障診斷；信號源；回波；波門信號

引言

在雷達故障定位與診斷時，需要向待檢測的雷達或其分機部件提供特定的激勵信號，以檢測雷達或其分機部件在該激勵下的回波信號等，以確定故障情況。在電路板級的故障診斷時，激勵信號除了回波信號外，還可能包括上一級電路輸出的在時序上相關的眾多波門信號，如距離波門、雜波門、閉塞波門［1］等。傳統(tǒng)雷達信號源一般側重于回波信號的產(chǎn)生，輸出通道數(shù)量較少，不具備同時輸出眾多波門信號的能力，難以滿足電路板級故障診斷的需要。在故障診斷的實際工作中，往往需要若干個信號源連接成復雜的同步、觸發(fā)關系，它們之間協(xié)同工作，才能產(chǎn)生特定的信號組合用于診斷，系統(tǒng)較為復雜，成本較高。

本文提出了一種用于雷達故障診斷的綜合信號源的設計實現(xiàn)方法，可產(chǎn)生雷達電路板級故障診斷所需時序關系復雜的眾多信號，產(chǎn)生的信號形式既可以是連續(xù)信號，又可以是連續(xù)個數(shù)和中斷個數(shù)可設定的斷續(xù)信號，滿足雷達故障診斷的實際需求。

1 設計原理

信號是信息的物理表現(xiàn)形式。作為傳遞信息的載體，具有各種屬性特征（如不同的頻率、幅值、極性）［2］。采用信號分解的方法，將這些屬性特征進行適當分類處理，分解為一系列具有單一屬性特征的分量之和，設計若干基本電路模塊與這些單一特征對應，通過模塊內(nèi)部參數(shù)的調(diào)整以及模塊之間的組合關系的變化可實現(xiàn)信號復合特征的模擬與生成。

這種特征分解與模塊級聯(lián)的信號產(chǎn)生方法化繁為簡，將雷達故障診斷所需信號的特征分解到各個模塊，降低了設計難度，使雷達故障診斷所需信號可以按照統(tǒng)一的模式來生成。

2 基本功能模塊設計

根據(jù)故障診斷的實際需要，基本功能模塊可劃分為振源、緩沖、延時、調(diào)寬和輸出模塊五種。下面分別介紹振源模塊、緩沖模塊等五大模塊的設計實現(xiàn)方法。

2.1 振源模塊設計

振源模塊的功能是產(chǎn)生一定頻率的基準方波信號，具有同步關系的脈沖信號可共用一個振源模塊。振源電路由時基電路IC1、反相器IC2、電阻R1、電容C1、電容C2、電位器RP1組成。時基電路IC1可采用NE555芯片。振源模塊振蕩頻率T1如公式（1）［3，4］所示：

通過選定電容C1的容值、電阻R1的阻值，以及調(diào)節(jié)電位器RP1的滑動端位置可精確調(diào)節(jié)基準方波信號的周期T1，電路原理如圖1所示。

2.2 緩沖模塊設計

圖1 振源模塊電路原理圖

緩沖模塊的功能是提高振源模塊輸出的基準方波信號的驅動能力。緩沖模塊電路由與門IC3和電阻R2組成，與門IC3的1Y為輸出端，輸出驅動后的基準方波信號，電路原理如圖2所示。

圖2 振源模塊電路原理圖

2.3 延時模塊設計

延時模塊的功能是對緩沖后的基準方波信號進行延時，用以調(diào)節(jié)各脈沖信號之間的時序關系。延時電路由單穩(wěn)觸發(fā)器IC4、電位器RP2、電容C3組成，單穩(wěn)觸發(fā)器IC4可采用74121芯片實現(xiàn)，電路原理如圖3所示。

延時電路產(chǎn)生的延時時間T2由公式（2）所示，通過選定電容C3和調(diào)節(jié)電位器PR2滑動端的位置可精確調(diào)節(jié)延時時間。

式中T2單位為秒；RP2單位為歐姆；C3單位為pF。

圖3 延時模塊電路原理圖

2.4 調(diào)寬模塊設計

調(diào)寬模塊的功能是調(diào)節(jié)以輸入觸發(fā)信號為起點的輸出信號的脈寬。調(diào)寬模塊從電路形式上與延時模塊基本相同，由單穩(wěn)觸發(fā)器IC4'、電位器RP2'、電容C3'組成。單穩(wěn)觸發(fā)器IC4'的正觸發(fā)輸入端（5腳）為該電路的輸入端。該電路的輸出端有兩個，單穩(wěn)觸發(fā)器IC4'的負脈沖輸出端Q（1腳）為該電路的負脈沖輸出端；單穩(wěn)觸發(fā)器IC4'的正脈沖輸出端Q（6腳）為該電路的正脈沖輸出端。調(diào)節(jié)電位器PR2'滑動端的位置可精確調(diào)寬時間。調(diào)寬模塊電路原理如圖4所示。

圖4 調(diào)寬模塊電路原理圖

2.5 輸出模塊設計

輸出模塊分正脈沖輸出和負脈沖輸出兩類，根據(jù)輸出脈沖的極性來進行選擇。例如對于同步脈沖，則選用正脈沖輸出的輸出電路，對于雜波門、閉塞波門等，選用負脈沖輸出的輸出電路。輸出模塊電路原理如圖5所示。

圖5 輸出模塊原理圖

3 基本模塊的變換擴展

基本功能模塊具有擴展性，經(jīng)適當變化就可產(chǎn)生新的功能模塊，適應性較寬。在調(diào)寬模塊上增加調(diào)寬范圍分段選擇功能后，可變成多檔位調(diào)寬模塊；緩沖模塊增加對輸入信號的選擇開關后，可變成狀態(tài)選擇模塊［5］。

3.1 多檔位調(diào)寬模塊

多檔位調(diào)寬模塊是在調(diào)寬電路的基礎上經(jīng)適當變化而成。其變化主要有：將電位器RP2替換成由波段開關W1和多個電位器RP5～RP15組成的多檔調(diào)寬電路，調(diào)節(jié)電位器RP5～RP15各滑動端的位置，可精確設定各檔位輸出信號的寬度。不同電位器可以決定不同級別的脈寬，從而實現(xiàn)更大范圍的脈寬調(diào)節(jié)。多檔位調(diào)寬模塊電路原理如圖6所示。

圖6 多檔位調(diào)寬模塊電路原理圖

3.2 狀態(tài)選擇模塊

狀態(tài)選擇模塊是在緩沖電路的基礎上經(jīng)適當變化而成。其改變主要是輸入關系上的變化如圖7所示。在與門IC3'的1A輸入端接入一個單刀雙擲開關K1，開關K1的一個靜觸點接電阻R2'的第一端，開關K1的另一個靜觸點接上一級模塊的輸出信號，與門IC3'的1B輸入端接調(diào)寬模塊。

通過開關K1可選擇上一級模塊信號的輸出方式，當開關K1置電阻R2'的第二端時，來自VCC1的電壓使與門IC3'的1A輸入端始終處于高電位，接到1B輸入端的信號不受限制，那么輸出連續(xù)脈沖；當開關K1置于另外一個觸點時，只有1A輸入端有高電平到來時，與門IC3'才能將1B輸入端的信號輸出，否則與門IC3'只能輸出低電平。

圖7 狀態(tài)選擇模塊電路原理圖

4 基本模塊的組合應用

將調(diào)寬模塊和多檔位調(diào)寬模塊相互串聯(lián)，使前級調(diào)寬模塊產(chǎn)生的波門比后級多檔位調(diào)寬模塊產(chǎn)生的波門寬，且用前級產(chǎn)生波門的前沿作為后級的觸發(fā)信號，則可形成信號周期由前級調(diào)寬模塊控制、占空比由后級多檔位調(diào)寬模塊控制的不同步信號調(diào)寬模塊，該調(diào)寬模塊通過與脈沖的相與，從而可以實現(xiàn)高電平窗口內(nèi)輸出脈沖，低電平窗口內(nèi)不輸出脈沖，即實現(xiàn)了連續(xù)個數(shù)和中斷個數(shù)可設定的斷續(xù)脈沖信號的輸出，稱為組脈沖。

5 雷達故障診斷信號的生成

在雷達故障診斷中可能需要連續(xù)脈沖和組脈沖兩種不同狀態(tài)的回波脈沖信號，在連續(xù)脈沖狀態(tài)下，產(chǎn)生的回波是不間斷的，屬于同步信號，每一個同步周期內(nèi)都有一個回波脈沖產(chǎn)生；在組脈沖狀態(tài)下，產(chǎn)生的回波是有規(guī)律的斷續(xù)信號，且脈沖連續(xù)和間斷的個數(shù)可設定，屬于有特定規(guī)律的非同步信號。

為此，可采用不同步調(diào)寬模塊實現(xiàn)該功能，將連續(xù)回波脈沖信號輸入不同步調(diào)寬模塊后，通過該模塊的前級調(diào)節(jié)輸出信號的周期，后級調(diào)節(jié)輸出信號的占空比。該模塊的輸出信號及連續(xù)回波脈沖信號分別接到狀態(tài)選擇電路上，通過控制狀態(tài)選擇模塊是否對兩個輸入信號進行“與”運算，來確定狀態(tài)選擇模塊是輸出連續(xù)回波脈沖信號還是輸出組脈沖回波信號。當連續(xù)回波脈沖信號和不同步調(diào)寬電路組的輸出信號進行“與”運算時，狀態(tài)選擇模塊輸出的是組脈沖回波信號，組脈沖信號的寬度由不同步調(diào)寬電路組的前級進行設置，組脈沖寬度內(nèi)連續(xù)回波脈沖的個數(shù)由不同步調(diào)寬模塊的后級進行設置，故具有連續(xù)脈沖和組脈沖兩種狀態(tài)的回波信號可由振源、緩沖、延時、調(diào)寬、狀態(tài)選擇、輸出模塊組合產(chǎn)生。

同步脈沖可由振源、緩沖、調(diào)寬、輸出四級模塊級聯(lián)產(chǎn)生；距離波門、雜波門、閉塞波門、鑒別波門、分裂波門等具有同步關系但時延和寬度信號各不相同的信號均可由振源、緩沖、延時、調(diào)寬、輸出五級模塊級聯(lián)產(chǎn)生。具有組脈沖關系的回波信號振源、緩沖、延時、不同步調(diào)寬、狀態(tài)選擇、輸出六級模塊級聯(lián)產(chǎn)生。綜合信號源的組成結構如圖8所示，信號波形如圖9所示。

圖8 綜合信號源的組成結構圖

圖9 信號波形圖

6 結束語

采用模塊化思想，設計中采用了結構簡單、功能獨立、使用靈活的基本功能模塊，通過模塊內(nèi)部參數(shù)的調(diào)整、模塊之間的組合，就可實現(xiàn)時序關系復雜的眾多信號的產(chǎn)生，在雷達故障診斷中發(fā)揮了重要作用。

參考文獻

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Studying Plan on A Comprehensive Source for Radar Fault Diagnosis

Jiang Du1， Haihua Fang2
（1.Huludao City Unit 91851， Liaoning， 125001， China；2.China Aviation Industry Group Co.， LTD.，Shanghai Institute of Aerospace Measurement and Control Technology，Shanghai， 201601， China）

Abstract：In order to realize radar fault location and diagnosis，a comprehensive source was designed by adopting the method modularization ，which can generate a series of echo signals and wave gate signals with complex sequential relationships and flexible characters.The source has simple structure， userfriendliness and good scalability.

Key words：Radar Fault Diagnosis； Source； Echo Signal； Gate Signal

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8412 （2016） 02-247-05

DOI：工業(yè)技術創(chuàng)新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.033

作者簡介：

杜江（1976-），男，葫蘆島市91851部隊，科研人員，高工，碩士研究生，控制理論與控制工程研究。

E-mail： fanghaihua.523@163.com

房海華（1983-），男，中國航空工業(yè)集團公司上海航空測控技術研究所，科研人員，工程師，碩士研究生，數(shù)據(jù)采集與處理。

E-mail： fanghaihua.523@163.com