雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)自動(dòng)測(cè)試方法設(shè)計(jì)

肖蘇飛，童穎飛，賴(lài)一成

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)自動(dòng)測(cè)試方法設(shè)計(jì)

肖蘇飛，童穎飛，賴(lài)一成

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

為提高雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)的調(diào)測(cè)效率，設(shè)計(jì)了雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)的自動(dòng)測(cè)試方法。針對(duì)雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)的測(cè)試需要，結(jié)合自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套覆蓋整機(jī)/分機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)的自動(dòng)化測(cè)試方法，為不具備自動(dòng)化測(cè)試條件的指標(biāo)增加了手動(dòng)錄入接口，保證測(cè)試指標(biāo)的全覆蓋。應(yīng)用情況表明，相對(duì)于原有的手動(dòng)測(cè)試，該系統(tǒng)的測(cè)試效率可提高90%以上，并保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和可追溯性。

雷達(dá)；整機(jī)/分機(jī)；自動(dòng)化；測(cè)試方法

0 引 言

在雷達(dá)產(chǎn)品調(diào)測(cè)過(guò)程中，裝備整機(jī)和各分機(jī)在不同環(huán)節(jié)均需要進(jìn)行大量繁瑣的電性能指標(biāo)測(cè)試。[1]目前，雷達(dá)裝備檢驗(yàn)過(guò)程中制約調(diào)測(cè)周期的因素有以下兩方面：人工手動(dòng)檢驗(yàn)裝備消耗的時(shí)間長(zhǎng)，效率低，嚴(yán)重影響雷達(dá)裝備的生產(chǎn)進(jìn)度；[2]測(cè)量數(shù)據(jù)均為原始值，需要人工進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理工作。[3]現(xiàn)有的檢測(cè)手段嚴(yán)重制約了裝備的科研生產(chǎn)進(jìn)度，研制適用于雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)調(diào)測(cè)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需求迫切。針對(duì)測(cè)試需要，國(guó)內(nèi)已開(kāi)展了大量的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究[4]，但被測(cè)件主要針對(duì)T/R組件等模塊級(jí)設(shè)備。該類(lèi)別自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中核心的自動(dòng)測(cè)試方法不適用于整機(jī)/分機(jī)調(diào)測(cè)，需設(shè)計(jì)適用于整機(jī)/分機(jī)調(diào)測(cè)的自動(dòng)測(cè)試方法。

本文設(shè)計(jì)了適用于雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)高效測(cè)試的自動(dòng)測(cè)試方法，基于通用測(cè)試平臺(tái)[4]開(kāi)發(fā)相應(yīng)的自動(dòng)測(cè)試程序，實(shí)現(xiàn)大部分雷達(dá)電性能指標(biāo)的自動(dòng)化測(cè)試。同時(shí)，增加手動(dòng)錄入結(jié)果的程序接口，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)測(cè)試指標(biāo)的全覆蓋。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)信息化管理軟件，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)測(cè)試任務(wù)、測(cè)試數(shù)據(jù)的信息化管理。該系統(tǒng)極大地提高了雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)的調(diào)測(cè)效率，并保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和可追溯性。

1 通用測(cè)試平臺(tái)

通用測(cè)試開(kāi)發(fā)平臺(tái)是面向一般的微波/射頻設(shè)備復(fù)雜系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試工具軟件平臺(tái)。系統(tǒng)軟件采用Microsoft Visual Studio作為開(kāi)發(fā)工具，基于.NET Framework 4.0平臺(tái)，采用Microsoft Access 2003以及Microsoft SQL Server 2008作為數(shù)據(jù)庫(kù)，可以運(yùn)行于Windows XP及以上的平臺(tái)。

雷達(dá)性能指標(biāo)調(diào)測(cè)在通用測(cè)試平臺(tái)基礎(chǔ)上通過(guò)軟件化處理方法集成信號(hào)源、頻譜儀、示波器和功率計(jì)等儀器儀表，通過(guò)RS485、TCP/IP、USB等通信協(xié)議與測(cè)試儀器儀表互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)性能指標(biāo)的實(shí)時(shí)測(cè)試、采集和管理。通用測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

圖1 通用測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)組成示意圖

2 雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)自動(dòng)測(cè)試方法

2.1 自動(dòng)測(cè)試方法研究

雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試方式主要分為儀器測(cè)試和數(shù)字采集測(cè)試兩大類(lèi)。儀器測(cè)試指標(biāo)的測(cè)試原理為通過(guò)波控設(shè)置被測(cè)整機(jī)/分機(jī)的工作狀態(tài)和工作頻點(diǎn)，自動(dòng)控制測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的相應(yīng)儀器對(duì)被測(cè)整機(jī)/分機(jī)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理；數(shù)字采集測(cè)試的測(cè)試原理為通過(guò)波控設(shè)置被測(cè)整機(jī)/分機(jī)的工作狀態(tài)和工作頻點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編程讀取雷達(dá)發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到最終的測(cè)試結(jié)果。

2.2 自動(dòng)測(cè)試流程設(shè)計(jì)

2.2.1 功率測(cè)試

通過(guò)功率計(jì)獲取的輸出功率為測(cè)試原始值，需疊加測(cè)試路徑上的插損才是最終的功率結(jié)果值。功率測(cè)試路徑的插損唯一來(lái)源為雷達(dá)信號(hào)輸出端的耦合器。然而，耦合器只會(huì)給出部分頻點(diǎn)的插耗值，無(wú)法覆蓋所有的測(cè)試頻點(diǎn)。由于耦合器在兩個(gè)頻點(diǎn)間的線性度較好，可根據(jù)耦合器的在各頻段的線性度計(jì)算得到對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的插損值。具體方法如下：

耦合器給出的頻率點(diǎn)頻率從小到大分別為F0、F1、…、Fi、…、Fn，對(duì)應(yīng)的插損值分別為IL0、IL1、…、ILi、…、ILn。

當(dāng)測(cè)試頻點(diǎn)Ftest

(1)

當(dāng)測(cè)試頻點(diǎn)Ftest>Fn時(shí)，測(cè)試頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的插損ILtest可通過(guò)下式得出：

(2)

當(dāng)測(cè)試頻點(diǎn)F0

(3)

功率測(cè)試的具體步驟如下：

(1) 設(shè)置信號(hào)源為第1個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)，并設(shè)置好初始功率，并將信號(hào)發(fā)射置為OFF；

(2) 設(shè)置功率計(jì)的工作方式為radar方式，設(shè)置載頻、x：start、x: scale、y：max、y: scale、觸發(fā)電平；

(3) 通過(guò)通信協(xié)議控制發(fā)射機(jī)定時(shí)器，控制產(chǎn)生工作方式1的周期和脈寬；

(4) 根據(jù)工作方式的脈寬來(lái)設(shè)置功率計(jì)的Gate start和Gate length；

(5) 設(shè)置信號(hào)源為第1個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)，將信號(hào)發(fā)射置為ON；

(6) 通過(guò)功率計(jì)讀取當(dāng)前頻點(diǎn)的平均功率值；

(7) 根據(jù)耦合器的各頻段的線性度，計(jì)算耦合器在當(dāng)前測(cè)試頻率的插損值；

(8) 根據(jù)功率計(jì)讀值和耦合器的插損值，計(jì)算當(dāng)前頻點(diǎn)的輸出功率，并將功率單位由dBm換算成kW。計(jì)算公式如下：

Ptr=Pme+ILi

(4)

式中，Ptr為輸出脈沖功率，單位dBm；Pme為峰值功率計(jì)的直接讀數(shù)，單位dBm；ILi為耦合器的插損，單位dB。

(9) 設(shè)置信號(hào)源頻點(diǎn)，切換至下一個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)，循環(huán)步驟5至步驟8；

(10) 關(guān)閉定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)；

(11) 設(shè)置定時(shí)器為下一個(gè)工作方式，循環(huán)步驟3和步驟10。

2.2.2 氣象強(qiáng)度測(cè)試

氣象強(qiáng)度測(cè)試通過(guò)分別控制信號(hào)源頻率、波控頻率、信號(hào)源功率，使得被測(cè)整機(jī)/分機(jī)工作在指定狀態(tài)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編程獲取被測(cè)整機(jī)/分機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)報(bào)文，進(jìn)而通過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理獲得各測(cè)試點(diǎn)的強(qiáng)度值、與期望強(qiáng)度差值、最大誤差及均方根誤差。具體測(cè)試步驟如下：

(1) 手動(dòng)完成氣象強(qiáng)度校準(zhǔn)；

(2) 讀取氣象強(qiáng)度期望值文件，獲取所有通道、所有功率值下的期望強(qiáng)度值；

(3) 設(shè)置信號(hào)源測(cè)試頻率對(duì)應(yīng)第1個(gè)標(biāo)定距離測(cè)試，并設(shè)置開(kāi)關(guān)為OFF；

(4) 設(shè)置波控頻點(diǎn)為第1個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)，對(duì)應(yīng)第1個(gè)標(biāo)定距離的第一個(gè)通道；

(5) 設(shè)置信號(hào)源功率為第1個(gè)功率點(diǎn)，并設(shè)置開(kāi)關(guān)為ON；

(6) 通過(guò)編程讀取氣象數(shù)據(jù)報(bào)文，進(jìn)而數(shù)據(jù)處理獲取當(dāng)前標(biāo)定距離、當(dāng)前通道、當(dāng)前功率下的強(qiáng)度值；

(7) 獲取當(dāng)前標(biāo)定距離、當(dāng)前通道、當(dāng)前功率下的期望強(qiáng)度值；

(8) 計(jì)算當(dāng)前標(biāo)定距離、當(dāng)前通道、當(dāng)前功率下的實(shí)際強(qiáng)度值Iai和期望強(qiáng)度值Iei的差值IΔi：

IΔi=Iai-Iei

(5)

(9) 切換信號(hào)源功率，循環(huán)步驟5至步驟8；

(10) 功率點(diǎn)測(cè)試完成后，從所有IΔi中提取當(dāng)前標(biāo)定距離、當(dāng)前通道最大誤差值IΔmax。

(11) 計(jì)算當(dāng)前標(biāo)定距離、當(dāng)前通道，N個(gè)功率點(diǎn)下的氣象強(qiáng)度的均方根誤差I(lǐng)ΔRMS：

(6)

(12) 設(shè)置波控切換至其他測(cè)試頻點(diǎn)，對(duì)應(yīng)其他通道，循環(huán)步驟4至步驟11。

(13) 設(shè)置信號(hào)源至其他頻點(diǎn)，對(duì)應(yīng)其他標(biāo)定距離，循環(huán)步驟3至步驟12。

2.2.3 重復(fù)周期測(cè)試

重復(fù)周期測(cè)試需要判斷輸出信號(hào)中的周期集合是否滿足期望要求，通過(guò)波控控制被測(cè)整機(jī)/分機(jī)工作在指定工作方式下，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的重復(fù)周期信號(hào)。通過(guò)示波器獲取一定時(shí)間跨度內(nèi)的脈沖周期集合，并通過(guò)濾波、去重得到最終的實(shí)際測(cè)試周期集合，通過(guò)判斷實(shí)際測(cè)試周期集合和期望周期集合是否一致來(lái)判斷測(cè)試是否合格。具體測(cè)試步驟如下：

(1) 讀取重復(fù)周期測(cè)試期望結(jié)果文件，獲取各工作方式下的期望周期集合{Te1，Te2，…，Tem}；

(2) 設(shè)置示波器xscale,并設(shè)置TimeDelay為0，并將示波器設(shè)置為單次觸發(fā)；

(3) 通過(guò)波控命令使被測(cè)整機(jī)/分機(jī)工作在方式1；

(4) 判斷當(dāng)前工作方式是否為加密工作方式，若為加密工作方式則向被測(cè)整機(jī)/分機(jī)發(fā)送加密報(bào)文；

(5) 示波器單次觸發(fā)等待直至獲取輸出重復(fù)周期信號(hào)；

(6) 循環(huán)設(shè)置示波器TimeDelay從Time1至Time2，切換間隔1 ms，并保證Time1至Time2能夠覆蓋信號(hào)中所有的周期的脈沖，通過(guò)示波器讀取不同TimeDelay下的信號(hào)周期Ti；

(7) 對(duì)采集的所有周期值做濾波、去重處理，得到最終的實(shí)際測(cè)試周期集合{Ta1，Ta2，…，Tan}；

(8) 判斷實(shí)際測(cè)試周期集合{Ta1，Ta2，…，Tan}與期望周期集合{Te1，Te2，…，Tem}的元素個(gè)數(shù)和元素值是否完全一致，若一致則合格，否則不合格；

(9) 判斷當(dāng)前工作方式是否為加密工作方式，若為加密工作方式，則向被測(cè)整機(jī)/分機(jī)發(fā)送刪除加密報(bào)文；

(10) 通過(guò)波控命令使被測(cè)整機(jī)/分機(jī)工作在其他工作方式，循環(huán)步驟3至步驟9。

2.3 自動(dòng)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)測(cè)試軟件主要基于通用測(cè)試平臺(tái)的圖形化測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在通用測(cè)試平臺(tái)基礎(chǔ)上增加手動(dòng)錄入功能，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)的全覆蓋。硬件系統(tǒng)配置完成后，根據(jù)雷達(dá)產(chǎn)品的技術(shù)要求對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)測(cè)試系統(tǒng)軟件是整個(gè)系統(tǒng)指揮控制的調(diào)度中心，通過(guò)接口總線，對(duì)被測(cè)整機(jī)/分機(jī)和測(cè)試儀器進(jìn)行初始化，進(jìn)而發(fā)出被測(cè)整機(jī)/分機(jī)和各類(lèi)儀器的動(dòng)作控制及數(shù)據(jù)讀取命令。同時(shí)，接收系統(tǒng)中被測(cè)整機(jī)/分機(jī)和測(cè)試儀器的返回信息，并對(duì)其進(jìn)行分析處理，從而迅速地完成雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)的全過(guò)程測(cè)試及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，并按照指定格式生產(chǎn)最終的測(cè)試報(bào)表。

通過(guò)通用測(cè)試開(kāi)發(fā)平臺(tái)的測(cè)試程序開(kāi)發(fā)，將雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)測(cè)試方法按設(shè)計(jì)好的測(cè)試時(shí)序添加測(cè)試系統(tǒng)硬件資源節(jié)點(diǎn)或者邏輯控制節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)可視化界面設(shè)置各個(gè)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作和屬性。測(cè)試方法編輯完成后，通過(guò)測(cè)試程序執(zhí)行平臺(tái)執(zhí)行測(cè)試流程。方法流程執(zhí)行到每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)按照設(shè)置好的動(dòng)作或者屬性控制對(duì)應(yīng)的測(cè)試資源，并在顯示面板上實(shí)時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果，最后保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)測(cè)試系統(tǒng)導(dǎo)出的測(cè)試報(bào)表可直接提交作為檢驗(yàn)報(bào)告，省略了數(shù)據(jù)處理和人工記錄的時(shí)間。測(cè)試軟件的控制流程如圖2所示。

圖2 測(cè)試軟件控制流程圖

雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)調(diào)測(cè)過(guò)程中存在部分不具備自動(dòng)化測(cè)試條件的指標(biāo)，如重量、組成、絕緣電阻等。這些指標(biāo)的測(cè)試設(shè)備不存在程控接口，無(wú)法自動(dòng)化獲取測(cè)試結(jié)果。雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)測(cè)試系統(tǒng)針對(duì)不具備自動(dòng)測(cè)試條件的測(cè)試項(xiàng)目增加了手動(dòng)錄入的接口，根據(jù)技術(shù)條件將結(jié)果錄入分為合格性輸入和數(shù)值輸入兩種形式。對(duì)于合格性輸入，提供“合格”和“不合格”選擇；對(duì)于數(shù)值輸入，可輸入數(shù)字和時(shí)間兩種參數(shù)形式。錄入完成后，系統(tǒng)自動(dòng)將手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目令號(hào)的添加、編輯和刪除，通過(guò)讀取測(cè)試數(shù)據(jù)，自動(dòng)獲取當(dāng)前令號(hào)的測(cè)試進(jìn)度和測(cè)試結(jié)果。獲取的測(cè)試信息包括計(jì)劃開(kāi)始時(shí)間、計(jì)劃結(jié)束時(shí)間、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)進(jìn)度、合格性、負(fù)責(zé)人、測(cè)試人等信息。

3 應(yīng)用實(shí)例

下面就某型號(hào)雷達(dá)的應(yīng)用情況對(duì)雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)自動(dòng)測(cè)試方法的可靠性加以論證說(shuō)明。測(cè)試結(jié)果取自動(dòng)測(cè)試及手動(dòng)測(cè)試10次結(jié)果的RMS值作比較，以手動(dòng)測(cè)試結(jié)果為基準(zhǔn)。表1和表2分別為功率和氣象強(qiáng)度的自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)測(cè)試的差值結(jié)果。表3為手動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試的測(cè)試時(shí)間對(duì)比。

表1 功率測(cè)試比對(duì)結(jié)果

表2 氣象強(qiáng)度(RMS值)的測(cè)試比對(duì)結(jié)果

表3 測(cè)試時(shí)間比對(duì)結(jié)果

從表中不難看出，自動(dòng)測(cè)試的數(shù)據(jù)相對(duì)于手動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)的誤差均在0.2 dB以內(nèi)。該精度能滿足雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)的測(cè)試要求，說(shuō)明雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)自動(dòng)測(cè)試方法具有較高精度和可靠性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該型號(hào)雷達(dá)的單次手動(dòng)測(cè)試時(shí)間大約為3 280 min，而自動(dòng)測(cè)試時(shí)間只需85 min，測(cè)試效率提高90%以上。同時(shí)，自動(dòng)測(cè)試方法包含了對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理，節(jié)約了人工手動(dòng)記錄時(shí)間和數(shù)據(jù)處理時(shí)間，極大地提高了工作效率。通過(guò)應(yīng)用結(jié)果證明，設(shè)計(jì)的雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)自動(dòng)測(cè)試方法能夠高效地完成雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)的調(diào)測(cè)工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)調(diào)測(cè)效率低的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了適用于雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)調(diào)測(cè)的自動(dòng)測(cè)試方法，可準(zhǔn)確快速地測(cè)試?yán)走_(dá)整機(jī)/分機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)，縮短了雷達(dá)整機(jī)/分機(jī)的調(diào)測(cè)周期，對(duì)科研生產(chǎn)工作的順利開(kāi)展具有重要的技術(shù)支撐作用。

[1] 鄧斌.雷達(dá)性能參數(shù)測(cè)量技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2010.

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Design of an automatic test method for radar system/subsystems

XIAO Su-fei, TONG Ying-fei, LAI Yi-cheng

(No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

An automatic test method of the radar system/subsystems is designed to improve the debugging and testing efficiency. In view of the test requirements of the radar system/subsystems, in combination with the automatic test technique, an automatic test method is designed for all the indexes of the radar system/subsystems. In addition, the manual input interface is added for some indexes without the automatic test condition to ensure the overall coverage of the test indexes. The application condition indicates that compared with the original manual test, the test efficiency of the automatic test system can improve by over 90%, and the accuracy, integrity and traceability of the test data can also be ensured.

radar; system/subsystems; automatic test method

TN757.52

A

1009-0401(2017)04-0066-05

2017-09-28；

2017-10-22

肖蘇飛(1989-)，男，工程師，碩士，研究方向：儀器儀表自動(dòng)化測(cè)試、軟件設(shè)計(jì)；童穎飛(1989-)，男，工程師，碩士，研究方向：軟件工程、自動(dòng)化儀器儀表;賴(lài)一成(1988-)，男，工程師，碩士，研究方向：儀器儀表自動(dòng)化測(cè)試、軟件設(shè)計(jì)。