虛擬儀器在天氣雷達發射機脈沖測試中的應用

辛強　陳生澤

摘 要：我國在新時期發展下，天氣雷達達到廣泛布置。對雷達進行維修的時候將面對很大工作量。因此，引入虛擬儀器對其測試，分析雷達的各個指標和參數，能達到測試工作的有效性?；诖?，文章中對其做出相關探討。

關鍵詞：虛擬儀器；天氣雷達；發射機；脈沖測試；應用

天氣雷達能對臺風、暴雨等災害進行監測和預警。在新時期社會發展下，新一代雷達廣發應用和覆蓋，所以，對其維修也十分必要。維修工作中，故障的診斷和監測需要更精確的儀器。引入虛擬儀器，能對其數據進行儲存和測試，達到整體的優化發展。

一、發射機和射頻脈沖包絡

雷達發射機能根據系統要求，完成射頻發射信號?；诘皖l交流能量，為其轉換為射頻能量，在系統中傳輸天線或者空間設備中。雷達發射機類型為連續波發射機和脈沖發射機，其中，脈沖發射機最為常用，通過高頻放大鏈和脈沖調制器組成，能達到有效控制，也能輸出功率、波形、頻譜寬帶等。輸出的信號為脈沖式高峰數值、射頻信號，能通過收發開關向空間發射。

對于射頻脈沖包絡，當射頻脈沖經過檢波器后，產生視頻脈沖波形。一般情況下，更為理想的波形為脈沖幅度、寬度。但是，實際上發射的信號都不夠理想。根據天氣雷法測試規范的分析，射頻脈沖包絡參數分別為脈沖寬度、脈沖頂峰、上升沿和下降沿[1]。

如圖一所示，其中的Um代表脈沖包絡。其中的r10代表半功率脈沖寬度。射頻脈沖包絡中的參數和發射信號質量存在很大關系，在一定程度上也會影響雷達的探測距離，所以，要對分辨率、最小探測距離指標進行分析。射頻脈沖包絡的形狀也能對分析出速調管工作性能，所以，在對大氣雷法維修期間，引入射頻脈沖包絡是十分必要的，能達到有效測量。因此，引入虛擬儀器對其測試，分析雷達的各個指標和參數，能達到測試工作的有效性。在下文中，基于虛擬儀器的使用，做出一系列思考。

二、虛擬儀器測試系統

（一）硬件組成

該系統的組成為機箱、控制器和模塊化儀器等。其中的機箱為系統設備的集成工作環境，能為儀器的運行提供電源、集成總線和散熱設備等。對于系統中的控制器，為其中的工作樞紐，具備更高性能的雙核處理器，其內存更高速，能達到高級射頻和無線測試。模塊化為系統中測試任務載體，在使用的時候，組成部分包括發生器、分析儀等。虛擬測試系統還需要基于計算機實現，利用打印機、顯示器、鍵盤等組成一個交互系統。

（二）軟件構成

虛擬測試系統軟件使用的為LabVIEW2011圖形化編程語言，和傳統的編程語言進行比較分析，LabVIEW2011圖形化編程語言在執行的時候，能促進函數圖形、數據之間的相互聯系，達到自動化測試目的。在測試行業內，LabVIEW2011圖形化編程語言為專業軟件，能達到600多個函數集成，也能使工作人員更好的執行信號生成、預算和處理工作，達到整體的優化應用。因此，基于對LabVIEW2011圖形化編程語言的應用，完成系統的界面設計，并在框圖中發揮各個功能。

三、脈沖包絡測試

脈沖包絡測試虛擬儀器系統是根據我國的天氣雷達測試要求來設計的，能對其存在的技術參數詳細測試。在測試的時候，受到實驗條件的限制，為了給數據測試工作提供方便，可以在該系統中應用虛擬儀器，促進其充分應用。

（一）測試線路連接

在對天氣雷達進行現場測試的時候，將S波段作為案例分析，其中的速調放大器輸出通過定向耦合器，達到射頻信號，并在固定檢波器和示波器上分析與觀察射頻包絡波形。發射器輸出的射頻脈沖信號，在對其頻率和波形測量的時候，要經過對檢驗，才能對其觀察，以達到參數的合理測量。如果發射機正常工作，會發現射頻脈沖包絡的輪廓更清晰，未存在抖動現象，雙線斷裂。在現場進行測試的時候，為了對檢波器、示波器設備等實施保護，避免其功率過大，被損壞。要在線路測試的時候，對定向耦合度、衰弱器的減量進行分析。在實驗測試工作中，基于信號發生器，利用小功率在耦合器、固定衰減器向天氣雷達發射機發出信號，并將其與虛擬儀器進行結合，達到系統可靠性的提升。

（二）設計測試系統

虛擬儀器和傳統的儀器設備存在很大差異，在應用的時候，經過軟件編程和自定義，達到產品功能界面的形成。比如：基于LabVIEW圖形化語言編程，基于函數的控制，能促進模擬儀器的運行，保證其功能的發揮，在整體上，也可以獲得更為準確的射頻脈沖包絡參數，達到數據信息的儲存和處理，形成測試程序界面。LabVIEW程序的應用，其程序為框圖和程序前面板。其中的程序框圖能代替傳統的編程工具文本代碼，面板能代替顯示界面。

在系統的測試程序框圖中，其中示波器能對其控制，也能測量脈沖參數。通過對函數的控制，儀器將達到初始化配置，促使其運行和關閉，也能完成各個參數的測量工作，生成報表等。程度前面板界面，在測量的時候為系統的直觀窗口，在該系統下，不僅能對儀器設備參數進行設置、顯示出波形，也能保證系統終端任務的完成。

（三）分析測試結果

檢波器獲得的射頻脈沖信號被輸入到示波器，點擊程序的前面板，促使其運行，將得到脈沖包絡波形圖和參數指標。這種波形能以圖片的方式保存，測試是的數據也能基于報表的生成，為程序的打印工作、表格生成等提供方便。在對軟件程序框圖進行編程的時候，為了保證參數設置的簡單化，也可以在測量工作中應用電平。利用示波器采集參數的時候，在天氣雷達測試要求下，要保證程序的固定化，達到參數的有效性，以滿足脈沖包絡性質。脈沖包絡測試虛擬儀器系統的使用，能對發生器下的射頻脈沖信號測量，比如：重復頻率、脈寬、下降沿等?；趯嶒灧治?，發現低脈沖重復頻率得到良好測量，根據圖像的分析，發現虛擬儀器測試的脈沖包絡參數和傳統示波器是一致的，該軟件適合廣泛推廣和應用。

總結：

通過以上的分析和研究，我國的虛擬儀器設備發展處于初期階段，需要在國外引進先進技術和手段，促進測試系統的形成，以達到天氣雷法發射機射頻脈沖包絡參數的分析。在這種技術應用下，不僅能獲得更準確結果，也能促進測試效率的提升，為數據的儲存和處理工作提供更大方便。

參考文獻：

[1] 劉光普，梁鶯，李效東， 等.虛擬儀器在新一代天氣雷達發射系統測試中的應用[C].2014年全國氣象觀測技術交流會論文集.福建省大氣探測技術保障中心，2014：486-489.