一種DAM便攜式測試系統的設計

張 玲，李國清

(中國電子科技集團公司第三十八研究所, 合肥 230088)

0 引 言

數字陣列模塊(Digital Array Module,以下簡稱DAM)是數字陣列雷達中的基本單元，也是最重要和數量最多的基本單元，其技術指標決定了數字陣列雷達技戰術指標的高低。隨著數字陣列雷達的大批量生產，整機外場調試任務越來越多，傳統的DAM測試系統儀表多，拆裝復雜，攜帶不方便。因此需要一種簡易便攜的DAM測試設備，應用于外場DAM的測試、調試、診斷和維護。[1-2]

1 測試系統的設計

1.1 測試原理

DAM組件是一種將多個收發通道集成的模塊，主要完成多通道接收數字化及預處理、多通道的數字波形產生及功率放大、多通道數字波束形成等功能。該測試系統需要對DAM的收發數據進行采集，實現對單件DAM每個通道發射功率、接收增益、接收信噪比、I/Q鏡像抑制度等指標進行測試。原理是通過CPCI/以太網控制測試設備產生單件DAM組件測試所需要的各種激勵——時鐘本振激勵、控制信號激勵、電源激勵等。這些激勵通過混裝電纜和光纖轉接到DAM，同時被測DAM組件產生的輸出信號也通過電纜和光纖轉接到校正采集模塊，通過計算機輔助數據采集，并進行數據處理，最終生成測試報告。

1.2 硬件設計

硬件部分采用高集成度的結構設計，使用校正采集模塊代替傳統測試系統中的信號源和頻譜儀，將所有模塊集成到一個機箱中，方便攜帶。系統框圖如圖1所示，主要由DAM適配器、校正采集模塊、計算機、本振時鐘模塊、電源模塊、環行器、功分器、光纖、電纜等組成，其中DAM適配器需要設計的簡易輕巧，僅需滿足DAM供電和信號的連接。

圖1 系統框圖

(1) DAM適配器

DAM適配器主要由裝夾DAM的夾具、小風扇、功分器組成。測試夾具對被測DAM安裝固定，提供工作電源及時鐘本振信號，并對DAM接插件進行適配轉接以便于測試。DAM采用風冷散熱。

(2) 校正采集模塊

校正采集模塊是該測試系統中的核心模塊。該數據采集接口模塊具備快速、準確地完成被測件的數據采集、整個系統的狀態控制等功能。數據采集接口模塊以FPGA為核心芯片，采用標準CPCI板卡設計。原理圖如圖2，由一路射頻收發通道和數據采集板組成，射頻收發通道已知發射功率和接收增益。每塊數據采集接口板具備1路光纖接口、1路LAN接口。光模塊與DAM上的光模塊配對使用，LAN是與計算機的通信接口。工作時，計算機與校正采集模塊采用網絡通訊，校正采集模塊與被測組件采用光纖通訊。數據采集模塊可以將計算機發布的控制命令傳輸到被測DAM中去，控制其工作狀態，同時控制校正采集模塊中單路收發通道的工作狀態，再把采集到的數據傳輸給計算機。[3-5]

圖2 校正采集模塊原理圖

(3) 本振時鐘模塊

本振時鐘模塊內部包括晶體振蕩器、時鐘電路、本振源、本振放大功分電路，主要是給被測DAM和校正采集模塊提供時鐘和本振信號。

(4) 電源模塊

電源采用專門定制電源，輸入220 V交流電，給DAM組件、本振時鐘模塊、校正采集模塊、風扇等模塊供電。

1.3 軟件設計

測試系統的軟件基于LABVIEW環境開發。采用模塊化設計，以測試功能為依據，將系統軟件劃分為3個模塊：用戶界面模塊、測試控制模塊、數據采集模塊。在設計時充分考慮各模塊的體積和互聯關系，軟件中各功能模塊體積既不能過大也不能過小。體積過大則結構復雜難于維護；體積過小則功能意義不完善，影響模塊的獨立性。整個軟件是由相互聯系的模塊構成。在滿足功能要求的前提下，模塊彼此之間的聯系相對越弱則軟件越容易修改和維護。因此，在模塊的設計過程中，應盡量減少模塊間的信息傳遞，簡化模塊間的相互聯系，從而充分保證模塊的獨立性。[6-8]軟件測試流程如圖3所示。

圖3 軟件測試流程

(1) 信息確認模塊：用于待測DAM組件的信息輸入，包括待測組件編號、測試時間、測試人員、測試地點等。這些信息將在最終輸出的測試表格中呈現。

(2) 判斷組件狀態信息：用于檢查組件連接通信狀態是否正常，若通信不正常一般則檢查電源及時鐘是否連接。

(3) 測試設置：包括發射接收模式選擇、測試點數選擇等。根據模式選擇對校正采集模塊和被測組件進行相應的模式設置。當被測組件測試發射指標時，校正采集模塊中射頻收發通道設置為接收狀態；當被測組件測試接收指標時，校正采集模塊中射頻收發通道設置為發射狀態。

(4) 數據獲取輸出：根據數據采集模塊采集到的數據，采用基于虛擬儀器的多通道數字接收機的測試方法進行指標分析。該測試方法是一種頻域分析法[5]，其方法是：獲取M個采樣點，對原始數據加窗函數(Blackman窗)處理。這對非相干采樣是必須的，對于相干采樣則無須加窗，然后計算FFT。分離出其中的信號、直流、諧波、雜散波以及噪聲成分，通過計算處理可得到接收增益、接收信噪比、I/Q鏡像抑制度、發射功率等測試數據。[9-10]

測試系統具體運行如下：

(1) 發射指標測試時，軟件控制DAM只開通一路發射。系統信號的走向是DAM被測件單個端口輸出的脈沖信號經過功分器、環行器、校正采集模塊處理后傳輸到計算機。測試系統軟件對T/R組件輸出的數字信號作頻譜分析，處理可得到被測件的發射功率。

(2) 接收指標測試時，由校正采集模塊產生射頻信號經過衰減器、環行器，功分器輸入到被測DAM的各個通道。被測DAM接收處理后再將數據通過光纖傳輸至數據采集模塊。數據采集模塊對光信號進行光電解調后再通過網線傳輸至計算機。測試系統軟件對DAM組件輸出的數字信號作頻譜分析，處理可得到被測件接收增益、接收信噪比、I/Q鏡像抑制度等指標。

2 結 果

該DAM便攜式測試系統結構如圖4，整機僅有12 kg，攜帶方便。測試界面如圖5所示。

圖4 DAM便攜式測試系統結構面

圖5 指標測試界面

測試單個組件的接收增益、接收信噪比、I/Q鏡像抑制度、發射功率僅需5 min。增益測量不確定度為±2 dB,接收信噪比、I/Q鏡像抑制度測量不確定度為±1.5 dB，發射功率測量不確定度為±1 dB，各指標較傳統儀表測試臺不確定度相差1 dB左右，滿足外場DAM的測試、調試、診斷需求。該測試系統還可以集成其他測試插件，使功能更加強大。如集成頻譜儀插件，可以對DAM發射譜進行實時監控。

3 結束語

本文所研究的DAM便攜式測試系統攜帶方便，測試簡單，功能強大，可擴展性好，極大地提高了外場保障測試效率，節約了大量的工作量，減少了雷達后期維護成本。