某搜索雷達天線座專用檢測設備設計

周帥文 張麗娟 劉 潔

(1.西安電子工程研究所 西安 710100;2.武警工程大學軍事基礎教育學院 西安 710086;3.西安市射頻綜合仿真重點實驗室 西安 710100)

0 引言

雷達天線座是雷達系統非常重要的一部分,在雷達系統工作過程中,能夠利用它實現雷達天線的運轉、定位、定向等功能,并完成在轉動狀態下各種信號的傳送任務[1-2]。在日常使用過程中,天線座不可避免地會出現故障,為了提高檢測維修能力,配備專用的檢測設備是必不可少的[3]。專用的檢測設備不僅能夠使雷達天線座完成快速維修,保障雷達系統正常使用,同時也能減少維修人員的工作量。

本文針對某搜索雷達天線座設計了一種專用檢測設備,該設備主要用于測試雷達天線座的功能和特性,主要包括雷達天線座的力矩、編碼鏈路、電機電流特性、天線升降和鎖定回路等項目的功能和特性的測試。通過測試,我們可以判定雷達天線座系統及其各個工作單體是否故障,如果存在故障,可以根據相關技術條件,完成對雷達天線座的維修。

1 主要功能

為了達到該搜索雷達天線座檢測維修的要求,實現雷達天線座功能和特性的測試,在設計專用檢測設備的過程中,對該設備提出了以下功能的要求:

1)實現天線座方位軸力矩測試;

2)實現天線方位、俯仰工作功能測試;

3)能夠測量驅動控制信號參數;

4)實現天線座的驅動特性測試,采集編碼數據,完成編碼器工作特性測試;

5)產生檢測所需的電源。

2 專用檢測設備設計

2.1 系統組成及工作原理

為了實現專用檢測設備的主要功能,根據實際需求,該專用檢測設備主要由機柜、維修設備、測試計算機、專用測試附件、測試軟件等組成。其中維修設備主要由驅動組合、模擬操控裝置、力矩測試裝置、編碼測試裝置、1M信號源、PLCC20-DIP轉接座等組成;專用測試附件主要由天線座安裝架及工作臺、配電裝置、專用測試電纜、數字秒表、數字多用表等組成;測試軟件主要由設備自檢軟件、專用檢測軟件、PC104開發軟件、編碼軟件、數據采集分析軟件等組成。雷達天線座專用檢測設備硬件組成框圖如圖1所示,測試軟件組成框圖如圖2所示。

圖1 天線座專用檢測設備硬件組成框圖

圖2 天線座測試軟件組成框圖

使用該專用檢測設備對雷達天線座進行檢測維修時,首先利用驅動組合提供伺服驅動電流,使用模擬操控裝置操作控制驅動天線方位、俯仰動作,通過力矩測試裝置測量雷達天線座伺服系統方位軸力矩,通過PC104開發器進行采集天線座的驅動特性、編碼數據等,并利用測試計算機對采集的數據進行處理和分析,從而得出檢測結論,然后按照相關的技術條件,完成雷達天線座的維修。天線座專用檢測設備檢測工作原理框圖如圖3所示。

圖3 天線座專用檢測設備工作原理框圖

2.2 供電設計

雷達天線座專用檢測設備的供電輸入為了滿足不同模塊的供電需求同時保證用電安全,將其設計成了兩部分,分別為單相供電220V/50Hz和三相供電220V/400Hz。其中單相供電220V/50Hz經過電源模塊轉變成+28V直流電源,給檢測設備中需要的組合供電,三相供電220V/400Hz則是直接給驅動組合供電。供電設計框圖如圖4所示。

圖4 供電設計框圖

2.3 硬件設計

雷達天線座專用檢測設備硬件的設計是本文主要內容之一。在設計過程中,為了減少一定的工作量,部分硬件選用了標準設備組合,所以不需要再進行繁瑣的設計。下面將主要介紹測試機柜、模擬操控裝置、力矩測試裝置、編碼測試裝置、以及專用測試附件等硬件的設計。

2.3.1 測試機柜設計

測試機柜的主要作用是放置專用檢測設備除天線座安裝架外的各個組合,包括測試計算機、系統配電單元、操控單元、顯示器以及其它測試裝置和測試電纜等設備。測試機柜的設計應該以相關國家標準和軍用標準作為設計的基本依據[4],并結合自己的實際需求,使測試機柜便于使用和測試,因此本文選用標準機柜并進行了適當的改進。測試計算機放置于測試機柜的第一層,模擬操控裝置放置于第二層,顯示器和鼠標鍵盤等設備放置于第三層,驅動組合和編碼測試裝置等設備放置于第四層,測試電纜則是合理排布在測試機柜內并引出與雷達天線座的接口。

2.3.2 模擬操控裝置設計

模擬操控裝置是專用檢測設備的主要控制單元,利用操控裝置可以實現對檢測設備供電的控制,以及對搜索雷達天線座升降的控制,同時可以控制搜索雷達的工作狀態。另外,為了顯示天線的實時狀態,在操作面板上增加了顯示燈,便于維修人員進行觀察。

2.3.3 力矩測試裝置設計

該專用檢測設備的主要功能之一就是實現天線座方位軸力矩測試,因此力矩測試裝置的設計是必不可少的。天線座方位軸工作時,由于軸承摩擦力矩的存在會引起方位軸的扭轉變形,所以可以根據扭矩變形來確定扭矩的大小,即方位軸的力矩[5]。為了便于使用和操作,在力矩測試裝置的設計過程中,本文選擇較為直觀的彈簧秤進行測試,將彈簧秤與天線座方位軸之間的工裝連接好后,控制方位軸的運動,通過彈簧秤的測量即可得到方位軸力矩的大小。其測試流程圖如圖5所示。

圖5 力矩測試流程

2.3.4 編碼測試裝置設計

雷達天線座在進行天線方位、俯仰動作時,其驅動特性和編碼數據是重要的參數,為了實現天線座驅動特性和編碼器工作特性的測試,本文的專用檢測設備需要一個編碼測試裝置。PC104是一個具有靈活擴展性的平臺,在很多行業內都有著廣泛的應用[6]。所以利用該專用檢測設備對雷達天線座編碼進行測試時,將檢測設備與天線座連接后,給系統上電,驅動天線進行運動,利用PC104開發器進行編碼采集,然后利用測試計算機對采集到的數據進行處理和分析,從而得出檢測結論。其驅動與編碼一致性處理流程如圖6所示。

圖6 驅動及編碼一致性處理流程

2.3.5 專用測試附件設計

專用檢測附件是由多個設備組合而成,其中配電裝置和專用測試電纜均選用標準設備組合,搜索雷達天線座安裝架需要進行單獨設計。安裝架主要用于安裝雷達天線座,保證其工作環境和總站一致。安裝架的設計主要涉及結構設計,這里不再贅述。

2.4 結構設計

專用檢測設備的結構設計主要包括兩部分,由搜索雷達天線座安裝架結構設計和測試機柜結構設計組成。

2.4.1 天線座安裝架結構設計

搜索雷達天線座安裝架主要由柜體、吊環、調整座、腳輪等組成。為了考慮其使用的便利性,在安裝架柜體頂部設計了轉接板,用于安裝、固定搜索雷達天線座,在頂部四角也設計了四個吊環,用于安裝架整體裝卸運輸。另外,在安裝架柜體底部設計了調整座用于工作時支撐整個測試工裝,同時可以調整機柜高低確保天線座水平,腳輪則是用于調整機柜位置。設計過程中,安裝架結構均按照天線座的所需承重、安裝尺寸和工作要求進行設計,以此保證維修檢測的安全,同時便于檢測維修時的安裝和拆卸。搜索雷達天線座安裝架示意圖如圖7所示。

圖7 搜索雷達天線座安裝架示意圖

2.4.2 測試機柜結構設計

測試機柜的結構設計是在選用了標準機柜的基礎上,并結合自己的使用需求進行了改進。主要包括了專用檢測設備各組合的安裝位置和安裝架,在頂部和背部設計了散熱口和風機,底部安裝了帶有鎖定功能的萬向輪,便于移動,在雷達天線座檢測維修時可鎖死。專用檢測設備測試機柜示意圖如圖8所示。

圖8 專用檢測設備測試機柜示意圖

2.5 軟件設計

測試軟件采用了基于Windows的用戶界面框架的WPF,它能為開發人員在文檔、媒體和用戶界面設計方面提供各種解決方案[7]。WPF可以將界面和代碼分離開,開發人員利用C#語言來編寫邏輯代碼,更加便于開發和維護,同時為使用人員提供了簡潔明了的測試軟件界面和使用方法。測試軟件主界面主要包括六個部分:頂部標題欄、檢測項目菜單、測試內容顯示框、設備狀態顯示欄、軟件反饋欄和檢測日志欄。其分布如圖9所示。

圖9 測試軟件主界面示意圖

3 試驗情況

為了驗證該搜索雷達天線座專用檢測設備的性能,對其進行了試驗驗證。將天線座安裝在天線座安裝架上,連接好線纜,在能正常供電后,調好各設備性能狀態,依次對天線座方位軸力矩、天線升降和鎖定功能以及編碼特性進行了測試,同時還測量了驅動控制信號參數。通過試驗測試,證明了該專用檢測設備的主要功能均能實現,能夠很好地對該搜索雷達天線座進行維修檢測。

4 結束語

本文根據某搜索雷達天線座使用過程中存在故障的可能,設計了一款專用的維修檢測設備。首先介紹了該專用檢測設備的主要功能,然后介紹了其系統組成和工作原理、供電設計、硬件設計和軟件設計這幾個方面,最后通過實際的試驗進而驗證了該專用檢測設備的實用性和便捷性,有效提高了某搜索雷達天線座的檢測維修效率,具有較好的工程實用價值。