馬 亮, 羅偉會, 李云濤, 劉虎平

(中核第四研究設計工程有限公司,河北石家莊050021)

1 引言

隨著計算機和軟件技術、大規(guī)模集成電路技術、通信技術的不斷發(fā)展和完善,電子雷達裝備的系統(tǒng)也越來越復雜,自動化水平也越來越高,為了保證雷達正常的運行,對其進行高效的故障檢測,對于保持良好的作戰(zhàn)狀態(tài)和提高戰(zhàn)斗力具有重要意義。目前對雷達故障診斷和檢測的方法很多,但普遍存在測試周期長、工序復雜、效率低、成本高、容易出錯等問題。虛擬儀器技術可以通過軟件編程,將多種測試功能集于一身,并進行快速準確的數(shù)據處理和顯示,真正實現(xiàn)集成化、模塊化和智能化。與傳統(tǒng)儀器相比較,虛擬儀器具有性能高、擴展性強、開發(fā)效率高、無縫集成等優(yōu)勢,因此,雷達設備性能檢測和故障診斷的虛擬儀器技術已經成為一種新的發(fā)展趨勢和方向。

主要圍繞著雷達故障檢測系統(tǒng)可控制NI設備卡通過PXI測試平臺、適配器實現(xiàn)對被測電路板的靜電測試,給被測雷達電路板加工作電壓,測試電路板電源的準確性,給被測雷達電路板輸入標準數(shù)字及模擬激勵信號,采集被測電路板的數(shù)字輸出或激勵信號,檢測電路板的輸出或激勵信號,然后打印檢測報告,最終給出故障定位的信息代碼。

2 系統(tǒng)總體方案設計

雷達故障檢測設備以美國國家儀器NI公司生產的PXI虛擬儀器為檢測平臺,以LabVIEW8.6軟件為開發(fā)工具的系統(tǒng)。系統(tǒng)設計采用模塊化設計方法,充分考慮系統(tǒng)和分系統(tǒng)的可靠性和可維修性。系統(tǒng)總體設計方案如圖1所示。

2.1 被測雷達工作原理

雷達(Radio Detection and Ranging,Radar),含義是用無線電方法對目標進行探測和測距。雷達最基本的任務有兩個,一是發(fā)現(xiàn)目標的存在;二是測量目標的參數(shù)。前者稱為雷達檢測,后者稱為雷達參數(shù)提取或參數(shù)估值。雷達問世之初,主要的觀察目標是飛機。發(fā)現(xiàn)飛機目標的過程是：雷達發(fā)射機向空間發(fā)射電磁波,電磁波遇到目標時,一小部分能量被反射回接收機,接收機接收到從目標反射回來的回波信號,如果超過一定的門限電壓值,就稱為探測到了或者是發(fā)現(xiàn)了目標,由電波傳播的往返時間即可獲得雷達至目標的距離。

圖1 雷達故障檢測系統(tǒng)總體設計框圖

雷達系統(tǒng)組成主要包括：主振信號源、定時器、頻率合成器、主振功率放大鏈發(fā)射機、收/發(fā)開關(T/R開關)、雷達天線、接收機、數(shù)字信號處理機、數(shù)字數(shù)據處理機、雷達終端顯示器、天線伺服系統(tǒng)。

研究雷達系統(tǒng)采用性能指標：輸入、輸出電壓、波形、頻率、信號幅度、信號相位、脈沖周期、節(jié)拍、地址間隔、占空比、等技術參數(shù)。對性能指標分別通過對雷達組合模塊進行靜態(tài)電阻測試、給被測電路板加工作電壓,檢測電源的正確性、給被測組合灌入標準數(shù)字及模擬激勵信號,采集被測組合的數(shù)字輸出信號,檢測組合的輸出信號。

2.2 系統(tǒng)故障檢測原理

系統(tǒng)通過查詢標準技術參數(shù)或通過實際采集正常設備的輸入、輸出電壓、波形、頻率、信號幅度、信號相位、脈沖周期、節(jié)拍、地址間隔、占空比等技術參數(shù),通過編寫程序軟件,存儲在主計算機存儲器內,作為檢測的標準數(shù)據。測試原理如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件部分依據模塊化設計理念和思想,充分考慮到各個接口電路的擴展性和通用性,檢測系統(tǒng)的硬件部分設計在滿足總體設計方案的基礎上,還保留了雷達系統(tǒng)中被測電路板模塊與上級的單元接口。同時,將與PXI檢測平臺各電路板板卡的接口電路關系獨立起來,使PXI虛擬儀器檢測接口平臺適用于其他測試場合,從而拓寬了接口電路的使用領域和范圍。從模塊化設計角度研究。

檢測系統(tǒng)的硬件接口電路主要包括：

(1)NI專用板卡與適配器接口電路,由于NI專用板卡與被測電路板模塊接口不匹配,故自主研制了一系列適配板卡,連接NI專用板卡與被測電路板模塊,使之匹配。

(2)適配板器與被測雷達電路板模塊接口電路,通過一系列數(shù)據傳輸電纜,將電路板與適配板卡相連。

(3)電阻測量接口電路。

(4)電源電路設計,主要是給被測雷達電路板模塊供電。

2.4 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件是整個雷達故障檢測系統(tǒng)的核心,所有的硬件設備都是在軟件的控制下工作。系統(tǒng)充分開發(fā)和利用計算機的資源,采用NI公司的LabVIEW8.60軟件,運用特定的算法和儀器控制技術,進行信號的分析、測量和產生激勵信號,在硬件顯著減少的條件下,極大地提高測試功能,使自動檢測系統(tǒng)的控制器不僅僅只是控制系統(tǒng)的協(xié)調工作,而且能直接參與信號的產生,完成被測系統(tǒng)性能參數(shù)的測量等任務,充分發(fā)揮計算機的巨大潛力。

雷達檢測系統(tǒng)統(tǒng)軟件部分采用3層設計架構,以保證最終的虛擬儀器產品既有良好的可靠性、可維護性以及可擴展性?？刂齐娐钒鍣z測儀軟件3層結構如圖3所示。

圖2 雷達故障檢測系統(tǒng)測試原理圖

系統(tǒng)軟件是整個測試系統(tǒng)的核心,主要由系統(tǒng)主界面、系統(tǒng)選擇模塊、自檢模塊、采集模塊、信號檢測模塊和顯示存儲等功能模塊組成。檢測系統(tǒng)軟件設計流程圖如圖4所示。

由于數(shù)字采集卡NI-6541支持SMC(同步及儲存核心)技術,故在用到多辦卡激勵時,對相應板卡進行設置后可由NI-TCLK函數(shù)進行同步觸發(fā),實現(xiàn)多塊NI-6541的數(shù)據ns級同步輸出。其中信號采集實現(xiàn)對被測電路板的數(shù)字信號進行采集(多板卡時能實現(xiàn)同步采集)。包括電路板激勵信號采集子模塊及輸出信號采集子模塊。

圖3 虛擬儀器軟件結構圖

算法：用事件結構結合隊列控制響應前面板上兩個按鈕：‘開始采集'、及‘退出程序'。用一個while循環(huán)監(jiān)控前面板兩個按鈕,當‘開始采集'按鈕按下時,枚舉變量‘開始激勵'入控制隊列,在另一個while循環(huán)控制隊列的元素(枚舉變量)出列,默認是‘閑置狀態(tài)'故當前面板不執(zhí)行當任何操作時,進入該分支,這時程序執(zhí)行延時50ms,同時自動釋放CPU,讓CPU得以空閑處理其他應用程序,當‘開始采集'按鈕按下時,此時由控制隊列控制進入開始激勵分支。

信號采集算法程序源代碼如圖5所示。

圖4 檢測系統(tǒng)軟件設計流程圖

圖5 信號采集算法程序源代碼

3 系統(tǒng)檢測結果及分析

首先通過適配器將雷達電路板與虛擬儀器開發(fā)的PXI檢測平臺進行連接。然后給電路板模塊提供正常工作電壓,使其正常工作。最后將計算機里存儲的標準信號回放到被測試的電路板模塊里,登陸檢測系統(tǒng)主界面按照操作步驟對電路板模塊進行故障測試。

雷達故障檢測系統(tǒng)對部分雷達電路板模塊進行隨機測試。首先選擇測試點,主要測試電路板模塊的靜電阻值、二次電源值、信號參數(shù)。標準值已經通過計算機語言編程存儲到計算機里面,以便于和實際測試值進行比對,從而給出測試結果。

首先用戶進行系統(tǒng)登陸,點擊“進入系統(tǒng)”按鈕,系統(tǒng)進入雷達故障檢測系統(tǒng)主界面如圖6所示。

測試實驗結果,通過采用人工手動或其他測試方法驗證測試結果準確,證明系統(tǒng)測試結果比較準確,尤其是對故障點的定位。能準確將故障點定位到雷達電路板的板卡級。充分說明基于虛擬儀器的雷達故障檢測系統(tǒng)是一種操作方便簡捷、準確性高、可靠性高、實效性高的現(xiàn)代化測試系統(tǒng),有很高的研發(fā)價值和應用價值,也會將成為測試領域的一種發(fā)展方向。

圖6 雷達故障檢測系統(tǒng)主界面

圖7 雷達工作異常信息測試結果

4 結束語

通過對雷達電路板模塊的測試結果進行系統(tǒng)分析,由實驗測試結果可以得出,虛擬儀器的雷達故障檢測系統(tǒng)能對故障進行準確定位并能給出故障意見,實現(xiàn)故障檢測自動化、智能化。其性能的可靠性、有效性、可操作性等都是非常高的,具有十分廣闊的應用和發(fā)展空間。

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