楊昌福,王 堅(jiān)

(1.中國西南電子技術(shù)研究所,成都610036;2.總參陸航部駐成都地區(qū)軍事代表室,成都610036)

1 引 言

當(dāng)今隨著高新技術(shù)的發(fā)展和戰(zhàn)爭形態(tài)的變化,武器裝備使用者對裝備的性能、維修性等要求也越來越高[1]。毫米波防撞雷達(dá)是為直升機(jī)專門研制的新型全天候飛行安全保障裝備,為了保障新技術(shù)裝備經(jīng)常處于良好的戰(zhàn)斗狀態(tài),能夠迅速形成戰(zhàn)斗力。毫米波防撞雷達(dá)的性能檢測和故障診斷已成為綜合技術(shù)保障的核心,直接影響著載機(jī)的安全以及戰(zhàn)斗力的發(fā)揮。二線檢測設(shè)備作為保證毫米波防撞雷達(dá)設(shè)備完好率的重要手段,其重要性不容忽視。它的缺乏將會(huì)直接影響設(shè)備的正常使用,使其不能夠充分發(fā)揮性能。近年來,用戶也越來越強(qiáng)調(diào)快速反應(yīng)能力和設(shè)備的完好率,而保證設(shè)備完好率除了提高設(shè)備本身的可靠性之外,二線檢測設(shè)備也是保證設(shè)備完好率的重要設(shè)備。

為滿足毫米波防撞雷達(dá)檢測的需求,本文進(jìn)行了測試系統(tǒng)頂層化的設(shè)計(jì),使得該綜合化和智能化的二線檢測測試設(shè)備能夠在二級(jí)維修中將測試對象的故障隔離到內(nèi)場可更換組件(SRU),保證設(shè)備的完好率和快速反應(yīng)能力。

2 毫米波防撞雷達(dá)設(shè)備的組成及工作原理

如圖1所示,毫米波防撞雷達(dá)的波形產(chǎn)生器產(chǎn)生鋸齒波調(diào)制LFM的基帶信號(hào),經(jīng)過混頻輸出LFM中頻信號(hào)。該信號(hào)在射頻前端與本振信號(hào)進(jìn)行混頻,形成毫米波段的線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào),然后放大,再通過射頻對消器后由天線發(fā)射。

圖1 毫米波防撞雷達(dá)系統(tǒng)組成原理框圖Fig.1 Composition of secondary assistant detect system

同時(shí),天線接收的目標(biāo)回波信號(hào),經(jīng)過射頻對消器后,由低噪聲放大器放大,再與一本振信號(hào)下混頻,得到的LFM中頻回波信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào),得到I/Q兩路視頻信號(hào)。I/Q信號(hào)經(jīng)低通濾波、高通濾波和視頻放大,送至信號(hào)處理單元。

信號(hào)處理單元對I/Q信號(hào)A/D采樣后,再進(jìn)行FFT及恒虛警處理,并進(jìn)行載機(jī)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。

數(shù)據(jù)處理單元對目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,對特征目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和標(biāo)識(shí),最后形成三維地形圖,并且將語音告警信號(hào)輸出到機(jī)內(nèi)通話器。

伺服單元控制天線對預(yù)定空域進(jìn)行快速掃描。

3 二線檢測系統(tǒng)主要技術(shù)功能、工作流程及測試系統(tǒng)總體要求

3.1 主要技術(shù)功能及工作流程

二線檢測設(shè)備包括以下主要功能:

(1)具有讀取毫米波防撞雷達(dá)整機(jī)自檢信息的功能;

(2)具有二線檢測設(shè)備自檢的功能;

(3)具有自動(dòng)和人工檢測毫米波防撞雷達(dá)各SRU性能的功能;

(4)具有對毫米波防撞雷達(dá)發(fā)射功率和接收靈敏度的測試功能;

(5)具有SRU檢測信息的顯示和判別功能。

二線檢測系統(tǒng)工作流程如下:

第一步在防撞雷達(dá)加電狀態(tài)下提取全部可提取BIT的待測單元的自檢信息(具有BIT自檢信息的有防撞雷達(dá)的電源、中視頻及頻綜、伺服控制、信號(hào)處理),初步判斷設(shè)備的故障情況;

第二步原則上是針對不具備BIT自檢信息的SRU單元(不具備BIT自檢信息的待測單元的有數(shù)據(jù)處理、圖像處理、接口控制)采用間接的方法來進(jìn)行檢測。

在第二步的測試過程中也加入了對已有BIT信息單元的檢測,第一可以驗(yàn)證其BIT信息的正確性,第二可以對不能獲取BIT信息的單元進(jìn)行功能驗(yàn)證[2]。

圖2是二線檢測設(shè)備的基本工作流程,在測試過程中需要測試人員的介入,作出選擇和確認(rèn)。測試儀根據(jù)測試人員所選的不同測試流程,分為自動(dòng)和人工測試流程,調(diào)用不同的測試資源進(jìn)行測試。圖中,DUT代表毫米波防撞雷達(dá)。

圖2 二線檢測工作流程圖Fig.2 Operating flow chart of secondary assistant detect system

3.2 測試系統(tǒng)總要求

測試系統(tǒng)的測試對象是毫米波防撞雷達(dá)。為判斷毫米波防撞雷達(dá)的工作狀態(tài)是否正常;通過測試?yán)走_(dá)各個(gè)分系統(tǒng)是否能夠準(zhǔn)確完成工作任務(wù)來判斷其內(nèi)部功能模塊的好壞。根據(jù)對毫米波防撞雷達(dá)的性能分析及目前自動(dòng)測試技術(shù)的發(fā)展,對毫米波防撞雷達(dá)二線檢測系統(tǒng)提出了如下測試要求:

(1)檢測毫米波防撞雷達(dá)發(fā)射功率,判斷毫米波防撞雷達(dá)毫米波前端功率發(fā)射支路的性能;

(2)在雷達(dá)天線輸入端饋入存儲(chǔ)延時(shí)信號(hào),測量毫米波防撞雷達(dá)接收機(jī)接收靈敏度,判斷毫米波防撞雷達(dá)接收機(jī)的性能;

(3)檢測天線伺服機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)是否正常;

(4)檢測信號(hào)處理工作狀態(tài)是否正常;

(5)檢測數(shù)據(jù)處理圖像顯示工作狀態(tài)是否正常;

(6)測試系統(tǒng)具有自檢功能;

(7)軟件具有良好的人機(jī)交互界面和在線幫助功能;

(8)檢測結(jié)果可存儲(chǔ)和打印。

4 二線檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

二線檢測設(shè)備由圖3實(shí)線框內(nèi)所示各部分組成,它們和毫米波防撞雷達(dá)以及測試接口共同構(gòu)成二線檢測系統(tǒng)。在功能上分為毫米波防撞雷達(dá)毫米波前端測試部分、天伺饋測試部分、信號(hào)處理測試部分、圖像處理測試部分、接口控制測試部分、系統(tǒng)控制處理、人機(jī)接口等部分。

圖3 二線檢測系統(tǒng)原理框圖Fig.3 Principium of secondary assistant detect system

毫米波防撞雷達(dá)毫米波前端測試部分包括上下變頻/解調(diào)、信號(hào)處理、功率及頻譜測試等,實(shí)現(xiàn)對毫米波防撞雷達(dá)發(fā)射功率的檢測以及目標(biāo)發(fā)現(xiàn)功能的檢測,如圖4所示。

圖4 毫米波防撞雷達(dá)毫米波前端測試原理圖Fig.4 DUT MMW channel test theory

毫米波防撞雷達(dá)天伺饋測試部分通過獨(dú)立RS422接口,可以對天線伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制,讀取天線伺服機(jī)構(gòu)自檢及回傳信息,完成其功能的檢測,如圖5所示。

圖5 毫米波防撞雷達(dá)天伺饋測試原理圖Fig.5 DUT antenna control test theory

毫米波防撞雷達(dá)信號(hào)處理測試部分通過獨(dú)立USB接口輸入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包,待其完成數(shù)據(jù)處理送出處理結(jié)果后,與正常狀態(tài)下相同數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行對比,完成其數(shù)據(jù)處理功能檢測。

毫米波防撞雷達(dá)圖像處理測試部分在毫米波防撞雷達(dá)加電初始,通過外接獨(dú)立顯示器可以觀察毫米波防撞雷達(dá)操作系統(tǒng)啟動(dòng)狀態(tài),還可以通過獨(dú)立以太網(wǎng)線送入毫米波防撞雷達(dá)圖像處理自檢命令,待其自檢完畢后根據(jù)自檢結(jié)果完成其顯示功能的測試,如圖6所示。

圖6 毫米波防撞雷達(dá)圖像處理測試原理圖Fig.6 DUT image manipulation test theory

毫米波防撞雷達(dá)接口控制測試部分的測試不能直接測量,通過ARINC429接口可以送入模擬慣導(dǎo)數(shù)據(jù),在外接顯示器上觀察是否有正確信息輸出,同時(shí)毫米波防撞雷達(dá)加電,通過天線伺服、信號(hào)處理、圖像顯示的控制命令回傳信息來綜合判斷接口部分的功能是否正常,如圖7所示。

圖7 毫米波防撞雷達(dá)接口控制測試原理圖Fig.7 DUT interface test theory

系統(tǒng)控制處理對各項(xiàng)測試命令進(jìn)行處理,轉(zhuǎn)化為各測試部分的測試命令代碼,收集個(gè)測試部分得到的測試結(jié)果進(jìn)行綜合處理并根據(jù)測試規(guī)則進(jìn)行判決,將結(jié)果上報(bào)人機(jī)接口供測試人員讀取。

人機(jī)接口包含觸摸顯示屏和鍵盤、指示燈、開關(guān)。主要功能包含測試指令輸入,測試結(jié)果顯示、設(shè)備狀態(tài)顯示等。

二線檢測系統(tǒng)是開放式的自動(dòng)測試系統(tǒng),開放式自動(dòng)測試系統(tǒng)具有信息共享的邏輯結(jié)構(gòu),這些測試信息能在測試的不同階段之間、內(nèi)部不同部件之間、測試系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)之間共享[3]。在構(gòu)建毫米波防撞雷達(dá)測試系統(tǒng)時(shí)采用成熟的系統(tǒng)控制機(jī)箱技術(shù):支持多家廠家硬件和軟件;其次,軟硬件配置可以多樣化,可以接插不同的功能模塊,可以靈活地進(jìn)行系統(tǒng)變更和升級(jí):第三,可用性高:支持容錯(cuò)冗余和熱插拔的模塊。既可以簡化系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì),又大大簡化了系統(tǒng)的組建過程,并且增加了系統(tǒng)的可靠性、兼容性和維護(hù)性,更易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化。

二線檢測系統(tǒng)采用基于PCI總線的儀器擴(kuò)展平臺(tái)方案,即采用PCI總線接口的工控機(jī),工控機(jī)內(nèi)部全部采用插卡式儀器模塊。與標(biāo)準(zhǔn)測試儀器組成的堆疊式系統(tǒng)相比,具有集成化程度高、數(shù)據(jù)交換速度快、體積小以及搭配靈活等優(yōu)勢[4]。

二線檢測系統(tǒng)軟件具有開放性,能夠根據(jù)新的被測設(shè)備需求,靈活地增加新的TPS。為此,采用框架式的軟件結(jié)構(gòu)把數(shù)據(jù)和測試流程分開[5]。頂層軟件包括系統(tǒng)控制處理模塊和人機(jī)接口模塊;中間層功能模塊包括毫米波前端測試、毫米波防撞雷達(dá)天伺饋測試、信號(hào)處理測試、圖像處理測試、接口測試;底層為測試接口。配置了滿足任務(wù)需求的測試板卡資源,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制、功能測量和通信模塊,完成了系統(tǒng)的硬件集成和軟件調(diào)試工作。

5 二線檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

二線檢測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 軟件結(jié)構(gòu)圖Fig.8 Software configuration

二線檢測設(shè)備檢測對象為雷達(dá),采用了以軟件為核心的測試機(jī)制,軟件設(shè)計(jì)采用了頂層化、模塊化的軟件框架結(jié)構(gòu),主要包含有測試任務(wù)流程、數(shù)據(jù)分析管理功能、測試系統(tǒng)自檢功能以及人機(jī)交互界面。

(1)測試流程

完成對被測雷達(dá)的不同的測試流程,包括自動(dòng)測試流程和手動(dòng)測試流程。

1)自動(dòng)測試流程

自動(dòng)測試流程一經(jīng)選擇,測試系統(tǒng)將按照固定測試順序自動(dòng)完成測試系統(tǒng)自檢、被測設(shè)備BIT信息提取、各獨(dú)立SRU測試的全過程,并且給出測試結(jié)果。

2)手動(dòng)測試流程

手動(dòng)測試流程即測試人員人工選擇需要進(jìn)行的測試項(xiàng)目,完成測試并獲得被測SRU的測試結(jié)果。

(2)分析數(shù)據(jù)功能

完成對毫米波防撞雷達(dá)測試數(shù)據(jù)的分析、管理,包括:

1)查詢毫米波防撞雷達(dá)的設(shè)備名稱、設(shè)備編號(hào)、毫米波防撞雷達(dá)多次的測試數(shù)據(jù);

2)瀏覽數(shù)據(jù):按毫米波防撞雷達(dá)設(shè)備編號(hào)、系統(tǒng)測試日期等方式顯示或打印測試結(jié)果、測試數(shù)據(jù)表格;

3)故障統(tǒng)計(jì):按毫米波防撞雷達(dá)的設(shè)備名稱、設(shè)備編號(hào)等關(guān)鍵字為索引將多次的測試結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)故障統(tǒng)計(jì)。

4)系統(tǒng)管理:包括測試人員帳號(hào)管理,系統(tǒng)登錄密碼、操作員權(quán)限、系統(tǒng)描述信息,保證測試系統(tǒng)的安全性和可管理性。

(3)測試系統(tǒng)自檢

測試系統(tǒng)自檢包括兩部分:

1)測試系統(tǒng)上電自檢,對計(jì)算機(jī)及系統(tǒng)控制卡和進(jìn)行復(fù)位和自檢,給出測試系統(tǒng)故障的信息;

2)用戶自檢,用戶對測試系統(tǒng)進(jìn)行自檢,可以顯示、打印和記錄自檢結(jié)果。

(4)在線幫助

用戶在測試設(shè)備使用過程中的產(chǎn)生疑難問題,在線幫助可以提供技術(shù)支持。

(5)人機(jī)交互界面

二線檢測系統(tǒng)的測試軟件時(shí)操作人員采用人機(jī)交互的方式完成操作,主要的人機(jī)界面有:開機(jī)界面、上電自檢界面、操作員合法性界面、測試主界面、被測目標(biāo)基本信息錄入界面、測試數(shù)據(jù)查詢界面、系統(tǒng)配置管理界面等。

開機(jī)界面:在二線檢測設(shè)備開機(jī)后,系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)測試界面,提示程序?qū)⑦M(jìn)入測試,給出“是否退出測試”的信息和選擇,等待操作員確認(rèn),在默認(rèn)設(shè)置時(shí)間內(nèi)無操作,程序自動(dòng)進(jìn)入操作員合法性界面。

上電自檢界面:在進(jìn)入測試主界面之前,自動(dòng)執(zhí)行二線檢測設(shè)備的上電自檢,并顯示二線檢測設(shè)備各單元的自檢結(jié)果。

操作員合法性界面:提示操作者輸入密碼并驗(yàn)證操作者的密碼是否合法,如操作者輸入的密碼合法,再確定操作者的權(quán)限。

測試主界面:操作者密碼合法,程序進(jìn)入測試主界面,測試、數(shù)據(jù)管理等操作均在該界面完成。

被測基本信息錄入界面:在執(zhí)行測試任務(wù)時(shí),首先出現(xiàn)的是被測基本信息錄入界面,提示輸入基本的被測設(shè)備信息。

數(shù)據(jù)查詢界面:在多次測試結(jié)果中,查詢測試過的雷達(dá)信息,并生成測試結(jié)果報(bào)表。

系統(tǒng)配置管理界面:配置和管理操作人員的密碼和使用權(quán)限。具有系統(tǒng)管理員權(quán)限的操作者才能打開該界面。

6 結(jié)束語

該毫米波防撞雷達(dá)二線檢測系統(tǒng)具有開機(jī)自檢測和操作員啟動(dòng)自檢測功能,能自動(dòng)完成正常的測試流程,并將故障隔離到獨(dú)立的模塊,測試結(jié)果可自動(dòng)顯示和打印。通過用戶單位的各項(xiàng)測試與使用,技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,操作簡便,故障隔離率高,反應(yīng)速度快。系統(tǒng)具有良好的操作性和可維護(hù)性,能夠完成毫米波防撞雷達(dá)性能指標(biāo)的自動(dòng)測試和故障診斷,解決了部隊(duì)對毫米波防撞雷達(dá)檢測維修的迫切需求,極大地提高了該型設(shè)備的維修保障水平,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益,為以后同類型的雷達(dá)二線檢測設(shè)備的研制提供了很好的借鑒。

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