呂浩然，孫 凱

(西安電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安710071)

雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試貫穿于雷達(dá)研制過(guò)程中的各個(gè)階段，其對(duì)于確保設(shè)計(jì)合理、節(jié)約生產(chǎn)調(diào)試成本，提高雷達(dá)的自我保障能力，使雷達(dá)系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)，充分發(fā)揮雷達(dá)系統(tǒng)的戰(zhàn)斗力具有重要作用。

隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，測(cè)試?yán)碚摗⒎椒?、領(lǐng)域和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化?，F(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展要求測(cè)試系統(tǒng)的功能全、精度高、體積小、重量輕、通用性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性好、可靠性高。而外場(chǎng)測(cè)試是檢驗(yàn)雷達(dá)系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要測(cè)試內(nèi)容，因此基于LabWindows/CVI平臺(tái)研制了便攜式雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)，能夠滿(mǎn)足使用者在實(shí)驗(yàn)室和外場(chǎng)測(cè)試的需要。系統(tǒng)具有雷達(dá)信號(hào)采集、信號(hào)記錄、信號(hào)分析、重要指標(biāo)檢驗(yàn)以及形成測(cè)試性能報(bào)告等功能。

1 測(cè)試系統(tǒng)總體框架

為滿(mǎn)足系統(tǒng)便攜式及可靠性的要求，采用安捷倫M9018A高性能便攜式PXI平臺(tái)，安捷倫M9392數(shù)據(jù)采集卡以及相應(yīng)測(cè)試軟件，以滿(mǎn)足測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室或者外場(chǎng)的需求。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 便攜式雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架

系統(tǒng)分為:(1)硬件數(shù)據(jù)采集部分，其中由PXI機(jī)箱和內(nèi)嵌采集板卡系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)采集功能，通過(guò)Y1200A PXIe電纜和M9047 PXIe適配器將采集的數(shù)據(jù)送到上位機(jī)。(2)由上位機(jī)和開(kāi)發(fā)的測(cè)試軟件組成，其作用是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，并將測(cè)量結(jié)果記錄下來(lái)給出評(píng)估報(bào)告。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹

便攜式雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)的軟件采用NI公司的LabWindows/CVI進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)［1］。其定位于面向計(jì)算機(jī)測(cè)試領(lǐng)域的虛擬軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以ANSIC為核心的交互式虛擬儀器為開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以快捷地進(jìn)行虛擬測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)。

2.2 軟件需求分析

便攜式雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目的是建立一個(gè)方便、可靠、快捷的雷達(dá)性能測(cè)試平臺(tái)，主要應(yīng)用于雷達(dá)外場(chǎng)測(cè)試，故在設(shè)計(jì)過(guò)程中其專(zhuān)用性需要突出，即可以便捷地對(duì)雷達(dá)信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行分析檢驗(yàn)，除此之外還設(shè)計(jì)了一般信號(hào)的測(cè)量和觀察功能［2］。經(jīng)分析，具體需求如下:(1)能夠準(zhǔn)確測(cè)量相應(yīng)雷達(dá)信號(hào)參數(shù)。(2)具有設(shè)備自檢功能。(3)測(cè)試數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)存儲(chǔ)、顯示。(4)豐富的分析處理功能，具有時(shí)域、頻域以及時(shí)頻域顯示能力。(5)較為人性化的用戶(hù)界面。(6)具有查看結(jié)果、打印以及報(bào)表生成等功能。

軟件運(yùn)行流程，如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

專(zhuān)用模式軟件設(shè)計(jì)界面，如圖3所示。

圖3 專(zhuān)用模式設(shè)計(jì)界面

專(zhuān)用模式界面由兩部分構(gòu)成:(1)波形顯示控件，即圖3中的兩個(gè)graph控件，頂部控件為全景圖，顯示采集數(shù)據(jù)的波形。下面的graph窗口根據(jù)參數(shù)測(cè)試的需要，自動(dòng)調(diào)整為時(shí)域，頻域或者時(shí)頻域顯示窗口。在每個(gè)窗口上方設(shè)計(jì)有輔助顯示工具，如光標(biāo)、時(shí)間頻率位置顯示、波形縮放等，并根據(jù)實(shí)際情況自由控制輔助工具的出現(xiàn)與否。(2)測(cè)量控制部分。按照功能劃分為參數(shù)配置、硬件設(shè)置、測(cè)量設(shè)置、狀態(tài)顯示、存儲(chǔ)、模式切換，測(cè)量參數(shù)列表，以及報(bào)告分析等小功能模塊［6］。

2.3 信號(hào)采集

采用安捷倫M9392矢量信號(hào)分析儀作為前端數(shù)據(jù)采集和處理，其有5個(gè)模塊部分組成:(1)M9211A PXIe中頻數(shù)字化模塊。(2)M9302A PXI本振模塊。(3)M9360A PXI預(yù)選/衰減模塊。(4)M9361A PXI微波頻段(2.75～26.5 GHz)下變頻模塊。(5)M9351A PXI射頻頻段(50 MHz～2.75 GHz)下變頻模塊。

系統(tǒng)測(cè)試信號(hào)頻率范圍為100 Hz～26.5 GHz，并根據(jù)采集信號(hào)頻率不同，分為3個(gè)信號(hào)通道路徑:直通，射頻通路和微波通路。其中，直通路徑信號(hào)頻率為100 Hz～625 MHz，射頻通路信號(hào)頻率為625 Hz～2.75 GHz，微波通路信號(hào)頻率為2.75～26.5 GHz。具體采集過(guò)程如下:啟動(dòng)采集儀和測(cè)試軟件后，設(shè)計(jì)程序會(huì)自動(dòng)對(duì)信號(hào)采集設(shè)備進(jìn)行初始化，然后根據(jù)測(cè)試信號(hào)頻率的大小在軟件界面中硬件設(shè)置模塊進(jìn)行相應(yīng)的通道路徑選擇，并通過(guò)調(diào)用函數(shù)AGMD1_ConfigureAcquisition()設(shè)置采樣頻率和采樣深度等信息后，通過(guò)函數(shù)AGMD1_ReadWaveformReal64()進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

3 系統(tǒng)測(cè)量功能的實(shí)現(xiàn)

雷達(dá)參數(shù)測(cè)量功能是便攜式雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)的重要功能部分，其主要任務(wù)是將采集得到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行分析處理，依照測(cè)試參數(shù)的不同對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和人工手動(dòng)測(cè)量，并生成數(shù)據(jù)報(bào)表和分析報(bào)告。

3.1 模擬信號(hào)的中心頻率測(cè)量分析

模擬信號(hào)(采樣頻率1 GHz;采樣時(shí)間4 ms):(1)信號(hào)類(lèi)型:線性調(diào)頻信號(hào)。(2)信號(hào)參數(shù):被測(cè)信號(hào)帶寬40 MHz;中心頻率420 MHz;跨度設(shè)置為150 MHz。

模擬的線性調(diào)頻信號(hào)在全景graph中得到顯示，并根據(jù)參數(shù)的實(shí)際情況顯示窗口自動(dòng)調(diào)整為頻域顯示界面，首先用輔助測(cè)量的光標(biāo)在全景圖中選定一個(gè)脈沖，然后在測(cè)量參數(shù)列表中選中發(fā)射機(jī)脈沖帶寬測(cè)量選項(xiàng)，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 信號(hào)帶寬測(cè)量界面

通過(guò)圖4可以看出，所測(cè)信號(hào)帶寬結(jié)果為40.4 MHz與理論值存在約1%的誤差，此誤差在允許范圍內(nèi)。

3.2 發(fā)射脈沖重復(fù)周期和參差比測(cè)量

(1)測(cè)量方法。準(zhǔn)確計(jì)算脈沖的到達(dá)時(shí)間TOA是分析脈沖重復(fù)周期的關(guān)鍵，在發(fā)射機(jī)的測(cè)量過(guò)程中，由于信噪比較高，所以獲得準(zhǔn)確的到達(dá)時(shí)間，程序不必設(shè)計(jì)復(fù)雜算法［4］。在檢測(cè)TOA前對(duì)采集信號(hào)先做5點(diǎn)平滑濾波，再做適當(dāng)?shù)拈T(mén)限檢測(cè)可以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

5點(diǎn)平滑濾波和門(mén)限檢測(cè)如下

其中，HT為檢測(cè)門(mén)限;nis為上升沿時(shí)刻;im為檢測(cè)到的脈沖數(shù)。

脈沖重復(fù)周期及參差比計(jì)算方法:假設(shè)所測(cè)信號(hào)的最高參差階數(shù)為5階，由TOA計(jì)算每個(gè)脈沖間隔τi，i=0，1，…，im，將τi依次分發(fā)給in=5，4，3，2，1個(gè)數(shù)組，每個(gè)數(shù)組大小為im/in，循環(huán)分發(fā)，直至完全發(fā)完。分別計(jì)算5種情況下每個(gè)數(shù)組的方差，并求和，從5種情況中找出最小求和結(jié)果in。參差個(gè)數(shù)即為in，參差序列即為in下的in個(gè)數(shù)組內(nèi)平均值。脈沖重復(fù)周期即為in個(gè)數(shù)組下平均值求和值，抖動(dòng)即為每個(gè)im/in個(gè)脈沖重復(fù)周期的方差。其流程圖如圖5所示。

圖5 脈沖測(cè)量算法流程圖

(2)可測(cè)參數(shù)。脈沖重復(fù)周期;脈沖重復(fù)周期個(gè)數(shù);脈沖重復(fù)周期參差比;脈沖重復(fù)周期均值;脈沖重復(fù)周期抖動(dòng)。

(3)測(cè)量方式。1)手動(dòng)測(cè)量:使能時(shí)域分析光標(biāo)后，通過(guò)操作光標(biāo)1、2可測(cè)量脈沖間隔等。2)自動(dòng)測(cè)量:由算法直接給出測(cè)量結(jié)果。

(4)所模擬測(cè)量信號(hào)。1)輸入信號(hào)類(lèi)型:線性調(diào)頻信號(hào)。2)輸入信號(hào)參數(shù):脈沖寬度10μs;重復(fù)周期100μs;重復(fù)周期參差比5∶3∶2;脈沖個(gè)數(shù)120;下變頻信號(hào)起始頻率400 MHz;參差信號(hào)帶寬40 MHz，50 MHz，60 MHz;調(diào)頻斜率4e12 MHz/s，5e12 MHz/s，6e12 MHz/s。

圖6為自動(dòng)測(cè)量得到的脈沖重復(fù)周期及參差等參數(shù)的測(cè)量圖，其參數(shù)測(cè)量結(jié)果顯示在時(shí)域圖的左上方，所測(cè)得的脈沖周期為100μs，與理論值一致。當(dāng)測(cè)量環(huán)境較惡劣時(shí)，即噪聲影響較大，可選用手動(dòng)測(cè)量進(jìn)行人工干預(yù)，由此得到較好的測(cè)量結(jié)果。使能光標(biāo)測(cè)量功能，可通過(guò)光標(biāo)1、2測(cè)量脈沖的重復(fù)周期，如圖7所示。

圖6 發(fā)射脈沖重復(fù)周期及參差比

測(cè)量的結(jié)果顯示在時(shí)域圖右上方框中，顯示的重復(fù)周期為100.40μs，測(cè)量誤差0.4%。

圖7 發(fā)射脈沖重復(fù)周期

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹了基于LabWindows/CVI的便攜式雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)，在利用LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，結(jié)合安捷倫M9392數(shù)據(jù)采集儀，完成了多種信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)分析，根據(jù)實(shí)際情況，在測(cè)量過(guò)程中可以選擇自動(dòng)或人工測(cè)量，前者測(cè)量效率高，后者適用于信號(hào)信噪比低自動(dòng)測(cè)量準(zhǔn)確度不高的情況，在雷達(dá)參數(shù)測(cè)試完成后給出相應(yīng)參數(shù)測(cè)量分析和性能評(píng)估報(bào)告。實(shí)際使用結(jié)果表明，測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行良好、數(shù)據(jù)采集可靠、分析功能穩(wěn)定、可以滿(mǎn)足多種雷達(dá)信號(hào)的采集和分析需要。

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