夏 勇 尤 路 楊志謙

(中國電子科技集團(tuán)第38研究所 合肥 230031)

0 引言

以人工測(cè)試為主要手段的傳統(tǒng)測(cè)試方法，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前軍事電子裝備的維護(hù)保障要求。自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)正逐步成為地面情報(bào)雷達(dá)可靠運(yùn)行的必要保證，因此采用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備作為維護(hù)保障手段就成為必然的選擇。

地面情報(bào)雷達(dá)在國土防空中通常承擔(dān)著站崗放哨任務(wù)，因此要求探測(cè)到更高、更遠(yuǎn)的目標(biāo)，并具有目標(biāo)的分類和識(shí)別等能力［1］。它主要由天饋、發(fā)射、接收、信號(hào)處理、終端、監(jiān)控、伺服、電源等分系統(tǒng)組成［2］，組成框圖如圖1所示。

1 設(shè)計(jì)需求分析

1.1 天饋分系統(tǒng)

天饋分系統(tǒng)包括天線和饋線子系統(tǒng)，其主要技術(shù)指標(biāo)包括:電壓駐波比、饋線損耗、額定功率等［3］。由于天饋分系統(tǒng)主要在外場和微波暗室進(jìn)行測(cè)試，所以在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中一般不包含天饋分系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備。

圖1 地面情報(bào)雷達(dá)基本組成框圖

1.2 發(fā)射分系統(tǒng)

發(fā)射分系統(tǒng)中的被測(cè)單元(UUT)包括:前級(jí)組件、末級(jí)組件、射頻檢測(cè)等，主要屬于射頻電路和模擬電路單元。發(fā)射分系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)指標(biāo)包括:脈沖功率、發(fā)射頻率、脈沖重復(fù)頻率、脈沖包絡(luò)特性等。

1.3 接收分系統(tǒng)

接收分系統(tǒng)中的被測(cè)單元包括:接收機(jī)、一本振、二本振、頻率源等，主要屬于射頻電路和模擬電路單元。接收分系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)指標(biāo)包括:動(dòng)態(tài)范圍、鏡像頻率抑制度、工作帶寬和中心頻率、增益、靈敏度等。

1.4 信號(hào)處理分系統(tǒng)

信號(hào)處理分系統(tǒng)中的被測(cè)單元包括:脈沖壓縮、波束形成、濾波運(yùn)算、點(diǎn)跡處理、時(shí)序處理、恒虛警處理等，主要屬于數(shù)字電路單元。信號(hào)處理分系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)指標(biāo)包括:脈沖壓縮特性、雜波圖和恒虛警等。

1.5 終端分系統(tǒng)

終端分系統(tǒng)中的被測(cè)單元包括:通信接口、顯示接口、光柵顯示、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、檢測(cè)錄取、波控計(jì)算機(jī)等，主要屬于數(shù)字電路和模擬電路單元。終端分系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)指標(biāo)包括數(shù)據(jù)處理能力等。

1.6 監(jiān)控分系統(tǒng)

監(jiān)控分系統(tǒng)中的被測(cè)單元包括:遠(yuǎn)端測(cè)控、PIN接口、SD轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)理等，主要屬于數(shù)字電路單元。監(jiān)控分系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)指標(biāo)包括方位碼輸出功能等。

1.7 伺服分系統(tǒng)

伺服分系統(tǒng)中的被測(cè)單元包括:同步翻轉(zhuǎn)、伺服控制等，主要屬于數(shù)字電路和模擬電路單元。伺服分系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)指標(biāo)包括天線轉(zhuǎn)速等。

1.8 電源分系統(tǒng)

電源分系統(tǒng)中的被測(cè)單元包括:AC/DC電源、DC/DC電源等，主要屬于模擬電路單元。電源分系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)指標(biāo)包括:額定電壓、額定電流、輸出紋波等。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總線選擇

VXI總線具有擴(kuò)展能力強(qiáng)、傳輸速率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)，也是未來自動(dòng)測(cè)試設(shè)備使用的主流總線［4］，所以地面情報(bào)雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備以VXI總線設(shè)備為主，包括:控制機(jī)箱、零槽控制器、數(shù)字萬用表、數(shù)字IO等。某些大功率的測(cè)試儀表由于體積和散熱的原因，目前主要還是以基于GPIB總線形式為主［5］。地面情報(bào)雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備基本上都是作為固定設(shè)備使用，一般不需要進(jìn)行快速移動(dòng)和野外使用，對(duì)體積、重量的要求相對(duì)較低，所以從性價(jià)比的角度考慮，仍然選擇了一定數(shù)量的GPIB總線儀器。

因此，地面情報(bào)雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備最終采用了以VXI總線為主、GPIB總線為輔的混合總線形式。

2.2 組成概述

地面情報(bào)雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備主要包括:混合測(cè)試臺(tái)、射頻測(cè)試臺(tái)、控制臺(tái)、返修臺(tái)等。我們根據(jù)地面情報(bào)雷達(dá)被測(cè)單元的功率、功能等特點(diǎn)，劃分為數(shù)字電路、模擬電路、射頻電路等單元。針對(duì)不同的被測(cè)單元，由相應(yīng)的測(cè)試臺(tái)執(zhí)行自動(dòng)測(cè)試任務(wù)。

2.3 混合測(cè)試臺(tái)

混合測(cè)試臺(tái)主要有VXI測(cè)試組合(含零槽模塊、數(shù)字IO模塊、DA模塊、AD模塊、數(shù)字萬用表等)、程控電源設(shè)備、電子負(fù)載、數(shù)字示波器、任意波形發(fā)生器、JTAG轉(zhuǎn)換器等設(shè)備?；旌蠝y(cè)試臺(tái)提供數(shù)字電路單元、模擬電路單元的測(cè)試資源，可以通過JTAG轉(zhuǎn)換器對(duì)數(shù)字電路單元進(jìn)行邊界掃描測(cè)試，主要負(fù)責(zé)信號(hào)處理、監(jiān)控、終端、伺服、電源等分系統(tǒng)被測(cè)單元的測(cè)試工作。其組成框圖如圖2所示。

圖2 混合測(cè)試臺(tái)組成框圖

2.4 射頻測(cè)試臺(tái)

射頻測(cè)試臺(tái)主要有VXI測(cè)試組合(含零槽模塊、數(shù)字IO模塊、數(shù)字萬用表等)、程控電源、數(shù)字示波器、任意波形發(fā)生器、射頻信號(hào)源、頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、微波開關(guān)等設(shè)備。射頻測(cè)試臺(tái)提供射頻電路單元的測(cè)試資源，主要負(fù)責(zé)發(fā)射、接收等分系統(tǒng)被測(cè)單元的測(cè)試工作。其組成框圖如圖3所示。

圖3 射頻測(cè)試臺(tái)組成框圖

2.5 控制臺(tái)

控制臺(tái)是自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的控制中樞和人機(jī)交互的主要界面，主要由主控計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等組成。主控計(jì)算機(jī)包括顯示器、計(jì)算機(jī)主機(jī)、鍵盤及鼠標(biāo)等設(shè)備，提供 GPIB、LAN、VXI、USB等總線接口。還配有一臺(tái)UPS，可以在臨時(shí)斷電時(shí)給主控計(jì)算機(jī)供電。

2.6 維修臺(tái)

返修臺(tái)主要用于經(jīng)過測(cè)試臺(tái)檢測(cè)出故障并定位到器件的被測(cè)單元進(jìn)行元器件的拆除和更換。當(dāng)需要返修的高密度封裝器件使用手工工具無法實(shí)現(xiàn)返修時(shí)，可以使用返修臺(tái)，根據(jù)設(shè)定好的工藝參數(shù)進(jìn)行修理。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 具有人工智能的故障診斷策略

自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的主要功能是排除被測(cè)單元的故障，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)單元的可用性。因此，自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中所使用的故障診斷策略是自動(dòng)測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的發(fā)展，智能化故障診斷策略在自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中得到了推廣和應(yīng)用。

具有人工智能的故障診斷策略是指模擬人類的思維方式，將各種知識(shí)融入診斷過程，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于復(fù)雜設(shè)備的故障預(yù)測(cè)和診斷［6］。故障診斷分析系統(tǒng)主要由人機(jī)接口、知識(shí)獲取、診斷知識(shí)庫、用戶數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)等模塊組成，框圖如圖4所示。

圖4 人工智能診斷策略框圖

3.2 邊界掃描技術(shù)

隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，芯片的集成度越來越高，電路板的層數(shù)越來越多。電路板復(fù)雜性的增加給傳統(tǒng)的測(cè)試方法提出了嚴(yán)重挑戰(zhàn)，為了解決這些問題，聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組(JTAG)于1987年提出一種電路測(cè)試方法，稱為邊界掃描技術(shù)［7］。

邊界掃描技術(shù)的核心思想是通過在芯片管腳和芯片內(nèi)部邏輯電路之間增加由移位寄存器構(gòu)成的邊界掃描單元，實(shí)現(xiàn)測(cè)試向量的加載以及測(cè)試響應(yīng)向量的捕獲［8］。邊界掃描測(cè)試的典型流程包括:掃描鏈測(cè)試、互聯(lián)測(cè)試和存儲(chǔ)器測(cè)試等。

邊界掃描測(cè)試系統(tǒng)由軟件和硬件設(shè)備組成。硬件包括邊界掃描測(cè)試控制器和以太網(wǎng)接口。軟件采用層次化和結(jié)構(gòu)化的思想，自頂向下劃分模塊，包括輸入處理模塊、功能處理模塊、輸出處理模塊，又可以具體劃分為信息輸入、文本編譯、故障診斷、測(cè)試學(xué)習(xí)、測(cè)試數(shù)據(jù)等軟件子模塊。其軟件模塊組成框圖如圖5所示。

圖5 邊界掃描軟件組成框圖

4 結(jié)束語

自動(dòng)測(cè)試設(shè)備已經(jīng)成為地面情報(bào)雷達(dá)的重要組成部分，是保障其修理、維護(hù)的基本手段，同時(shí)也是雷達(dá)裝備發(fā)揮威力的保障，對(duì)提高部隊(duì)裝備水平和作戰(zhàn)能力具有重要的意義?？傊詣?dòng)測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣泛，對(duì)其研究具有非常重要的實(shí)際意義。

［1］吳道慶.地面對(duì)空情報(bào)三坐標(biāo)雷達(dá)技術(shù)發(fā)展研究［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2008，30(11):1－4.

［2］夏勇.地面情報(bào)雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究［D］.北京:北京航空航天大學(xué)，2012.

［3］丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2006:1－10.

［4］劉勁松.基于VXI總線技術(shù)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2008.

［5］曹乃森，王春光，劉秀娟.基于PXI總線的機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010，23(6):122－124.

［6］李云松，任艷君.智能診斷技術(shù)發(fā)展綜述［J］.四川軍工學(xué)報(bào)，2010，31(4):122－125.

［7］曲偉.基于IEEE1149標(biāo)準(zhǔn)的電子裝備可測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)研究［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18(12):2710－2712.

［8］李彬，張強(qiáng)，任焜，唐寧.航天器可測(cè)試性設(shè)計(jì)研究［J］.空間控制技術(shù)與應(yīng)用，2010，36(5):13－17.