摘 要： 根據(jù)某型無線電雷達(dá)高度表二線檢測儀技術(shù)性能及使用要求，介紹了以工控機計算機和PXI總線為系統(tǒng)核心而研制的綜合檢測系統(tǒng)，包括該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)組成和各模塊的設(shè)計思路。通過凌華PCI?9112多功能高速數(shù)據(jù)采集卡和信號調(diào)理電路對檢測信號進行采集處理，完成了微波組件和控制電路以及檢測系統(tǒng)的上位機軟件的設(shè)計。該設(shè)計實現(xiàn)了簡便友好的人機交互系統(tǒng)，已經(jīng)在航空檢測中使用并驗證具有很高的實用價值。

關(guān)鍵字： 高度表； PXI總線； 模擬距離； 模擬速率

中圖分類號： TN964?34； TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）01?0031?03

0 引 言

無線電雷達(dá)高度表是一種常用在航天、航空等領(lǐng)域中的技術(shù)復(fù)雜的無線電設(shè)備。它裝配在飛行設(shè)備上用于測量和顯示其與地面之間高度的設(shè)備，其性能決定了航空縱向航路控制的品質(zhì)。根據(jù)教學(xué)、訓(xùn)練需要，保證無線電雷達(dá)高度表的測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，就必須對其進行定期的檢定和檢測，以便發(fā)現(xiàn)問題排除故障。因此，按照科研、院校對無線電雷達(dá)高度表的檢測要求和二線測試、維修的需要而研制的檢測設(shè)備，能夠完成該型無線電雷達(dá)高度表收發(fā)機和動圈式指示器、伺服式指示器的測試，并有判斷、隔離的功能。

1 檢測儀系統(tǒng)的組成

由于本檢測系統(tǒng)主要針對機載無線電雷達(dá)高度表的性能檢測，為航天裝備修理服務(wù)，并考慮到要覆蓋其他機種的各種型號，被測對象的可檢測性較差等特點，該檢測儀采用PCI總線在儀器領(lǐng)域擴展的PXI總線技術(shù)，穩(wěn)定性高、功能完善、總線速度快的虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)。選用PXI通用檢測模塊凌華數(shù)據(jù)采集卡PCI?9112，PCI?9112是基于32位PXI總線主控功能的PCI總線的即插即用PCI卡，廣泛用于Linux和Windows下的數(shù)據(jù)采集，支持VC++、Delphi、VB等多種編程語言，具有16通道12位模擬輸入，2通道12位模擬量輸出，采樣頻率可達(dá)110 kHz的A/D采樣頻率。該系統(tǒng)在研制專用的檢測適配器，編寫完善的軟件系統(tǒng)，以此來構(gòu)成綜合檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)由距離速率模擬器、微波模塊、控制模塊、電壓采集與輸出部分、系統(tǒng)軟件，控制臺六部分組成，其總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 檢測儀硬件設(shè)計

2.1 模擬距離

模擬距離部分由計數(shù)器、波形產(chǎn)生、波形整形三部分組成，工作流程如圖2所示。

計數(shù)器部分采用50 MHz的晶體振蕩器分別在計數(shù)器三個通道的時鐘輸入端輸入。由單片機控制信號控制計數(shù)器的開啟和關(guān)閉，計數(shù)器預(yù)先置為計數(shù)方式，計數(shù)值已預(yù)先設(shè)置，當(dāng)計數(shù)器計到計數(shù)值時，便輸出一個正向脈沖。計數(shù)器通道0作為T0脈沖源，計數(shù)器通道1作為Tx脈沖源。T0、Tx脈沖重復(fù)頻率為10 kHz，計數(shù)器計數(shù)值為5 000，其周期正好為100 μs。兩計數(shù)器通道輸出脈沖的時間間隔表示了高度的數(shù)值。

圖1 某型無線電高度表綜合檢測儀結(jié)構(gòu)圖

圖2 模擬距離、速率工作原理圖

波形產(chǎn)生部分，由計數(shù)器部分產(chǎn)生負(fù)向脈沖到54F221芯片，經(jīng)過調(diào)整電位器可產(chǎn)生寬度可調(diào)，同步的正向脈沖。

波形整形部分，從波形產(chǎn)生器產(chǎn)生的正、負(fù)向脈沖，前沿不滿足技術(shù)指標(biāo)的要求，經(jīng)過高速器件的整形，使脈沖的上升沿和寬度均滿足了要求，并且幅度可調(diào)，工作原理如圖3所示，輸入的波形分為兩路，一路經(jīng)非門延遲一定時間，另一路直接到與門和延遲的波形相與，由于54F04、54F08均為高速器件，創(chuàng)建時間僅為納秒級，所以相與后的前沿時間極小，出來的波形經(jīng)小功率三極管放大后，輸出到設(shè)備端口。

圖3 波形整形示意圖

2.2 模擬速率的設(shè)計

模擬速率部分由快鋸齒波、慢鋸齒波、波形產(chǎn)生、波形整形及功率放大五部分組成，工作流程如圖4所示。

圖4 模擬速率原理圖

快速鋸齒波產(chǎn)生部分，單片機控制計數(shù)器的開啟，當(dāng)單片機置計數(shù)器為允許計數(shù)后，計數(shù)器開始對20 MHz信號計數(shù)，當(dāng)計滿255個數(shù)后，進位信號經(jīng)過或門到D觸發(fā)器，使觸發(fā)器產(chǎn)生一高電平使計數(shù)器清零，等待下一個允許計數(shù)信號，計數(shù)器輸出端接在高速存儲器的地址端，存儲器依次存儲了從0～255的數(shù)值，當(dāng)計數(shù)器開始計數(shù)時，其計數(shù)輸出端使輸出從0～255地址單元依次輸出，即輸出數(shù)據(jù)也為0～255，該數(shù)據(jù)接在PXI總線上通過PCI?9112使得輸出的模擬信號也從小到大依次變化，產(chǎn)生一個高速的鋸齒波，鋸齒波長度為12.8 μs，重復(fù)頻率由計數(shù)通道2控制，通道2的輸出波形周期為100 μs，所以便產(chǎn)生了一個重復(fù)頻率為100 μs的快鋸齒波。

慢鋸齒波的產(chǎn)生，由PCI?9112卡中的12位DAC芯片根據(jù)單片機的控制輸出模擬信號，DAC芯片的輸入數(shù)據(jù)從0～4 095依次增加時，輸出一個鋸齒波，輸入數(shù)據(jù)速度快，輸出波形的斜率變大的慢鋸齒波。

Tx的產(chǎn)生，快、慢鋸齒波輸出到比較器的兩端輸入端，當(dāng)慢鋸齒波電壓高于快鋸齒波電壓時，輸出低電平，當(dāng)快、慢鋸齒波電平相等時，輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑撎冄亟?jīng)波形產(chǎn)生電路使生成一個寬度受控制的脈沖，即為Tx脈沖，慢鋸齒波幅度逐漸增加或減小，Tx相對T0的延遲使增加或減小，從而模擬了高度的增加或減小，而慢鋸齒波斜率的大小，模擬了飛機上升或下降的快慢。工作原理如圖4所示。

2.3 微波模塊的設(shè)計

微波模塊主要由微波開關(guān)、程控衰減器、延遲線等部件組成。微波模塊是用于構(gòu)成雷達(dá)高度表在實驗室環(huán)境下的一個射頻控制通道，即對雷達(dá)高度表輸出的信號進行衰減延遲后將信號送到高度表接收端，是高度表測試的關(guān)鍵部分。通過對微波通道的控制可以判斷發(fā)射機的發(fā)射功率是否符合指標(biāo)以及檢測接收機在低高度和高高度的靈敏度，其測量連接如圖5所示。

2.4 控制模塊的設(shè)計

檢測控制器主要由電源控制電路、狀態(tài)控制電路和輸出電路組成，現(xiàn)將其主要電路的工作原理介紹如下：

圖5 微波模塊連接框圖

電源控制電路由交流115 V和直流27 V電源輸入接口控制。通過本電路可以把高度表系統(tǒng)所需的交、直流電壓輸給其收發(fā)機和指示器，并能對收發(fā)機、指示器所消耗的27 V電源加到收發(fā)機上并控制收發(fā)機單獨工作，而不需要115 V電源。在對收發(fā)機和指示器進行檢測和調(diào)整時，通過本電路把兩者交連并可利用指示器上的電源開關(guān)，控制交流115 V來接通整個系統(tǒng)的電源，同時控制收發(fā)機和指示器工作。

狀態(tài)控制電路主要用于控制雷達(dá)高度表的工作狀態(tài)，選擇對動圈式或者伺服式指示器的檢測，以及測量系統(tǒng)要求的電壓。檢測儀根據(jù)測試要求把檢測到的電壓接通到調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器和PXI系統(tǒng)總線。調(diào)理電路首先根據(jù)檢測對象變換量程，使其在A/D轉(zhuǎn)換器的變換范圍之內(nèi)，變換后的數(shù)字信號經(jīng)過處理由系統(tǒng)軟件換算成實際的電壓值進行顯示。因此通過本檢測儀可對該型雷達(dá)高度表系統(tǒng)進行全面的測試。

采集與輸出電壓部分通過PCI?9112高速數(shù)據(jù)采集卡。當(dāng)采集正電壓時，經(jīng)過繼電器的選擇，從分壓電阻出來的電壓經(jīng)PXI總線輸入到凌華9112卡，把輸入的信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后，供上位機讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)需要電壓輸出時，輸出電路按照系統(tǒng)要求輸出-40～0 V和0～20 V電壓信號，通過在上位機軟件設(shè)置電壓值，軟件通過PXI總線，經(jīng)過PCI?9112卡，在信號調(diào)理電路控制下產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)過運算放大器放大產(chǎn)生系統(tǒng)需要的測量電壓。

3 檢測儀系統(tǒng)軟件設(shè)計

滿足檢測系統(tǒng)的具有完善的自檢功能，軟件具有自測性，采樣、輸出部分是通過凌華數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)用程序開發(fā)包的基礎(chǔ)上通過上位機軟件完成人機對話、顯示測量數(shù)據(jù)、完成工作狀態(tài)的控制、自動測試選擇的項目、查詢打印測試結(jié)果等。該檢測儀采用在LabWindows/CVI環(huán)境中開發(fā)，在Windows XP平臺下運行方便可靠，主控程序流程圖如圖6所示。檢測程序需要包括工作狀態(tài)檢測子程序，高度檢測子程序等。自動檢測程序則是將各個手動檢測子程序全部依次執(zhí)行一遍，方便操作編程簡單。如圖7所示為模擬距離測試子程序流程圖。該系統(tǒng)軟件特點：采用圖形化的功能菜單和虛擬化的儀器控制面板，模塊化配置，擴展靈活，便于更換和維修，軟件結(jié)構(gòu)可重復(fù)應(yīng)用，檢測設(shè)備可互換，而且極大地降低了成本。

圖6 主控程序流程圖

圖7 模擬距離測試子程序

4 運行結(jié)果

無線電雷達(dá)高度表綜合檢測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)簡單，采用模塊化配置，擴展靈活，軟件結(jié)構(gòu)可重復(fù)應(yīng)用，檢測設(shè)備可互換，而且極大地降低了成本。經(jīng)過對被測對象的嚴(yán)格測試運行，該系統(tǒng)工作正常，該系統(tǒng)上位機運行界面如圖8所示。

圖8 上位機軟件運行界面

5 結(jié) 論

通過對某型無電線雷達(dá)高度表檢測儀器的研究設(shè)計，確保了其測量高度的準(zhǔn)確度和精度，改善了測量的工作環(huán)境，通過數(shù)字化、軟件化實現(xiàn)儀器虛擬化，系統(tǒng)集成了某型雷達(dá)高度表設(shè)備檢測所需全部儀器的功能，PXI總線嵌入式計算機，具有友好的人?機接口使學(xué)習(xí)使用變得容易，對于各種檢測系統(tǒng)的設(shè)計有很強的實用性，非常適用于組建軍用的復(fù)雜ATE系統(tǒng)。

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