杜 江，房海華（.葫蘆島市985部隊(duì)，遼寧，500；.中國航空工業(yè)集團(tuán)公司上海航空測(cè)控技術(shù)研究所，上海，060）

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用于雷達(dá)故障診斷的綜合信號(hào)源設(shè)計(jì)方案研究

杜 江1，房海華2
（1.葫蘆島市91851部隊(duì)，遼寧，125001；2.中國航空工業(yè)集團(tuán)公司上海航空測(cè)控技術(shù)研究所，上海，201601）

摘 要：為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)故障定位與診斷，本文采用模塊化構(gòu)建方法，設(shè)計(jì)了一種綜合信號(hào)源，可產(chǎn)生一系列時(shí)序，具有關(guān)系復(fù)雜、特征靈活多變的回波信號(hào)和多個(gè)波門信號(hào)，滿足雷達(dá)故障診斷的實(shí)際需要。本綜合信號(hào)源具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)故障診斷；信號(hào)源；回波；波門信號(hào)

引言

在雷達(dá)故障定位與診斷時(shí)，需要向待檢測(cè)的雷達(dá)或其分機(jī)部件提供特定的激勵(lì)信號(hào)，以檢測(cè)雷達(dá)或其分機(jī)部件在該激勵(lì)下的回波信號(hào)等，以確定故障情況。在電路板級(jí)的故障診斷時(shí)，激勵(lì)信號(hào)除了回波信號(hào)外，還可能包括上一級(jí)電路輸出的在時(shí)序上相關(guān)的眾多波門信號(hào)，如距離波門、雜波門、閉塞波門［1］等。傳統(tǒng)雷達(dá)信號(hào)源一般側(cè)重于回波信號(hào)的產(chǎn)生，輸出通道數(shù)量較少，不具備同時(shí)輸出眾多波門信號(hào)的能力，難以滿足電路板級(jí)故障診斷的需要。在故障診斷的實(shí)際工作中，往往需要若干個(gè)信號(hào)源連接成復(fù)雜的同步、觸發(fā)關(guān)系，它們之間協(xié)同工作，才能產(chǎn)生特定的信號(hào)組合用于診斷，系統(tǒng)較為復(fù)雜，成本較高。

本文提出了一種用于雷達(dá)故障診斷的綜合信號(hào)源的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，可產(chǎn)生雷達(dá)電路板級(jí)故障診斷所需時(shí)序關(guān)系復(fù)雜的眾多信號(hào)，產(chǎn)生的信號(hào)形式既可以是連續(xù)信號(hào)，又可以是連續(xù)個(gè)數(shù)和中斷個(gè)數(shù)可設(shè)定的斷續(xù)信號(hào)，滿足雷達(dá)故障診斷的實(shí)際需求。

1 設(shè)計(jì)原理

信號(hào)是信息的物理表現(xiàn)形式。作為傳遞信息的載體，具有各種屬性特征（如不同的頻率、幅值、極性）［2］。采用信號(hào)分解的方法，將這些屬性特征進(jìn)行適當(dāng)分類處理，分解為一系列具有單一屬性特征的分量之和，設(shè)計(jì)若干基本電路模塊與這些單一特征對(duì)應(yīng)，通過模塊內(nèi)部參數(shù)的調(diào)整以及模塊之間的組合關(guān)系的變化可實(shí)現(xiàn)信號(hào)復(fù)合特征的模擬與生成。

這種特征分解與模塊級(jí)聯(lián)的信號(hào)產(chǎn)生方法化繁為簡(jiǎn)，將雷達(dá)故障診斷所需信號(hào)的特征分解到各個(gè)模塊，降低了設(shè)計(jì)難度，使雷達(dá)故障診斷所需信號(hào)可以按照統(tǒng)一的模式來生成。

2 基本功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)故障診斷的實(shí)際需要，基本功能模塊可劃分為振源、緩沖、延時(shí)、調(diào)寬和輸出模塊五種。下面分別介紹振源模塊、緩沖模塊等五大模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。

2.1 振源模塊設(shè)計(jì)

振源模塊的功能是產(chǎn)生一定頻率的基準(zhǔn)方波信號(hào)，具有同步關(guān)系的脈沖信號(hào)可共用一個(gè)振源模塊。振源電路由時(shí)基電路IC1、反相器IC2、電阻R1、電容C1、電容C2、電位器RP1組成。時(shí)基電路IC1可采用NE555芯片。振源模塊振蕩頻率T1如公式（1）［3，4］所示：

通過選定電容C1的容值、電阻R1的阻值，以及調(diào)節(jié)電位器RP1的滑動(dòng)端位置可精確調(diào)節(jié)基準(zhǔn)方波信號(hào)的周期T1，電路原理如圖1所示。

2.2 緩沖模塊設(shè)計(jì)

圖1 振源模塊電路原理圖

緩沖模塊的功能是提高振源模塊輸出的基準(zhǔn)方波信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。緩沖模塊電路由與門IC3和電阻R2組成，與門IC3的1Y為輸出端，輸出驅(qū)動(dòng)后的基準(zhǔn)方波信號(hào)，電路原理如圖2所示。

圖2 振源模塊電路原理圖

2.3 延時(shí)模塊設(shè)計(jì)

延時(shí)模塊的功能是對(duì)緩沖后的基準(zhǔn)方波信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，用以調(diào)節(jié)各脈沖信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。延時(shí)電路由單穩(wěn)觸發(fā)器IC4、電位器RP2、電容C3組成，單穩(wěn)觸發(fā)器IC4可采用74121芯片實(shí)現(xiàn)，電路原理如圖3所示。

延時(shí)電路產(chǎn)生的延時(shí)時(shí)間T2由公式（2）所示，通過選定電容C3和調(diào)節(jié)電位器PR2滑動(dòng)端的位置可精確調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間。

式中T2單位為秒；RP2單位為歐姆；C3單位為pF。

圖3 延時(shí)模塊電路原理圖

2.4 調(diào)寬模塊設(shè)計(jì)

調(diào)寬模塊的功能是調(diào)節(jié)以輸入觸發(fā)信號(hào)為起點(diǎn)的輸出信號(hào)的脈寬。調(diào)寬模塊從電路形式上與延時(shí)模塊基本相同，由單穩(wěn)觸發(fā)器IC4'、電位器RP2'、電容C3'組成。單穩(wěn)觸發(fā)器IC4'的正觸發(fā)輸入端（5腳）為該電路的輸入端。該電路的輸出端有兩個(gè)，單穩(wěn)觸發(fā)器IC4'的負(fù)脈沖輸出端Q（1腳）為該電路的負(fù)脈沖輸出端；單穩(wěn)觸發(fā)器IC4'的正脈沖輸出端Q（6腳）為該電路的正脈沖輸出端。調(diào)節(jié)電位器PR2'滑動(dòng)端的位置可精確調(diào)寬時(shí)間。調(diào)寬模塊電路原理如圖4所示。

圖4 調(diào)寬模塊電路原理圖

2.5 輸出模塊設(shè)計(jì)

輸出模塊分正脈沖輸出和負(fù)脈沖輸出兩類，根據(jù)輸出脈沖的極性來進(jìn)行選擇。例如對(duì)于同步脈沖，則選用正脈沖輸出的輸出電路，對(duì)于雜波門、閉塞波門等，選用負(fù)脈沖輸出的輸出電路。輸出模塊電路原理如圖5所示。

圖5 輸出模塊原理圖

3 基本模塊的變換擴(kuò)展

基本功能模塊具有擴(kuò)展性，經(jīng)適當(dāng)變化就可產(chǎn)生新的功能模塊，適應(yīng)性較寬。在調(diào)寬模塊上增加調(diào)寬范圍分段選擇功能后，可變成多檔位調(diào)寬模塊；緩沖模塊增加對(duì)輸入信號(hào)的選擇開關(guān)后，可變成狀態(tài)選擇模塊［5］。

3.1 多檔位調(diào)寬模塊

多檔位調(diào)寬模塊是在調(diào)寬電路的基礎(chǔ)上經(jīng)適當(dāng)變化而成。其變化主要有：將電位器RP2替換成由波段開關(guān)W1和多個(gè)電位器RP5～RP15組成的多檔調(diào)寬電路，調(diào)節(jié)電位器RP5～RP15各滑動(dòng)端的位置，可精確設(shè)定各檔位輸出信號(hào)的寬度。不同電位器可以決定不同級(jí)別的脈寬，從而實(shí)現(xiàn)更大范圍的脈寬調(diào)節(jié)。多檔位調(diào)寬模塊電路原理如圖6所示。

圖6 多檔位調(diào)寬模塊電路原理圖

3.2 狀態(tài)選擇模塊

狀態(tài)選擇模塊是在緩沖電路的基礎(chǔ)上經(jīng)適當(dāng)變化而成。其改變主要是輸入關(guān)系上的變化如圖7所示。在與門IC3'的1A輸入端接入一個(gè)單刀雙擲開關(guān)K1，開關(guān)K1的一個(gè)靜觸點(diǎn)接電阻R2'的第一端，開關(guān)K1的另一個(gè)靜觸點(diǎn)接上一級(jí)模塊的輸出信號(hào)，與門IC3'的1B輸入端接調(diào)寬模塊。

通過開關(guān)K1可選擇上一級(jí)模塊信號(hào)的輸出方式，當(dāng)開關(guān)K1置電阻R2'的第二端時(shí)，來自VCC1的電壓使與門IC3'的1A輸入端始終處于高電位，接到1B輸入端的信號(hào)不受限制，那么輸出連續(xù)脈沖；當(dāng)開關(guān)K1置于另外一個(gè)觸點(diǎn)時(shí)，只有1A輸入端有高電平到來時(shí)，與門IC3'才能將1B輸入端的信號(hào)輸出，否則與門IC3'只能輸出低電平。

圖7 狀態(tài)選擇模塊電路原理圖

4 基本模塊的組合應(yīng)用

將調(diào)寬模塊和多檔位調(diào)寬模塊相互串聯(lián)，使前級(jí)調(diào)寬模塊產(chǎn)生的波門比后級(jí)多檔位調(diào)寬模塊產(chǎn)生的波門寬，且用前級(jí)產(chǎn)生波門的前沿作為后級(jí)的觸發(fā)信號(hào)，則可形成信號(hào)周期由前級(jí)調(diào)寬模塊控制、占空比由后級(jí)多檔位調(diào)寬模塊控制的不同步信號(hào)調(diào)寬模塊，該調(diào)寬模塊通過與脈沖的相與，從而可以實(shí)現(xiàn)高電平窗口內(nèi)輸出脈沖，低電平窗口內(nèi)不輸出脈沖，即實(shí)現(xiàn)了連續(xù)個(gè)數(shù)和中斷個(gè)數(shù)可設(shè)定的斷續(xù)脈沖信號(hào)的輸出，稱為組脈沖。

5 雷達(dá)故障診斷信號(hào)的生成

在雷達(dá)故障診斷中可能需要連續(xù)脈沖和組脈沖兩種不同狀態(tài)的回波脈沖信號(hào)，在連續(xù)脈沖狀態(tài)下，產(chǎn)生的回波是不間斷的，屬于同步信號(hào)，每一個(gè)同步周期內(nèi)都有一個(gè)回波脈沖產(chǎn)生；在組脈沖狀態(tài)下，產(chǎn)生的回波是有規(guī)律的斷續(xù)信號(hào)，且脈沖連續(xù)和間斷的個(gè)數(shù)可設(shè)定，屬于有特定規(guī)律的非同步信號(hào)。

為此，可采用不同步調(diào)寬模塊實(shí)現(xiàn)該功能，將連續(xù)回波脈沖信號(hào)輸入不同步調(diào)寬模塊后，通過該模塊的前級(jí)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的周期，后級(jí)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的占空比。該模塊的輸出信號(hào)及連續(xù)回波脈沖信號(hào)分別接到狀態(tài)選擇電路上，通過控制狀態(tài)選擇模塊是否對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行“與”運(yùn)算，來確定狀態(tài)選擇模塊是輸出連續(xù)回波脈沖信號(hào)還是輸出組脈沖回波信號(hào)。當(dāng)連續(xù)回波脈沖信號(hào)和不同步調(diào)寬電路組的輸出信號(hào)進(jìn)行“與”運(yùn)算時(shí)，狀態(tài)選擇模塊輸出的是組脈沖回波信號(hào)，組脈沖信號(hào)的寬度由不同步調(diào)寬電路組的前級(jí)進(jìn)行設(shè)置，組脈沖寬度內(nèi)連續(xù)回波脈沖的個(gè)數(shù)由不同步調(diào)寬模塊的后級(jí)進(jìn)行設(shè)置，故具有連續(xù)脈沖和組脈沖兩種狀態(tài)的回波信號(hào)可由振源、緩沖、延時(shí)、調(diào)寬、狀態(tài)選擇、輸出模塊組合產(chǎn)生。

同步脈沖可由振源、緩沖、調(diào)寬、輸出四級(jí)模塊級(jí)聯(lián)產(chǎn)生；距離波門、雜波門、閉塞波門、鑒別波門、分裂波門等具有同步關(guān)系但時(shí)延和寬度信號(hào)各不相同的信號(hào)均可由振源、緩沖、延時(shí)、調(diào)寬、輸出五級(jí)模塊級(jí)聯(lián)產(chǎn)生。具有組脈沖關(guān)系的回波信號(hào)振源、緩沖、延時(shí)、不同步調(diào)寬、狀態(tài)選擇、輸出六級(jí)模塊級(jí)聯(lián)產(chǎn)生。綜合信號(hào)源的組成結(jié)構(gòu)如圖8所示，信號(hào)波形如圖9所示。

圖8 綜合信號(hào)源的組成結(jié)構(gòu)圖

圖9 信號(hào)波形圖

6 結(jié)束語

采用模塊化思想，設(shè)計(jì)中采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能獨(dú)立、使用靈活的基本功能模塊，通過模塊內(nèi)部參數(shù)的調(diào)整、模塊之間的組合，就可實(shí)現(xiàn)時(shí)序關(guān)系復(fù)雜的眾多信號(hào)的產(chǎn)生，在雷達(dá)故障診斷中發(fā)揮了重要作用。

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Studying Plan on A Comprehensive Source for Radar Fault Diagnosis

Jiang Du1， Haihua Fang2
（1.Huludao City Unit 91851， Liaoning， 125001， China；2.China Aviation Industry Group Co.， LTD.，Shanghai Institute of Aerospace Measurement and Control Technology，Shanghai， 201601， China）

Abstract：In order to realize radar fault location and diagnosis，a comprehensive source was designed by adopting the method modularization ，which can generate a series of echo signals and wave gate signals with complex sequential relationships and flexible characters.The source has simple structure， userfriendliness and good scalability.

Key words：Radar Fault Diagnosis； Source； Echo Signal； Gate Signal

中圖分類號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-8412 （2016） 02-247-05

DOI：工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.033

作者簡(jiǎn)介：

杜江（1976-），男，葫蘆島市91851部隊(duì)，科研人員，高工，碩士研究生，控制理論與控制工程研究。

E-mail： fanghaihua.523@163.com

房海華（1983-），男，中國航空工業(yè)集團(tuán)公司上海航空測(cè)控技術(shù)研究所，科研人員，工程師，碩士研究生，數(shù)據(jù)采集與處理。

E-mail： fanghaihua.523@163.com