馬明+劉鷹+楊玉林

【摘要】電子裝備是目前應(yīng)用最廣泛的裝備。由于電子裝備種類繁雜，功能各異，使得電子裝備的教學(xué)難度比較大。從本質(zhì)上講，電子裝備的任務(wù)是利用電磁波信號探測、傳遞和獲取信息。因此信號是電子裝備的核心和靈魂。針對電子裝備的教學(xué)過程，提出了信號主線的教學(xué)方法。從原理教學(xué)和實踐教學(xué)兩個方面，闡述了信號主線法的內(nèi)涵和各要素之間的關(guān)系，以及在應(yīng)用中注意的問題。

【關(guān)鍵詞】信號主線法 信號流 信號特征 信號測試

【中圖分類號】TH-39 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）38-0250-02

一、引言

信息技術(shù)的發(fā)展使得大量無線電設(shè)備得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代的電子設(shè)備，從功能上看，都可以看作是一個廣義上的信號處理機。這是因為現(xiàn)代電子裝備以多種信號處理模塊為核心實現(xiàn)其功能，理解其工作原理必須從信號處理入手。

從無線電設(shè)備的工作原理來看，各種電子裝備的作用基本上都可以解釋為獲取無線電信號中攜帶的信息。例如，對于雷達而言，就是獲取雷達回波信號所攜帶的時間、幅度、頻移等信息，繼而得到距離、方位、速度等戰(zhàn)術(shù)上的實用信息。對于通信設(shè)備而言，就是從受污染的信號中提取出發(fā)送的信號，進而獲得有用的軍事信息。對于各種導(dǎo)航設(shè)備而言，就是將地面設(shè)備相對機載導(dǎo)航接收機的時間、幅度上的變化轉(zhuǎn)換為方位和高度信息。因此，所有這些設(shè)備無一不是利用電磁信號傳遞或者獲取信息。

另外一方面，從電子設(shè)備的維修的角度來講。電子設(shè)備維修教學(xué)的重要目的就是教會學(xué)員排除裝備的故障。對裝備故障的判斷依賴于對裝備進行的各種測試。這些測試包括時域測試、頻域測試和功率測試等，所利用的儀器包括萬用表、頻譜儀、示波器和功率計等。測試的目的是獲取電子裝備在規(guī)定狀態(tài)下所達到的性能。比如，對級聯(lián)發(fā)射機而言，測試各級發(fā)射機的發(fā)射功率，以此來判斷其工作是否正常。也就是說，測試結(jié)果是否通過，依賴于所測試節(jié)點的信號是否正常。因此，一個設(shè)備的功能是否正常，本質(zhì)上是通過判斷裝備所具有的信號處理功能是否正常。

因此，在電子裝備教學(xué)中，無論是裝備原理課和裝備維護課的講授上都可以以信號為主線進行安排。

二、提出的信號主線教學(xué)法

所謂的信號主線法就是以電子裝備的功能為出發(fā)點，以模塊為基本單位，以電子信號的流向為講解順序，重點講解各級電子信號的處理方法、關(guān)鍵節(jié)點上電子信號的特征與測試方法。以電子裝備的功能為出發(fā)點是因為電子裝備所擔負的任務(wù)是完成一定的信息獲取或者信息傳遞功能。為完成這種功能，以現(xiàn)有的天線工藝水平、射頻電路制造水平、信號處理水平和電子元器件器件工藝水平為基礎(chǔ)，采用一定的結(jié)構(gòu)，分別在射頻和基帶處理信號，提取出信號所攜帶的信息或者將信息搭載到信號上去。因此，從本質(zhì)上說，電子設(shè)備完成的功能其實是信號處理功能。

以模塊為基本單位，這是因為現(xiàn)代的電子設(shè)備，一般以模塊為基本單位進行設(shè)計和制造。比如，對于用于電子偵察的接收機而言，一般分為天線、射頻前端和信號處理、顯示控制四個模塊。而其中的射頻又可以細分為一級變頻、二級變頻和三級變頻。信號處理又可分為數(shù)模變換、FFT變換等。這樣，在講解時就可以按照“天線射頻前端信號處理顯示控制”的順序進行講解。講解的重點是每個模塊所進行的信號處理功能。如天線的功能是獲取某個方向發(fā)射來的電磁波；射頻前端的功能就是將接收的電信號通過三級變頻的方式變換到固定的中頻上去；信號處理的功能就是獲取固定中頻信號所包含的頻率信息；顯示控制的功能是對整機的工作頻率、接收通道進行控制和顯示接收機的狀態(tài)信息。

信號流是指信號從輸入到輸出所經(jīng)歷的過程。在電子裝備中，以信號從上游到下游的這條線路作為線索，是在電子裝備教學(xué)中常用的方法。對于接收機而言，信號流一般是從高頻到低頻，從低頻到基帶，從模擬到數(shù)字的過程；對于發(fā)射機而言，信號流一般是從基帶到射頻，從低頻到高頻的過程。以信號流的順序講解，符合裝備的基本工作過程。由于裝備是以模塊化進行設(shè)計的，大的模塊包含小的模塊。如一個LRU包含幾個SRU。因此，在以信號流為順序進行講解時，需要以相同等級的模塊為劃分。常規(guī)的講解方法是按照從大到小的順序，比如先按照LRU的順序，講解大級別上信號的流向；再深入講解SRU內(nèi)部的信號流。

信號的特征指的是在設(shè)備關(guān)鍵節(jié)點上的信號在不同“域”上具有的不同特征。所謂的關(guān)鍵節(jié)點一般指LRU或者SRU的輸入、輸出端口或測試端口。一般情況下，這些關(guān)鍵節(jié)點的信號都是可以測試的。信號的特征主要表現(xiàn)在時域、頻域、時頻域或調(diào)制域信號某些特性的變化。以最常見的上變頻模塊為例，輸入信號有兩個：來自天線的射頻信號和來自本振的本振信號。輸出信號就是混頻之后的信號。要準確理解上變頻的工作原理，最主要的就是把握輸入信號與輸出信號之間的在頻域的關(guān)系。輸出信號的頻率等于輸入信號頻率之和。這是上變頻器最主要的作用。在教學(xué)中，可以通過設(shè)定不同的本振頻率和輸入信號頻率，求出輸出信號的頻率，引導(dǎo)學(xué)員掌握變頻器的作用。在此需要指出的是，信號特征在通過各個LRU或者SRU時，一定會發(fā)生改變。這是因為，LRU或者SRU模塊，其本質(zhì)上是一個信號處理模塊，信號處理模塊必然對信號的特征產(chǎn)生改變。如，上變頻器的作用是將信號的頻率變高，下變頻器的作用是將信號的頻率變低，低通濾波器的作用是將高頻的噪聲或者干擾濾除，只允許低頻率的信號通過。因此，從這個意義上講，各級模塊（如LRU或者SRU）的功能的發(fā)揮依賴于其信號處理功能是否正常，體現(xiàn)在信號特征是否按照設(shè)計的功能進行改變。信號特征是信號主線法的講解重點，也是難點。

電子裝備中的信號特征必須借助一定的測試儀器儀表進行測量得到，因此信號的測試是電子裝備實踐教學(xué)中的重點。信號的測試方法目前主要包括電壓測試、電流測試、功率測試、頻率測試，高級的測試還包括噪聲系數(shù)測試、駐波比測試、S參數(shù)測試等。測試的目的是獲取信號的特征參量，并根據(jù)產(chǎn)品說明書，判斷所測試的信號是否滿足性能指標。在進行信號測試教學(xué)時，有兩個重點，一是理解測試參量的物理含義，尤其是很多復(fù)雜參量的含義，如噪聲系數(shù)、駐波比、S參數(shù)、三階交調(diào)等。一是儀器儀表的正確使用。比如頻譜儀、矢量分析儀的使用一直是教學(xué)的難點。究其原因是因為這些儀器儀表涉及到大量的信號參量，這些信號參量不直觀，難于理解。因此，在信號測試教學(xué)中，需要根據(jù)教學(xué)對象的認知水平和崗位的需求，以夠用為原則進行講授。endprint

從以上的分析我們可以看出，信號主線法的核心是信號流、信號特征和信號測試。在教學(xué)中，只要從這三個方面進行講解，可以高效地使學(xué)生掌握裝備的工作過程，從而為裝備的維護打下堅實的基礎(chǔ)。

三、信號主線法實施的關(guān)鍵點

1.信號主線法中各要素之間的邏輯關(guān)系

信號主線法中的各要素不是孤立的，它們之間有著密切的關(guān)系。電子裝備中各模塊的電氣連接，是信號流形成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，當這種連接構(gòu)成之后，就形成了信號流。除了源模塊和顯示等終端模塊外，大部分情況下，每個模塊都有輸入和輸出。這些輸入信號和輸出信號互相連接起來，就構(gòu)成了信號流。信號流表示信號之間的邏輯關(guān)系。比如串聯(lián)關(guān)系、并聯(lián)關(guān)系和混合關(guān)系等。信號流為故障診斷提供了邏輯推理上的基礎(chǔ)。比如，串聯(lián)關(guān)系的信號發(fā)生故障后，故障會向后傳遞，而并聯(lián)關(guān)系的信號發(fā)生故障后，不會影響其余并聯(lián)支路的信號。

每個節(jié)點的信號流都具有一定的特征，這些特征有的是時域的，有的是頻域或者功率上的特征。在高頻率電路中，信號的頻率特性是主要的特性。

信號特征的表現(xiàn)需要通過儀器儀表的測試才能獲得，因此，信號測試是判斷信號特征是否正確的技術(shù)手段。當判定信號是否正確時，需要以測試結(jié)果與測試標準進行比對。當信號正確時，電子裝備的功能肯定正常。測試結(jié)果不能通過時，表示功能不正常。

2.信號主線法在實踐教學(xué)中的應(yīng)用

從裝備維護的角度來看，其具體工作保護兩部分：部件的拆裝和部件的測試。測試的目的是發(fā)現(xiàn)故障件，也就是對故障進行定位，排除裝備存在的故障。故障定位的對象是模塊，也就是LRU或者SRU。故障定位依賴于信號的測試，也就是根據(jù)測試結(jié)果對裝備的故障模塊進行推理定位。

電子裝備的目的是完成一定的信號處理功能：傳遞信號或者提取分析信號。因此，電子裝備可以看作是多個信號處理器件的組合。裝備發(fā)生故障也就是其功能不正常，必然會導(dǎo)致裝備中某些部位的信號特征發(fā)生改變。故障排除的目的是找出故障模塊。模塊是否正常依賴于所產(chǎn)生的信號是否正確，也就是信號特征是否滿足產(chǎn)品設(shè)計制作的要求。信號特征是否滿足要求，需要由相應(yīng)的測試儀器進行測試，根據(jù)測試結(jié)果判定信號是否符合要求。而信號是由各個構(gòu)成電子裝備的模塊組成的，因此信號測試結(jié)果反映了模塊（LRU或者SRU）功能是否正常。也就是說，可以通過測試相應(yīng)的信號，推斷出故障件。

對于具有多個模塊構(gòu)成的復(fù)雜電子裝備，選擇合適的測試節(jié)點順序，有助于以最小的測試步驟或者測試時間找到故障件。

3.信號特征的可視化

從不同的領(lǐng)域，信號處理可以分成不同的類型。常見的信號處理分類方法是將信號處理分為模擬信號處理和數(shù)字信號處理。二者處理的對象不同，方法也不同。模擬信號處理的是時間上連續(xù)、幅度上連續(xù)的信號。如各種電容、電阻、電感等器件；數(shù)字信號處理的對象是數(shù)字信號。數(shù)字信號是對模擬信號數(shù)字化后的信號，其特性在很大程度上繼承了數(shù)字化前的信號特征。

信號處理的目的是便于信息的發(fā)送或者便于提取有效的信息，必然會改變信號的特征。信號的特征可以分為時域特征、頻域特征、調(diào)制域特征等。信號處理必然會改變信號在某個域的特定。如幅度的改變、頻率特征的改變等。

參考文獻：

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[2]馬天，黃建國，張群飛，王汝夯.水下仿真中聲信號可視化研究[J].計算機仿真.第27卷，第6期.44-48.endprint