張 令

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所,四川 成都 610036）

雷達(dá)接收設(shè)備是截獲、跟蹤輻射目標(biāo)的主要電子載荷設(shè)備,因其跟蹤目標(biāo)距離遠(yuǎn),跟蹤角速度大,精度高,抗干擾能力強(qiáng),被廣泛應(yīng)用于裝備領(lǐng)域[1]。當(dāng)前由于實(shí)際工作環(huán)境復(fù)雜,對(duì)電子載荷精度要求高,因此,對(duì)雷達(dá)接收設(shè)備指標(biāo)和可靠性也越來(lái)越高。雷達(dá)接收設(shè)備的靈敏度是考核雷達(dá)接收設(shè)備跟蹤目標(biāo)源的基本參數(shù)指標(biāo),需要對(duì)該指標(biāo)精準(zhǔn)和快速測(cè)試,實(shí)現(xiàn)對(duì)該指標(biāo)準(zhǔn)確考核[2-3]。過(guò)去,由于搭建環(huán)境設(shè)備多,設(shè)置參數(shù)頻繁,多采用手動(dòng)測(cè)試方式完成,存在設(shè)備控制效率低,人工肉眼對(duì)數(shù)據(jù)讀取存在差異。因此,該指標(biāo)測(cè)試準(zhǔn)確性無(wú)法把握。

隨著自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)和儀器控制技術(shù)的不斷深入發(fā)展,雷達(dá)接收設(shè)備靈敏度自動(dòng)化測(cè)試需求被提上日程?；趨?shù)配置項(xiàng)CSCI可以實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)靈敏度參數(shù)配置,從而為靈敏度自動(dòng)化測(cè)試提供一種重要的解決方案[4-5]。

本文采用成熟的C++Builder6.0軟件在Windows系統(tǒng)上應(yīng)用CSCI設(shè)計(jì)ini文件對(duì)靈敏度指標(biāo)參數(shù)加載測(cè)試面板。利用GPIB-USB-H驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件環(huán)境的設(shè)備儀器及計(jì)算機(jī)連接,實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器自動(dòng)控制和參數(shù)下發(fā)。利用嵌入靈敏度算法將測(cè)試結(jié)果顯示在UI界面或者報(bào)表輸出供用戶查看,同時(shí)在記錄指標(biāo)測(cè)試過(guò)程中上報(bào)原始數(shù)據(jù)供用戶分析和查看。

1 靈敏度測(cè)試原理和計(jì)算方法

雷達(dá)接收設(shè)備靈敏度是指雷達(dá)接收設(shè)備能對(duì)目標(biāo)建立穩(wěn)定蹤跡所必須的來(lái)自目標(biāo)的輸入?yún)?shù)門(mén)限值,即正常工作時(shí)穩(wěn)定截獲目標(biāo)接收機(jī)可接收最弱信號(hào)強(qiáng)度。通常換算為功率表示,單位dBm。因此,在工作頻帶內(nèi)每個(gè)中心頻率都對(duì)應(yīng)一個(gè)靈敏度值。通常,靈敏度越高,雷達(dá)接收設(shè)備對(duì)目標(biāo)識(shí)別距離越遠(yuǎn),但提高靈敏度又增加了技術(shù)難度、成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度[6-10]。

雷達(dá)接收設(shè)備靈敏度通常在暗室采用遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試方法,確保雷達(dá)接收設(shè)備與輻射目標(biāo)在同一高度水平線上,啟動(dòng)雷達(dá)接收設(shè)備穩(wěn)定截獲目標(biāo),接收機(jī)收到目標(biāo)信號(hào)參數(shù)穩(wěn)定不變,然后減小輻射信號(hào)源的輸出功率,直到雷達(dá)接收設(shè)備接收機(jī)無(wú)法截獲目標(biāo)。然后逐步增加信號(hào)源輸出功率,雷達(dá)接收設(shè)備重新穩(wěn)定截獲目標(biāo),記下此時(shí)信號(hào)源輸出功率。該穩(wěn)定截獲目標(biāo)需要判斷設(shè)備狀態(tài)參數(shù)、捕獲目標(biāo)信號(hào)的參數(shù)穩(wěn)定性。以一定步進(jìn)長(zhǎng)度,遍歷整個(gè)工作頻率范圍,記下對(duì)應(yīng)中心頻率的功率,通過(guò)下面頻點(diǎn)靈敏度計(jì)算公式：

式中：

SZi-雷達(dá)接收設(shè)備系統(tǒng)靈敏度,dBmW；

PZimin-雷達(dá)接收設(shè)備正常工作時(shí)射頻信號(hào)源輸出的最小功率電平,dBmW；

Gi-發(fā)射天線增益,dB；

Pi-雷達(dá)接收設(shè)備接收機(jī)接收到功率,dBmW；

△Li-射頻信號(hào)源和發(fā)射天線連接電纜損耗,dB；

L-大氣損耗,1dB；

i-頻率測(cè)試點(diǎn)序號(hào)（i＝1……n）。

2 暗室測(cè)試環(huán)境和硬件搭建

2.1 暗室環(huán)境

由于靈敏度測(cè)試需要在無(wú)電磁干擾環(huán)境下進(jìn)行,因此,需要在暗室中進(jìn)行,同時(shí)需要滿足遠(yuǎn)場(chǎng)距離要求。將雷達(dá)接收設(shè)備固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上,設(shè)備與通過(guò)UPort 1250及通訊電纜與PC機(jī)連接,直流電源與其設(shè)備供電,PC機(jī)通過(guò)RS232串口與轉(zhuǎn)臺(tái)通信,與設(shè)備處于同一水平線上的發(fā)射天線與信號(hào)源連接,信號(hào)源與PC機(jī)通過(guò)GPIB卡或者網(wǎng)口連接,實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)源的控制,見(jiàn)圖1。

圖1 暗室靈敏度測(cè)試環(huán)境

2.2 儀器選擇

根據(jù)雷達(dá)接收設(shè)備自身工作特點(diǎn)和靈敏度性能測(cè)試指標(biāo)參數(shù),選擇合適的儀器。直流電源需要考慮最大輸出功率、輸出電壓范圍、通道路數(shù)和上下電電壓電流特性,也可考慮GPIB程控需求。信號(hào)源需要考慮頻率范圍、調(diào)制特性,功率范圍以及信噪比等,要考慮GPIB或者網(wǎng)線程控要求。射頻電纜需要測(cè)量其插損,電磁信號(hào)無(wú)泄漏。發(fā)射天線選擇滿足工作頻率范圍,天線增益需要測(cè)試記錄。PC機(jī)需要安裝相應(yīng)C++Builder6.0、Matlab2010以及GPIB-USB-H卡和UPort 1250驅(qū)動(dòng)程序,二維轉(zhuǎn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備在方位和俯仰上二維控制。

3 軟件CSCI設(shè)計(jì)

3.1 CSCI總體設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)總體思想是通過(guò)配置測(cè)試環(huán)境參數(shù)和測(cè)試指標(biāo)項(xiàng)的CSCI設(shè)計(jì),通過(guò)軟件后臺(tái)計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)靈敏度指標(biāo)閾值判斷,并將執(zhí)行消息顯示和測(cè)試結(jié)果輸出,實(shí)現(xiàn)文件存儲(chǔ)、人機(jī)交互和參數(shù)可配置。主控軟件采用C++Builder開(kāi)發(fā),調(diào)用VISA接口庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流穩(wěn)壓電源、信號(hào)源和轉(zhuǎn)臺(tái)控制,并封裝成動(dòng)態(tài)端口庫(kù)、儀器庫(kù)、轉(zhuǎn)臺(tái)庫(kù)進(jìn)行調(diào)用,見(jiàn)圖2。

圖2 CSCI輸入/輸出數(shù)據(jù)流圖

3.2 CSCI詳細(xì)設(shè)計(jì)

由靈敏度測(cè)試原理和計(jì)算方法可知,靈敏度測(cè)試需要配置對(duì)應(yīng)設(shè)備參數(shù)和儀器參數(shù)。設(shè)備需要加載目標(biāo)庫(kù)、設(shè)備狀態(tài)、靈敏度合格范圍；信號(hào)源設(shè)置信號(hào)參數(shù)、起始功率和步進(jìn)；穩(wěn)壓電源給設(shè)備供電,不參與測(cè)試過(guò)程,因此,可手動(dòng)控制設(shè)置輸出電壓值和電流保護(hù)限制。將相應(yīng)的發(fā)射天線增益和射頻電纜插損及空間衰減,暗室遠(yuǎn)場(chǎng)距離等參數(shù)在用戶界面UI采用ini文件記錄配置,用于測(cè)試前加載測(cè)試參數(shù)到測(cè)試面板,用戶也可在界面根據(jù)實(shí)際環(huán)境變化修改參數(shù)并保存用于后續(xù)測(cè)試,如圖3所示。

圖3 靈敏度測(cè)試執(zhí)行流程圖

雷達(dá)接收設(shè)備測(cè)試軟件包括端口庫(kù)、儀器庫(kù)、轉(zhuǎn)臺(tái)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)及自動(dòng)測(cè)試模塊,如圖4所示。

圖4 CSCI單元組成

詳細(xì)各單元組成、標(biāo)識(shí)符和用途如表1所示。在測(cè)試前需要完成對(duì)端口庫(kù)調(diào)用,完成設(shè)備、轉(zhuǎn)臺(tái)、儀器之間的通信連接。調(diào)用儀器庫(kù)完成對(duì)信號(hào)源控制。調(diào)用轉(zhuǎn)臺(tái)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)控制,調(diào)用庫(kù)和設(shè)備狀態(tài)控制庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置及雷達(dá)接收設(shè)備狀態(tài)控制,以上完成對(duì)環(huán)境參數(shù)設(shè)置。最后調(diào)用靈敏度指標(biāo)測(cè)試完成靈敏度測(cè)試。

表1 CSCI單元標(biāo)識(shí)符和用途

根據(jù)靈敏度測(cè)試原理和計(jì)算公式,首先雷達(dá)接收設(shè)備工作狀態(tài),向轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)控制指令,使雷達(dá)接收設(shè)備正對(duì)發(fā)射天線,根據(jù)ini文件參數(shù)完成對(duì)信號(hào)源頻點(diǎn)設(shè)置,設(shè)置雷達(dá)接收設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù),確保被測(cè)頻點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。設(shè)置初始信號(hào)源功率值P0,啟動(dòng)雷達(dá)接收設(shè)備測(cè)試,正常接收信號(hào),根據(jù)上報(bào)狀態(tài)是否捕捉目標(biāo)信號(hào),再根據(jù)上報(bào)信號(hào)的特征判斷是否穩(wěn)定截獲,如果是,減小信號(hào)源功率直到無(wú)法正常截獲,記錄下此時(shí)信號(hào)源功率PZimin。如果無(wú)法正常截獲,則增加信號(hào)源功率直到正常截獲記下此時(shí)信號(hào)源功率PZimin,并將該功率填入標(biāo)簽中。根據(jù)ini文件參數(shù),依次進(jìn)行下一個(gè)頻點(diǎn)測(cè)試。詳細(xì)流程如圖5所示。

圖5 雷達(dá)接收設(shè)備靈敏度測(cè)試程序流程圖

4 靈敏度自動(dòng)化測(cè)試的應(yīng)用

根據(jù)上述結(jié)果流程,完成靈敏度自動(dòng)化測(cè)試軟件設(shè)計(jì),在某型號(hào)雷達(dá)接收設(shè)備上進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用,如圖6所示。

圖6 靈敏度自動(dòng)測(cè)試軟件界面

對(duì)比該型號(hào)設(shè)備超過(guò)30次的靈敏度測(cè)試,對(duì)比手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)試結(jié)果,測(cè)試一致性好。不考慮準(zhǔn)備時(shí)間,手動(dòng)測(cè)試該型號(hào)設(shè)備指標(biāo)需要40min,采用該軟件測(cè)試,單套設(shè)備不超過(guò)10min,詳細(xì)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 自動(dòng)實(shí)測(cè)靈敏度和手動(dòng)實(shí)測(cè)靈敏度對(duì)比

根據(jù)提示更換對(duì)應(yīng)編號(hào)天線,點(diǎn)擊確定后程序自動(dòng)運(yùn)行,測(cè)試該編號(hào)天線所覆蓋的測(cè)試頻點(diǎn)。各頻點(diǎn)測(cè)試結(jié)果在測(cè)試面板上實(shí)時(shí)更新,并保存測(cè)試結(jié)果文件。測(cè)試過(guò)程中的雷達(dá)接收設(shè)備數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)文件。點(diǎn)擊編輯靈敏度計(jì)算參數(shù)表按鈕,自動(dòng)打開(kāi)靈敏度計(jì)算參數(shù)表文件,根據(jù)實(shí)際測(cè)試情況編輯頻率、天線增益、插損、合格線等測(cè)試參數(shù),參數(shù)表對(duì)應(yīng)測(cè)試環(huán)境,當(dāng)測(cè)試環(huán)境改變時(shí),比如更換標(biāo)準(zhǔn)增益天線、更換射頻電纜等,需重新填寫(xiě)該表。

在軟件設(shè)計(jì)上增加了用戶友好界面設(shè)計(jì),當(dāng)測(cè)試人員在參數(shù)設(shè)置超界或者無(wú)效,更換發(fā)射天線等操作,界面將彈出窗口提示錯(cuò)誤,流程如圖7所示,彈出窗口如圖8所示。

圖7 異常與錯(cuò)誤處理流程

圖8 用戶提示標(biāo)簽

5 結(jié)論

本文從雷達(dá)接收設(shè)備靈敏度測(cè)試原理和計(jì)算以及應(yīng)用需求出發(fā),通過(guò)基于CSCI設(shè)計(jì)了雷達(dá)接收設(shè)備靈敏度自動(dòng)化測(cè)試軟件,并通過(guò)手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)試驗(yàn)證了這一結(jié)果,證明基于CSCI設(shè)計(jì)的雷達(dá)接收設(shè)備靈敏度測(cè)試能有效提高測(cè)試準(zhǔn)確度和效率。同時(shí),該軟件具有擴(kuò)展和通用性,為其他復(fù)雜指標(biāo)測(cè)試提供了解決手段。