閆永寶，劉健鵬，武 翔，劉明通

（解放軍61191 部隊，杭州 310023）

0 引言

通常，雷達在交付用戶時都有BIT 檢測功能，然而，此功能一般配置不全面，特別是在發(fā)射、接收信號通道上缺少信號實時監(jiān)測設(shè)備。當(dāng)信號通道出現(xiàn)停機性故障時，排查程序異常繁瑣，停機時間較長，嚴重影響雷達值班任務(wù)［1-3］。另外，當(dāng)雷達系統(tǒng)中某個或某些接收通道出現(xiàn)故障時，由于不能及時發(fā)現(xiàn)故障情況，常常會導(dǎo)致雷達系統(tǒng)性能下降，影響雷達效能的發(fā)揮。實際工作中，常常出現(xiàn)部分接收通道無回波信號和發(fā)射通道信號帶寬不足等情況，這會導(dǎo)致雷達系統(tǒng)目標捕獲率下降和測量數(shù)據(jù)質(zhì)量降低，而這些情況在現(xiàn)有的雷達監(jiān)測設(shè)備上都無法監(jiān)測出來［4-7］。本文基于上述問題進行了監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)使用方便簡潔，自動化程度高，為雷達正常運轉(zhuǎn)提供了有力的保障。

1 總體方案

系統(tǒng)總體方案如圖1 所示。在信號實時監(jiān)測系統(tǒng)主控計算機的控制下，微波信號中樞將特定雷達工作信號切換至寬帶示波器或信號分析儀等測試儀器，信號監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先的設(shè)置對測試儀器的測試參數(shù)進行合理設(shè)定，即可獲取測試信號的參數(shù)，后經(jīng)過分析、比對等處理后將其存入數(shù)據(jù)庫。實時監(jiān)測平臺同時獲取雷達控制計算機和控制保護計算機的多種組播信息，經(jīng)過信息融合、過濾優(yōu)化后轉(zhuǎn)發(fā)給工況信息匯總平臺，從而達到實時全面掌握雷達工作狀態(tài)的目的。

圖1 系統(tǒng)總體方案

該系統(tǒng)采用雷達信號的自適應(yīng)監(jiān)測技術(shù)，能夠?qū)⒗走_的可監(jiān)測信號接口配置、測量儀器參數(shù)配置、信號參數(shù)、測試線路插損、測試方法集等復(fù)雜信息固化于該監(jiān)測設(shè)備內(nèi)，通過高效的軟件系統(tǒng)，完成對信號分析儀、示波器、微波信號中樞等設(shè)備的合理調(diào)度和高效控制，實現(xiàn)對多種信號的快速測試和參數(shù)提取，大大提升了該信號監(jiān)測設(shè)備的靈活性和擴展性。

1.1 系統(tǒng)硬件組成

雷達實時狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由測試儀器組、測試信號中樞、主控和數(shù)據(jù)存儲分機、外場天線和云臺等設(shè)備組成，它們安裝在同一個機柜中，測試儀器組包 括 N9020A 信 號 分 析 儀、AgilentInfiniiumMSO9404A 數(shù)字信號示波器；測試信號中樞主要由電源、多路微波繼電器、驅(qū)動控制器、微波連接電纜等組成；主控和數(shù)據(jù)存儲分機主要由實時監(jiān)測平臺軟件和信號存儲數(shù)據(jù)庫組成。

1.2 系統(tǒng)軟件組成

實時監(jiān)測軟件系統(tǒng)采用組件化和分層設(shè)計技術(shù)構(gòu)建，結(jié)構(gòu)清晰，使用方便。系統(tǒng)軟件平臺提供測試資源管理、設(shè)備驅(qū)動、測試程序管理、文件輸入輸出、數(shù)據(jù)和信息顯示、數(shù)據(jù)分析、輔助故障診斷等功能，軟件結(jié)構(gòu)框圖如下頁圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)軟件框圖

根據(jù)分層設(shè)計思想，系統(tǒng)軟件的內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)可分為物理層、抽象層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層。

軟件系統(tǒng)的物理層包括儀器驅(qū)動程序、VISA 庫及其他底層驅(qū)動程序，提供硬件和儀器的直接驅(qū)動。物理層是自動測試軟件的硬件基礎(chǔ)，本層具有很高的穩(wěn)定性，這樣才能保證測試軟件順利進行硬件測試，本測試軟件的驅(qū)動程序采用儀器廠商提供的驅(qū)動程序（VISA 及I/O 庫等），以保證硬件能正常和穩(wěn)定的工作。

抽象層通過軟件完成系統(tǒng)多種復(fù)雜功能的抽象，是測試對象的本質(zhì)。軟件系統(tǒng)的抽象層包括軟件系統(tǒng)的主控核心程序（接口管理程序），由它來解釋、分析用戶的操作，確定軟件系統(tǒng)應(yīng)調(diào)用的功能函數(shù)，組織測試流程。

軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層是由儀器參數(shù)配置數(shù)據(jù)、測試信號參數(shù)庫、系統(tǒng)配置文件和參數(shù)存儲數(shù)據(jù)庫等構(gòu)成。

應(yīng)用層包括系統(tǒng)配置服務(wù)程序、用戶交互界面等。應(yīng)用層通過抽象層的接口來調(diào)用數(shù)據(jù)層和物理層的資源完成系統(tǒng)各項功能。

2 雷達發(fā)射和接收通道監(jiān)測方法

2.1 發(fā)射通道監(jiān)測方法

雷達發(fā)射通道由激勵通道、雙工前級、子陣放大、T/R 組件等設(shè)備組成。發(fā)射通道所需監(jiān)測的關(guān)鍵工作信號主要是前級激勵信號、雙工前放、天線陣輻射等信號特性。測試設(shè)備由N9020A 信號分析儀、MSO9404A 示波器、1/16 射頻開關(guān)與測試喇叭天線、測試轉(zhuǎn)臺及控制等組成，發(fā)射通道測試框圖如圖3所示。

圖3 發(fā)射通道信號測試組成框圖

測試項目主要包括：

1）雷達發(fā)射上變頻輸出波形、頻譜、雜散、帶寬及脈沖特性測試與信號分析；

2）雙工前放輸出波形、頻譜、帶寬、雜散及脈沖特性測試與信號分析；

3）子陣放大波形、頻譜、帶寬、雜散、幅度與相位一致性、脈沖特性測試與信號分析測試；

4）天線陣發(fā)射近場固定點電磁輻射場強測試、波形、頻譜、帶寬；

5）雷達站周邊電磁干擾輻射信號場強測試、波形、頻譜、帶寬等。

2.2 接收通道監(jiān)測方法

接收通道在線進行功能測試、性能測試，并進行輔助故障診斷，提供雷達工作時接收通道性能實時監(jiān)測，其利用開關(guān)、寬帶示波器硬件及控制與處理分析軟件組成測試平臺，可實現(xiàn)雷達接收通道在線測試性能參數(shù)數(shù)據(jù)的實時收集和分析。性能測試的實時顯示可簡單直觀地實時掌握雷達接收的性能變化，為實時評估接收通道的性能提供技術(shù)保障。測試框圖如下頁圖4 所示。接收通道測試主要包括：通道信號波形、頻譜、幅度、帶內(nèi)起伏、幅度一致性、相位一致性、隔離度等。

圖4 接收通道信號測試組成框圖

3 系統(tǒng)工作流程

實時監(jiān)測軟件將監(jiān)測雷達發(fā)射接收通道中多個關(guān)鍵節(jié)點的工作信號情況，準確判斷存在故障的信號，快速定位相關(guān)故障設(shè)備。圖5 為監(jiān)測軟件界面，其工作流程如圖6 所示，研制的原理樣機如圖7所示。

圖5 系統(tǒng)監(jiān)測軟件

圖6 實時監(jiān)測軟件工作流程

圖7 雷達實時狀態(tài)監(jiān)測原理樣機

該系統(tǒng)在執(zhí)行監(jiān)測前，首先進行系統(tǒng)自檢，確保監(jiān)測儀器在線，系統(tǒng)具備執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)環(huán)境。實時監(jiān)測平臺通過自檢后，才能執(zhí)行自動監(jiān)測或手動監(jiān)測。信號監(jiān)測將通過選擇監(jiān)測信號、設(shè)定儀器參數(shù)、獲取測試參數(shù)、判定測試參數(shù)、顯示及存儲測試參數(shù)和退出監(jiān)測，共6 個過程來完成。

本信號監(jiān)測系統(tǒng)為適應(yīng)不同監(jiān)測環(huán)境，提供了自動和手動兩種信號監(jiān)測方式。自動監(jiān)測模式可在無人值守的情況下，按照既定監(jiān)測流程完成對發(fā)射接收通道內(nèi)的關(guān)鍵工作信號進行自動輪詢監(jiān)測。手動監(jiān)測則可對特定工作信號、特定監(jiān)測點進行不間斷監(jiān)測。微波信號中樞和通用測試儀器儀表都內(nèi)置了通用VISA 控制模塊，在執(zhí)行監(jiān)測時，實時監(jiān)測系統(tǒng)通過GPIB 通信總線控制信號中樞，實現(xiàn)多路被測信號的選通監(jiān)測。同時，該平臺也通過GPIB通信總線與測量儀器通信，調(diào)用功能強大的Agilent VISA 儀器驅(qū)動引擎來控制儀器，測量得到信號參數(shù)。

工作信號的監(jiān)測數(shù)據(jù)與門限比較后，在監(jiān)控窗口實時顯示監(jiān)測值和判斷結(jié)果，并存儲到監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。當(dāng)監(jiān)測值一旦超出門限范圍并觸發(fā)報警條件后，軟件將立即實時顯示在監(jiān)測界面，并發(fā)出警報，提示用戶盡快分析查看雷達狀態(tài)，確保雷達正常工作。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)主要用于監(jiān)測雷達發(fā)射與接收通道內(nèi)關(guān)鍵工作信號的工作狀態(tài)，為雷達工作狀態(tài)的全面在線監(jiān)測提供重要手段，可以大大提高雷達設(shè)備故障的維修效率，減少系統(tǒng)停機時間，充分發(fā)揮雷達工作潛力，為判斷雷達系統(tǒng)是否保持最佳工作狀態(tài)提供依據(jù)。在實際工作中，當(dāng)雷達某個設(shè)備出現(xiàn)問題時，可以快速準確定位故障位置，縮短系統(tǒng)停機時間，保障雷達正常運轉(zhuǎn)；另一方面，可以通過分析關(guān)鍵節(jié)點的監(jiān)測積累數(shù)據(jù)，完成對雷達關(guān)鍵工作部件的性能評估，及時預(yù)知有可能會發(fā)生故障的部位，從而指導(dǎo)雷達檢修工作，本文設(shè)計的系統(tǒng)已應(yīng)用于某型雷達，并成功發(fā)現(xiàn)了多次故障問題。