王 凱 程寶山 李小斌 馮藝寧

(1.中國人民解放軍32382部隊 北京 100000； 2.西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

雷達裝備在戰(zhàn)場偵察、目標攔截、電子對抗、遠程預警等方面有著廣泛應用。在對雷達裝備的維修保障技術(shù)服務(以下簡稱技術(shù)服務)保障方面，一方面是要努力提高設備的維護保養(yǎng)的水平；另一方面是要提高雷達裝備的檢測和維修能力。隨著技術(shù)的發(fā)展，雷達裝備電子系統(tǒng)也越發(fā)復雜，單靠人工用單個或幾個儀器儀表已經(jīng)很難對復雜的信號進行檢測，在戰(zhàn)時更是對快速檢修能力有著更高的要求。更快的檢測維修能力，意味著雷達裝備能夠更早的恢復戰(zhàn)斗力，因此開發(fā)實用的技術(shù)服務保障的專用檢修設備，也是技術(shù)服務人員應該考慮并解決的主要問題。

本文針對某雷達裝備發(fā)射機控制檢測單元(以下簡稱控檢單元)開發(fā)了專用便攜式檢測維修設備，該設備結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，即插即用，能夠全面地測試控檢單元各項邏輯控制功能是否正常，快速定位故障部位，提供診斷維修的依據(jù)，能夠幫助雷達裝備維修技術(shù)人員在不需要任何外部儀表的情況下快速準確地修復控檢單元，盡快恢復雷達裝備的作戰(zhàn)效力。

1 總體設計

1.1 控檢單元簡介

某雷達裝備電真空發(fā)射機屬于主振放大式發(fā)射機，通過第一級固態(tài)放大器和第二級行波管放大器將微波源送來的小功率微波信號放大通過天線輻射出去?？貦z單元負責整個發(fā)射系統(tǒng)的操作控制、狀態(tài)監(jiān)控、故障檢測、與操作臺通訊、供電分配、脈沖調(diào)制以及低壓供電功能?？貦z單元按電路結(jié)構(gòu)分為：低壓電源、通訊板、控制板、脈沖板、檢測板、監(jiān)控單元、交流分配單元7個部分，所有上述電路板通過一塊控檢單元母板和兩組插座電氣連接，安裝在發(fā)射機機柜上方。

設計控檢單元的檢測維修設備必須首先模擬所有外部信號，包括信號處理器送來的脈沖信號，中心機的通訊信號等發(fā)射機外部信號，還要模擬發(fā)射機自身其他系統(tǒng)的故障檢測信號，工作狀態(tài)信號，通過軟件設定將上述信號按發(fā)射機系統(tǒng)正常工作狀態(tài)的時序關系送給控檢單元，并檢測控檢單元相應的控制輸出，在終端顯示是否正常。

1.2 檢測維修設備的構(gòu)成

根據(jù)實際需求，系統(tǒng)包含以下幾個部分：

圖1 設備組成框圖

2 電氣設計

系統(tǒng)采用50Hz、220V交流供電，并配備5V、15V、12V低壓電源為系統(tǒng)檢測電路及工控機供電。接口電路在控檢單元原母板的基礎上，保持原接插件形式，并將各輸入輸出檢測點引出到單獨的線束。

2.1 中心控制板

中心控制板是終端工控機與測試工裝的接口，用于將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機識別的數(shù)據(jù)，在終端軟件中顯示，并進一步執(zhí)行軟件中用戶下達的命令。主要由單片機C8051F040和輔助芯片組成，此款單片機IO口多達7組，并自帶兩路通訊口，接口1能接收上報數(shù)據(jù)給終端工控機，接口2用來發(fā)送命令并接收通訊板的信息。單片機程序采用C++語言編寫。

2.2 故障模擬板

故障模擬板能夠根據(jù)終端和中心控制板下達的指令，模擬故障電平，送給檢測板。中心控制板送來的指令經(jīng)過故障模擬板光耦隔離后，經(jīng)驅(qū)動放大電路及分壓電路，形成相應的柵偏故障、鈦泵電壓故障、打火故障、欠壓故障、風壓故障、過流故障電平信號。

2.3 AD采樣板

控檢單元內(nèi)的低壓電源共有48V、15V、-15V、27V、5V、-5V等模擬電壓信號，控檢單元的交流分配單元受控繼電器輸出380V交流高壓供電、風機供電和220V交流燈絲電壓供電信號。在計算機采樣這些電壓有無以及是否在要求范圍時，需要在AD采樣板內(nèi)將這些信號進行AD轉(zhuǎn)換，應用驅(qū)動放大芯片將這些電壓轉(zhuǎn)換后，在計算機實時顯示。

圖2 AD轉(zhuǎn)換電路

2.4 脈沖采集電路

監(jiān)控單元在正常情況下輸出800V調(diào)制脈沖，采用一級隔離變壓器，次級輸出用二極管整形，接負載電阻使脈沖頂部平滑，輸出串聯(lián)無感電阻限流，最后用1∶100探頭將輸出送給示波器模塊。

圖3 脈沖采集電路

2.5 脈沖形成電路

設備需模擬信號處理器差分脈沖，頻率和脈沖寬度可調(diào)。因此脈沖形成電路采用NE555構(gòu)成振蕩器，脈沖寬度由CD4098調(diào)整，經(jīng)驅(qū)動放大后送給TTL轉(zhuǎn)差分芯片，最后再用74LS244芯片放大。脈沖頻率由充放電電阻決定，引出電位器至面板。所有脈沖均采用屏蔽線傳輸。

2.6 示波器模塊

示波器模塊主要包括電源模塊、信號前端處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA運算控制模塊和顯示模塊。被測信號通過信號調(diào)理模塊后，通過AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送給FPGA 在FPGA中用VirilogHDL描述的邏輯電路完成對數(shù)字信號高速的采集、存儲、運算等工作，再把數(shù)據(jù)送給 Nios軟核處理器，處理 Nios軟核處理器根據(jù)需求對繼電器觸摸屏等設備進行控制。

圖4 示波器模塊電路框圖

2.7 終端

為了減小設備體積，終端采用某品牌WIN10平臺三防平板，可實現(xiàn)觸屏操作。為了達到開機自動上電效果，需在BIOS中設置電源管理選項。

平板僅有一個USB接口，因此用一個1轉(zhuǎn)4USB擴展塢，一個USB口用來與示波器模塊傳輸采集數(shù)據(jù)，一個USB轉(zhuǎn)RS232串口與中心控制板通訊，上傳下達故障模擬命令，一個USB轉(zhuǎn)RS232串口與通訊板通訊，下達開關機命令，并讀取上電狀態(tài)。平板預裝Labview軟件，以及各插件，保證操作軟件正常運行。

3 軟件設計

3.1 操控軟件設計

軟件基于Labview設計，labview使用的是圖形化編輯語言編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，是NI設計平臺的核心，也是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。

軟件界面顯示燈絲高壓調(diào)制狀態(tài)，提供遙控按鈕，指示低壓電源檢測電壓，顯示故障信息，提供設置故障的按鍵。顯示通訊碼字窗口。設置交流分配單元燈絲、風機、高壓三路強電上電到位信號的顯示。

軟件界面還設置了幫助頁面，給出信號通路，根據(jù)故障現(xiàn)象，提供排除故障的方法。

圖5 程序邏輯圖

3.2 虛擬示波器軟件設計

虛擬示波器軟件采用C++編寫，示波器硬件模塊數(shù)據(jù)經(jīng)時域分析處理后，軟件提供時間軸和幅度軸的刻度轉(zhuǎn)換，提供觸發(fā)對話框，并且模仿當前主流示波器的界面，給出各指標的測量結(jié)果。在讀取脈沖前后沿數(shù)據(jù)時，提供局部縮放功能。兩路通道可同時測量觸發(fā)脈沖和調(diào)制脈沖。

圖6 虛擬示波器軟件界面

4 結(jié)構(gòu)設計

結(jié)構(gòu)設計考慮控制檢測電路維修性及工裝自身的維護便利性，設計為便攜式主機，為滿足剛性要求，材料選為鋁合金材質(zhì)，表面氧化涂覆。

5 系統(tǒng)測試

插入控檢單元所有板卡，控檢單元上電，工控機開機，啟動操控軟件和示波器軟件。

圖7 機柜結(jié)構(gòu)

設備送出開關機控制信號，檢測執(zhí)行結(jié)果，實現(xiàn)控制板在線檢測。設置故障信號，檢測故障報出結(jié)果實現(xiàn)檢測板檢測。送入差分脈沖信號，檢測觸發(fā)脈沖以及末極調(diào)制脈沖實現(xiàn)脈沖板檢測和監(jiān)控單元檢測。檢測低壓電源電壓并顯示，檢測燈絲高壓和風機供電輸出狀態(tài)，實現(xiàn)交流分配單元的強電輸出檢測。

6 結(jié)束語

某型雷達裝備技術(shù)服務保障設備體積小，重量輕，即插即用，獨立運行，經(jīng)過實地檢驗，能夠協(xié)助操作人員在現(xiàn)場快速準確的定位故障，分離故障，并通過幫助信息解決故障。此設備的開發(fā)是技術(shù)服務保障在現(xiàn)地維修維度上的一次嘗試，今后隨著雷達裝備的進一步發(fā)展，集成化程度進一步提高，專用的快速檢測維修設備必將進一步代替通用儀表，在裝備搶修領域發(fā)揮更大的作用。