基于混合總線的地面情報雷達自動測試設備設計

夏 勇 尤 路 楊志謙

(中國電子科技集團第38研究所 合肥 230031)

0 引言

以人工測試為主要手段的傳統測試方法，已遠遠不能滿足目前軍事電子裝備的維護保障要求。自動測試設備(ATE)正逐步成為地面情報雷達可靠運行的必要保證，因此采用自動測試設備作為維護保障手段就成為必然的選擇。

地面情報雷達在國土防空中通常承擔著站崗放哨任務，因此要求探測到更高、更遠的目標，并具有目標的分類和識別等能力［1］。它主要由天饋、發射、接收、信號處理、終端、監控、伺服、電源等分系統組成［2］，組成框圖如圖1所示。

1 設計需求分析

1.1 天饋分系統

天饋分系統包括天線和饋線子系統，其主要技術指標包括:電壓駐波比、饋線損耗、額定功率等［3］。由于天饋分系統主要在外場和微波暗室進行測試，所以在自動測試系統中一般不包含天饋分系統的測試設備。

圖1 地面情報雷達基本組成框圖

1.2 發射分系統

發射分系統中的被測單元(UUT)包括:前級組件、末級組件、射頻檢測等，主要屬于射頻電路和模擬電路單元。發射分系統涉及的主要技術指標包括:脈沖功率、發射頻率、脈沖重復頻率、脈沖包絡特性等。

1.3 接收分系統

接收分系統中的被測單元包括:接收機、一本振、二本振、頻率源等，主要屬于射頻電路和模擬電路單元。接收分系統涉及的主要技術指標包括:動態范圍、鏡像頻率抑制度、工作帶寬和中心頻率、增益、靈敏度等。

1.4 信號處理分系統

信號處理分系統中的被測單元包括:脈沖壓縮、波束形成、濾波運算、點跡處理、時序處理、恒虛警處理等，主要屬于數字電路單元。信號處理分系統涉及的主要技術指標包括:脈沖壓縮特性、雜波圖和恒虛警等。

1.5 終端分系統

終端分系統中的被測單元包括:通信接口、顯示接口、光柵顯示、數據處理計算機、檢測錄取、波控計算機等，主要屬于數字電路和模擬電路單元。終端分系統涉及的主要技術指標包括數據處理能力等。

1.6 監控分系統

監控分系統中的被測單元包括:遠端測控、PIN接口、SD轉換、信號調理等，主要屬于數字電路單元。監控分系統涉及的主要技術指標包括方位碼輸出功能等。

1.7 伺服分系統

伺服分系統中的被測單元包括:同步翻轉、伺服控制等，主要屬于數字電路和模擬電路單元。伺服分系統涉及的主要技術指標包括天線轉速等。

1.8 電源分系統

電源分系統中的被測單元包括:AC/DC電源、DC/DC電源等，主要屬于模擬電路單元。電源分系統涉及的主要技術指標包括:額定電壓、額定電流、輸出紋波等。

2 系統設計

2.1 總線選擇

VXI總線具有擴展能力強、傳輸速率高、體積小、重量輕等優勢，也是未來自動測試設備使用的主流總線［4］，所以地面情報雷達自動測試設備以VXI總線設備為主，包括:控制機箱、零槽控制器、數字萬用表、數字IO等。某些大功率的測試儀表由于體積和散熱的原因，目前主要還是以基于GPIB總線形式為主［5］。地面情報雷達自動測試設備基本上都是作為固定設備使用，一般不需要進行快速移動和野外使用，對體積、重量的要求相對較低，所以從性價比的角度考慮，仍然選擇了一定數量的GPIB總線儀器。

因此，地面情報雷達自動測試設備最終采用了以VXI總線為主、GPIB總線為輔的混合總線形式。

2.2 組成概述

地面情報雷達自動測試設備主要包括:混合測試臺、射頻測試臺、控制臺、返修臺等。我們根據地面情報雷達被測單元的功率、功能等特點，劃分為數字電路、模擬電路、射頻電路等單元。針對不同的被測單元，由相應的測試臺執行自動測試任務。

2.3 混合測試臺

混合測試臺主要有VXI測試組合(含零槽模塊、數字IO模塊、DA模塊、AD模塊、數字萬用表等)、程控電源設備、電子負載、數字示波器、任意波形發生器、JTAG轉換器等設備。混合測試臺提供數字電路單元、模擬電路單元的測試資源，可以通過JTAG轉換器對數字電路單元進行邊界掃描測試，主要負責信號處理、監控、終端、伺服、電源等分系統被測單元的測試工作。其組成框圖如圖2所示。

圖2 混合測試臺組成框圖

2.4 射頻測試臺

射頻測試臺主要有VXI測試組合(含零槽模塊、數字IO模塊、數字萬用表等)、程控電源、數字示波器、任意波形發生器、射頻信號源、頻譜分析儀、矢量網絡分析儀、微波開關等設備。射頻測試臺提供射頻電路單元的測試資源，主要負責發射、接收等分系統被測單元的測試工作。其組成框圖如圖3所示。

圖3 射頻測試臺組成框圖

2.5 控制臺

控制臺是自動測試設備的控制中樞和人機交互的主要界面，主要由主控計算機、打印機等組成。主控計算機包括顯示器、計算機主機、鍵盤及鼠標等設備，提供 GPIB、LAN、VXI、USB等總線接口。還配有一臺UPS，可以在臨時斷電時給主控計算機供電。

2.6 維修臺

返修臺主要用于經過測試臺檢測出故障并定位到器件的被測單元進行元器件的拆除和更換。當需要返修的高密度封裝器件使用手工工具無法實現返修時，可以使用返修臺，根據設定好的工藝參數進行修理。

3 關鍵技術研究

3.1 具有人工智能的故障診斷策略

自動測試設備的主要功能是排除被測單元的故障，從而實現被測單元的可用性。因此，自動測試設備中所使用的故障診斷策略是自動測試設備設計中的關鍵技術。隨著計算機技術和人工智能的發展，智能化故障診斷策略在自動測試設備中得到了推廣和應用。

具有人工智能的故障診斷策略是指模擬人類的思維方式，將各種知識融入診斷過程，可以實現對于復雜設備的故障預測和診斷［6］。故障診斷分析系統主要由人機接口、知識獲取、診斷知識庫、用戶數據庫、推理機等模塊組成，框圖如圖4所示。

圖4 人工智能診斷策略框圖

3.2 邊界掃描技術

隨著大規模集成電路技術的發展，芯片的集成度越來越高，電路板的層數越來越多。電路板復雜性的增加給傳統的測試方法提出了嚴重挑戰，為了解決這些問題，聯合測試行動組(JTAG)于1987年提出一種電路測試方法，稱為邊界掃描技術［7］。

邊界掃描技術的核心思想是通過在芯片管腳和芯片內部邏輯電路之間增加由移位寄存器構成的邊界掃描單元，實現測試向量的加載以及測試響應向量的捕獲［8］。邊界掃描測試的典型流程包括:掃描鏈測試、互聯測試和存儲器測試等。

邊界掃描測試系統由軟件和硬件設備組成。硬件包括邊界掃描測試控制器和以太網接口。軟件采用層次化和結構化的思想，自頂向下劃分模塊，包括輸入處理模塊、功能處理模塊、輸出處理模塊，又可以具體劃分為信息輸入、文本編譯、故障診斷、測試學習、測試數據等軟件子模塊。其軟件模塊組成框圖如圖5所示。

圖5 邊界掃描軟件組成框圖

4 結束語

自動測試設備已經成為地面情報雷達的重要組成部分，是保障其修理、維護的基本手段，同時也是雷達裝備發揮威力的保障，對提高部隊裝備水平和作戰能力具有重要的意義。總之，自動測試設備領域的應用前景非常廣泛，對其研究具有非常重要的實際意義。

［1］吳道慶.地面對空情報三坐標雷達技術發展研究［J］.現代雷達，2008，30(11):1－4.

［2］夏勇.地面情報雷達自動測試系統研究［D］.北京:北京航空航天大學，2012.

［3］丁鷺飛，耿富錄.雷達原理［M］.西安:西安電子科技大學出版社，2006:1－10.

［4］劉勁松.基于VXI總線技術的自動測試系統研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學，2008.

［5］曹乃森，王春光，劉秀娟.基于PXI總線的機載導航設備通用自動測試系統設計［J］.機電產品開發與創新，2010，23(6):122－124.

［6］李云松，任艷君.智能診斷技術發展綜述［J］.四川軍工學報，2010，31(4):122－125.

［7］曲偉.基于IEEE1149標準的電子裝備可測試性設計技術研究［J］.計算機測量與控制，2010，18(12):2710－2712.

［8］李彬，張強，任焜，唐寧.航天器可測試性設計研究［J］.空間控制技術與應用，2010，36(5):13－17.