某型無線電雷達高度表綜合檢測系統的實現

摘 要： 根據某型無線電雷達高度表二線檢測儀技術性能及使用要求，介紹了以工控機計算機和PXI總線為系統核心而研制的綜合檢測系統，包括該系統總體結構組成和各模塊的設計思路。通過凌華PCI?9112多功能高速數據采集卡和信號調理電路對檢測信號進行采集處理，完成了微波組件和控制電路以及檢測系統的上位機軟件的設計。該設計實現了簡便友好的人機交互系統，已經在航空檢測中使用并驗證具有很高的實用價值。

關鍵字： 高度表； PXI總線； 模擬距離； 模擬速率

中圖分類號： TN964?34； TP29 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）01?0031?03

0 引 言

無線電雷達高度表是一種常用在航天、航空等領域中的技術復雜的無線電設備。它裝配在飛行設備上用于測量和顯示其與地面之間高度的設備，其性能決定了航空縱向航路控制的品質。根據教學、訓練需要，保證無線電雷達高度表的測量數據準確可靠，就必須對其進行定期的檢定和檢測，以便發現問題排除故障。因此，按照科研、院校對無線電雷達高度表的檢測要求和二線測試、維修的需要而研制的檢測設備，能夠完成該型無線電雷達高度表收發機和動圈式指示器、伺服式指示器的測試，并有判斷、隔離的功能。

1 檢測儀系統的組成

由于本檢測系統主要針對機載無線電雷達高度表的性能檢測，為航天裝備修理服務，并考慮到要覆蓋其他機種的各種型號，被測對象的可檢測性較差等特點，該檢測儀采用PCI總線在儀器領域擴展的PXI總線技術，穩定性高、功能完善、總線速度快的虛擬儀器體系結構。選用PXI通用檢測模塊凌華數據采集卡PCI?9112，PCI?9112是基于32位PXI總線主控功能的PCI總線的即插即用PCI卡，廣泛用于Linux和Windows下的數據采集，支持VC++、Delphi、VB等多種編程語言，具有16通道12位模擬輸入，2通道12位模擬量輸出，采樣頻率可達110 kHz的A/D采樣頻率。該系統在研制專用的檢測適配器，編寫完善的軟件系統，以此來構成綜合檢測系統。系統由距離速率模擬器、微波模塊、控制模塊、電壓采集與輸出部分、系統軟件，控制臺六部分組成，其總體結構圖如圖1所示。

2 檢測儀硬件設計

2.1 模擬距離

模擬距離部分由計數器、波形產生、波形整形三部分組成，工作流程如圖2所示。

計數器部分采用50 MHz的晶體振蕩器分別在計數器三個通道的時鐘輸入端輸入。由單片機控制信號控制計數器的開啟和關閉，計數器預先置為計數方式，計數值已預先設置，當計數器計到計數值時，便輸出一個正向脈沖。計數器通道0作為T0脈沖源，計數器通道1作為Tx脈沖源。T0、Tx脈沖重復頻率為10 kHz，計數器計數值為5 000，其周期正好為100 μs。兩計數器通道輸出脈沖的時間間隔表示了高度的數值。

圖1 某型無線電高度表綜合檢測儀結構圖

圖2 模擬距離、速率工作原理圖

波形產生部分，由計數器部分產生負向脈沖到54F221芯片，經過調整電位器可產生寬度可調，同步的正向脈沖。

波形整形部分，從波形產生器產生的正、負向脈沖，前沿不滿足技術指標的要求，經過高速器件的整形，使脈沖的上升沿和寬度均滿足了要求，并且幅度可調，工作原理如圖3所示，輸入的波形分為兩路，一路經非門延遲一定時間，另一路直接到與門和延遲的波形相與，由于54F04、54F08均為高速器件，創建時間僅為納秒級，所以相與后的前沿時間極小，出來的波形經小功率三極管放大后，輸出到設備端口。

圖3 波形整形示意圖

2.2 模擬速率的設計

模擬速率部分由快鋸齒波、慢鋸齒波、波形產生、波形整形及功率放大五部分組成，工作流程如圖4所示。

圖4 模擬速率原理圖

快速鋸齒波產生部分，單片機控制計數器的開啟，當單片機置計數器為允許計數后，計數器開始對20 MHz信號計數，當計滿255個數后，進位信號經過或門到D觸發器，使觸發器產生一高電平使計數器清零，等待下一個允許計數信號，計數器輸出端接在高速存儲器的地址端，存儲器依次存儲了從0～255的數值，當計數器開始計數時，其計數輸出端使輸出從0～255地址單元依次輸出，即輸出數據也為0～255，該數據接在PXI總線上通過PCI?9112使得輸出的模擬信號也從小到大依次變化，產生一個高速的鋸齒波，鋸齒波長度為12.8 μs，重復頻率由計數通道2控制，通道2的輸出波形周期為100 μs，所以便產生了一個重復頻率為100 μs的快鋸齒波。

慢鋸齒波的產生，由PCI?9112卡中的12位DAC芯片根據單片機的控制輸出模擬信號，DAC芯片的輸入數據從0～4 095依次增加時，輸出一個鋸齒波，輸入數據速度快，輸出波形的斜率變大的慢鋸齒波。

Tx的產生，快、慢鋸齒波輸出到比較器的兩端輸入端，當慢鋸齒波電壓高于快鋸齒波電壓時，輸出低電平，當快、慢鋸齒波電平相等時，輸出由低電平跳變為高電平，該跳變沿經波形產生電路使生成一個寬度受控制的脈沖，即為Tx脈沖，慢鋸齒波幅度逐漸增加或減小，Tx相對T0的延遲使增加或減小，從而模擬了高度的增加或減小，而慢鋸齒波斜率的大小，模擬了飛機上升或下降的快慢。工作原理如圖4所示。

2.3 微波模塊的設計

微波模塊主要由微波開關、程控衰減器、延遲線等部件組成。微波模塊是用于構成雷達高度表在實驗室環境下的一個射頻控制通道，即對雷達高度表輸出的信號進行衰減延遲后將信號送到高度表接收端，是高度表測試的關鍵部分。通過對微波通道的控制可以判斷發射機的發射功率是否符合指標以及檢測接收機在低高度和高高度的靈敏度，其測量連接如圖5所示。

2.4 控制模塊的設計

檢測控制器主要由電源控制電路、狀態控制電路和輸出電路組成，現將其主要電路的工作原理介紹如下：

圖5 微波模塊連接框圖

電源控制電路由交流115 V和直流27 V電源輸入接口控制。通過本電路可以把高度表系統所需的交、直流電壓輸給其收發機和指示器，并能對收發機、指示器所消耗的27 V電源加到收發機上并控制收發機單獨工作，而不需要115 V電源。在對收發機和指示器進行檢測和調整時，通過本電路把兩者交連并可利用指示器上的電源開關，控制交流115 V來接通整個系統的電源，同時控制收發機和指示器工作。

狀態控制電路主要用于控制雷達高度表的工作狀態，選擇對動圈式或者伺服式指示器的檢測，以及測量系統要求的電壓。檢測儀根據測試要求把檢測到的電壓接通到調理電路、A/D轉換器和PXI系統總線。調理電路首先根據檢測對象變換量程，使其在A/D轉換器的變換范圍之內，變換后的數字信號經過處理由系統軟件換算成實際的電壓值進行顯示。因此通過本檢測儀可對該型雷達高度表系統進行全面的測試。

采集與輸出電壓部分通過PCI?9112高速數據采集卡。當采集正電壓時，經過繼電器的選擇，從分壓電阻出來的電壓經PXI總線輸入到凌華9112卡，把輸入的信號轉化成數字信號后，供上位機讀取數據。當需要電壓輸出時，輸出電路按照系統要求輸出-40～0 V和0～20 V電壓信號，通過在上位機軟件設置電壓值，軟件通過PXI總線，經過PCI?9112卡，在信號調理電路控制下產生電壓信號，經過運算放大器放大產生系統需要的測量電壓。

3 檢測儀系統軟件設計

滿足檢測系統的具有完善的自檢功能，軟件具有自測性，采樣、輸出部分是通過凌華數據采集卡應用程序開發包的基礎上通過上位機軟件完成人機對話、顯示測量數據、完成工作狀態的控制、自動測試選擇的項目、查詢打印測試結果等。該檢測儀采用在LabWindows/CVI環境中開發，在Windows XP平臺下運行方便可靠，主控程序流程圖如圖6所示。檢測程序需要包括工作狀態檢測子程序，高度檢測子程序等。自動檢測程序則是將各個手動檢測子程序全部依次執行一遍，方便操作編程簡單。如圖7所示為模擬距離測試子程序流程圖。該系統軟件特點：采用圖形化的功能菜單和虛擬化的儀器控制面板，模塊化配置，擴展靈活，便于更換和維修，軟件結構可重復應用，檢測設備可互換，而且極大地降低了成本。

圖6 主控程序流程圖

圖7 模擬距離測試子程序

4 運行結果

無線電雷達高度表綜合檢測系統軟件結構簡單，采用模塊化配置，擴展靈活，軟件結構可重復應用，檢測設備可互換，而且極大地降低了成本。經過對被測對象的嚴格測試運行，該系統工作正常，該系統上位機運行界面如圖8所示。

圖8 上位機軟件運行界面

5 結 論

通過對某型無電線雷達高度表檢測儀器的研究設計，確保了其測量高度的準確度和精度，改善了測量的工作環境，通過數字化、軟件化實現儀器虛擬化，系統集成了某型雷達高度表設備檢測所需全部儀器的功能，PXI總線嵌入式計算機，具有友好的人?機接口使學習使用變得容易，對于各種檢測系統的設計有很強的實用性，非常適用于組建軍用的復雜ATE系統。

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