雷達分機自動測試系統設計

姜 智 ， 王耀華 ， 宋 東 ， 陳 杰

（1.西北工業大學 航空學院，陜西 西安 710072；2.中航飛機西安飛機分公司特設處，陜西 西安 710089）

機載雷達從初期設計、生產到最終交于使用方，涉及人員和單位眾多，一旦雷達在使用過程中發生故障，那么將要付出很大的人力、物力去發現和解決問題。因此，出廠調試機載雷達所采用的維護手段對將來部隊批量裝備后的使用有重要的影響。由于機載雷達系統復雜，設備量大，采用專用設備加手動調試無法勝任系統的測試任務。因此，構造一套機載雷達通用自動測試系統，充分發揮自動測試對武器裝備的生產、調試以及維護保障等支撐作用是十分必要的。

雷達分機是機載雷達的重要組成單元，其中雷達發射機是雷達系統的重要組成部分。本文通過對雷達發射機測試系統信號分析及測試方法的研究，對雷達發射機自動測試系統進行了設計，并通過實驗對測試結果進行了分析，測試結果表明，該雷達分機自動測試系統在提高測試效率和質量、準確發現和定位故障以及降低維修費用方面發揮著極大的作用。

1 機載雷達組成

機載雷達基本組成如圖1所示，它主要由天線/掃描儀、低功率射頻單元、發射機、處理機及顯控系統組成[1]。

圖1 雷達基本組成原理圖Fig.1 The basic composition diagram of radar

天線的作用是將發射機產生的導波場轉換成空間輻射場，并接收目標反射的空間回波，將回波能量轉換成導波場，由傳輸線饋送給雷達接收機。低功率射頻單元接收、放大和處理雷達接收到的回波信號，通過預選、放大、變頻、濾波、解調和A/D變換后形成包含目標幅度、相位等信息的數字或視頻信號，經信號處理和數據處理，顯示相關目標信息。發射機是為雷達系統提供符合要求的射頻發射信號，將低頻交流能量（少數也可是直流電能）轉換成射頻能量，經饋線系統傳輸到天線并輻射到空間的設備。綜合處理機是由幾十個處理器（CPU）組成的多級并行系統，分為信號處理單元和數據處理單元兩個部分[2]。

2 發射機分系統測試方法研究

2.1 發射機分系統組成

發射機一般分為連續波發射機和脈沖發射機，最常用的是脈沖發射機。采用頻率合成技術的主振放大式發射機的原理框圖如圖2所示。

圖2 采用頻率合成技術的主振放大式發射機的原理框圖Fig.2 The functional block diagram of the main vibration amplification transmitter which uses frequency synthesis technology

2.2 發射機分系統信號測試方法研究

發射機分系統信號測試主要是對發射波導信號脈沖包絡特性的測試，指被測設備在規定的工作頻率范圍內處于發射狀態時，天線端口輸出射頻脈沖所具有的包絡特性，一般包括周期、脈沖寬度、前沿上升時間、后沿下降時間、頂降和延遲。

周期是測量50%電平處發射波導信號的脈沖周期；脈寬是測量70%電平處發射波導信號的脈沖寬度；脈沖前后沿總時間是測量10%～90%電平處發射波導信號脈沖前沿及后沿寬度；頂部降落記錄發射脈沖檢波包絡最大幅度Vmax與Vmin最小幅度，計算發射脈沖檢波包絡頂部降落，頂峰=（Vmax－Vmin）/Vmax。 測試方法如圖 3 所示。

雷達的耗電是指被測雷達在開機后，工作于規定的工作方式和工作頻率下，在開啟雷達發射機輻射時雷達的功耗值。在測試時可以通過讀出供電控制臺上的電壓U和電流I來計算測量。功率P=U*I。

2.3 發射機分系統測試用例設計

1）激勵信號

發射機的激勵信號如表1所示。

2）測試信號

發射機的測試信號如表2所示。

圖3 發射機分系統信號測試方法Fig.3 Signal test method of transmitter subsystem

表1 發射機激勵信號Tab.1 Excitation signal of transmitter

3 發射機分機測試系統設計

3.1 雷達自動測試系統總體設計

雷達自動測試系統由待測件（天線/掃描器、低功率射頻單元、發射機和綜合處理機分系統）、通用測試儀器、專用測試儀器、雷達控制柜以及電源控制單元等部分組成，以VXI總線儀器組成為主，以必要的帶有GPIB接口的分離信號源、頻譜分析儀等為高精度測試的補充，該系統安放在儀器設備柜上，完成雷達整機及分機功能和性能的測試[3]，其組成原理圖如圖4所示。

在測試系統上使用活動適配器，可以使不同的雷達分機方便的連接到統一的測試系統平臺上，實現多組件共享測試資源。當有新的待測組件時，僅需更改相應的活動適配器和測試軟件模塊，就可以對雷達分機進行測試，而不需要重新設計測試系統，提高了測試系統的通用性[3－4]。

表2 發射機測試信號Tab.2 Test signal of transmitter

圖4 雷達分機自動測試系統硬件組成框圖Fig.4 The hardware block diagram of radar extension automatic test syste

3.2 發射機分系統測試流程

發射機測試流程為：由微波信號源提供所需頻率和功率的激勵信號，脈沖信號發生器提供調制觸發脈沖，測試信號為發射機的大功率射頻。輸出信號經過定向耦合器衰減后送到脈沖功率計測量峰值功率，用示波器測量峰值功率的視頻檢波信號，萬用表測量各類離散量的ATE狀態信號。由于發射機在輻射狀態下發射功率較大，測試信號時應全程接大功率負載[6-7]。總測試流程如圖5所示。

3.3 發射機分系統測試程序設計

圖5 發射機單元總測試流程Fig.5 The total testing process of transmitter units

主控機控制微波信號源輸出模擬發射激勵信號，脈沖信號源輸出模擬發射觸發信號。分機開初通、全通和輻射，在發射機輻射狀態下，發射波導口接功率計（直接耦合），測試發射波導的功率值、頂降和發射信號品質（上升沿、下降沿，脈寬，周期）；功率計輸出一路觸發信號與引至示波器的發射波導信號測延遲。測試完成，主控機通信雷達控制柜關輻射。在全通狀態下，主控機控制脈沖信號源改變輸出模擬發射觸發信號的脈寬和周期，設置分機開輻射，再次用功率計測量發射波導的功率值、頂降和發射信號品質（上升沿、下降沿，脈寬，周期），示波器測量延遲。測試結束后，輸出結果和報表。測試流程安排如圖6所示：

4 發射機分系統測試及結果分析

發射機是雷達系統的重要組成部分，其性能指標與雷達系統的性能指標關系密切。從雷達系統的角度考慮，對發射機輸出波形的要求項目有：上升沿、下降沿、周期、脈寬、頂降和延遲。測試原理為：發射波導信號直接耦合而不經過開關切換與功率計相連，在發射機輻射狀態下，由功率計測其上升沿、下降沿、周期、脈寬和頂降。測試完成，功率計一方面輸出測試數據，另一方面輸出與發射波導信號同步的觸發信號，并由開關切換至示波器通道。雷達A信號經過系統導引和開關切換，被引至示波器通道，作為基準測量發射信號延遲。實際測試結果如表3所示，均滿足技術指標要求。

表3 發射信號檢波包絡測試結果Tab.3 Transmitted signal envelope detection test results

5 結 論

機載雷達作為飛機航電系統的重要組成部分，對其實現自動化測試對雷達的科研、生產和維護工作具有重要意義。本文通過對發射機分系統的研究與設計，結合先進的自動測試技術，完成了雷達分機自動系統測試的研制、開發和調試，較好的實現了系統原理及其性能、功能指標測試。測試結果表明，雷達發射機分機自動測試系統在提高測試效率和質量、準確發現和定位故障以及降低維修費用方面發揮著極大的作用。為雷達系統的生產和維護提供了重要的保障手段。

圖6 分機發射脈沖包絡檢查流程圖Fig.6 Transmit pulse envelope detection flow diagram

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