便攜式相控陣雷達自動測試系統(tǒng)

楊先超,任 超,熊 函,王 凱

（國營第七八三廠，四川綿陽，621000）

便攜式相控陣雷達自動測試系統(tǒng)

楊先超,任 超,熊 函,王 凱

（國營第七八三廠，四川綿陽，621000）

相控陣雷達的工作狀態(tài)多，測試工作量大，在設備交付用戶使用后，缺少一種在外場就能對設備參數(shù)進行檢測的便攜式自動測試系統(tǒng)。文章介紹的相控陣雷達自動測試系統(tǒng)，將板卡式的系統(tǒng)控制模塊、儀器模塊集成到一個PXI機箱中，并研制一套專用軟件對設備參數(shù)進行自動測試。該自動測試系統(tǒng)重量輕、體積小，非常便于攜帶。

便攜式；相控陣雷達；自動測試

0 引言

由于相控陣雷達具有波束快速掃描、波束形狀捷變、多波束形成等技術特點，使相控陣雷達得到了廣泛的運用。要充分發(fā)揮相控陣雷達的這些特點，對其發(fā)射/接收通道幅相參數(shù)的控制和測試尤為重要。

對幅相參數(shù)測試通常采用離散標準儀器進行手工測試，如網絡分析儀，信號源、功率計、頻譜分析儀、脈沖碼型發(fā)生器等，這種測試方式在測試前準備工作量大、手工測試數(shù)據(jù)量不足、測試效率極低、對測試人員技能要求高等問題。進一步的改進測試方法是將上述離散標準儀器組裝到測試機柜中，并采用GPIB等接口進行相連，通過工業(yè)計算機控制各儀器實現(xiàn)自動測試，這種測試方式設備成本高、機柜體積大、重量重，測試地點的靈活性受到限制。

PXI（PCI extensions for Instrumentation，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴展）是為滿足對復雜儀器系統(tǒng)的需求而推出的一種開放式工業(yè)標準，它提供一個基于PC的兼具高性能和低成本的測量與自動化系統(tǒng)部署平臺。使用PXI平臺開發(fā)新一代相控陣雷達自動測試系統(tǒng)可克服以上缺點。

1 系統(tǒng)硬件組成

自動測試系統(tǒng)由三個基本組件構成：PXI機箱、系統(tǒng)控制模塊和外設模塊。

PXI機箱：為系統(tǒng)控制模塊和外設模塊提供安裝插槽，含有包括PCI總線、時鐘與觸發(fā)總線的高性能PXI背板，實現(xiàn)系統(tǒng)控制模塊、各外設模塊之間控制與通信。

系統(tǒng)控制模塊：位于機箱最左邊的系統(tǒng)控制器插槽，可選具有標準桌面PC的遠程控制器或高性能嵌入式控制器，用于運行自動測試軟件以實現(xiàn)自動測試過程和數(shù)據(jù)分析處理。

外設模塊：PXI作為一個開放的業(yè)界標準，有來自PXI系統(tǒng)聯(lián)盟多個成員的豐富產品提供選擇，如模擬輸入/輸出、總線接口與通信、數(shù)字信號處理、功能測試與診斷、儀器、開關等等。自測試系統(tǒng)使用的外設模塊有功率測試模塊、示波器模塊、信號分析模塊、脈沖碼型產生模塊、信號產生模塊、網絡分析模塊。

自動測試系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 自動測試系統(tǒng)組成

另外：增加一臺顯示器，與系統(tǒng)控制模塊相連，進行操作系統(tǒng)、外設模塊界面、自動測試軟件的顯示；增加一臺穩(wěn)壓電源，為功耗較大的被測件提供工作電源；定制一個自帶滾輪和伸縮拉桿的儀器運輸箱，滿足外場測試時攜帶方便的需求。

2 參數(shù)測試方案

相控陣雷達的測試參數(shù)主要有發(fā)射通道幅相參數(shù)（發(fā)射功率、發(fā)射脈沖特性、相位一致性、移相步進等）、接收通道幅相參數(shù)（接收增益、接收相位一致性、移相步進等）、駐波、噪聲系數(shù)等。通常相控陣雷達各通道均含有移相器、衰減器，若移相器為6位數(shù)字移相器，則含26=64種狀態(tài)，若衰減器為5位數(shù)控衰減器，則含25=32種狀態(tài)，并且相控陣雷達屬寬帶雷達，需對帶內各工作頻點進行測試，因此由移相器、衰減器、工作頻點組成的測試狀態(tài)非常多，手工測試時無法全狀態(tài)進行測試，發(fā)射/接收通道幅相參數(shù)的全狀態(tài)測試必須采用編程自動測試方式。駐波、噪聲系數(shù)由于測試過程簡單，仍采用手工測試方式。

2.1 發(fā)射通道幅相參數(shù)測試

2.1.1 發(fā)射功率、發(fā)射脈沖特性

本項測試主要對相控陣雷達的發(fā)射峰值功率，脈沖特性如上升沿、下降沿、脈寬、平坦度等進行測試。相控陣雷達通常采用脈沖功率放大器，因此需采用脈沖碼型發(fā)生模塊對信號產生模塊和被測件進行脈沖同步，采用功率測試模塊進行功率測試，測試過程使用的相關模塊為系統(tǒng)控制模塊、功率測試模塊、脈沖碼型發(fā)生模塊、信號產生模塊。測試框圖如圖2所示。

圖2 測量框圖

自動測試過程為：

a.系統(tǒng)控制模塊將被測件控制相應的工作狀態(tài)（工作頻點、移相器移相值、衰減器衰減值等）；

b.系統(tǒng)控制模塊設置信號產生模塊狀態(tài)（外觸發(fā)方式、信號激勵電平、信號頻率等）；

c.系統(tǒng)控制模塊控制脈沖碼型產生模塊產生兩路相關的離散脈沖，一路用于觸發(fā)信號產生模塊輸出射頻信號，另一路用于控制被測件收/發(fā)狀態(tài)；

d.射頻信號由信號產生模塊輸出至被測件，經被測件移相、衰減、放大后輸入功率測試模塊，系統(tǒng)控制模塊讀取功率測試模塊發(fā)射功率、發(fā)射脈沖特性參數(shù)，存儲并送顯示器顯示；

e.系統(tǒng)控制模塊更換被測件和信號產生模塊的工作狀態(tài)，完成所有工作頻點、移相器移相值、衰減器衰減值、信號激勵電平等狀態(tài)的測試。

2.1.2 發(fā)射相位一致性、發(fā)射移相步進

本項測試主要對相控陣雷達的各個發(fā)射通道的同一控制狀態(tài)的相位一致性、單個發(fā)射通道移相器移相步進量進行測試。同樣需要采用脈沖碼型發(fā)生模塊對網絡分析模塊和被測件進行脈沖同步，測試過程使用的相關模塊為系統(tǒng)控制模塊、脈沖碼型產生模塊、網絡分析模塊。測試框圖如圖3所示。

圖3 測量框圖

圖4 測試框圖

自動測試過程為：

a.系統(tǒng)控制模塊將被測件控制相應的工作狀態(tài)（工作頻率、移相器移相值、衰減器衰減值等）；

b.系統(tǒng)控制模塊設置網絡分析模塊狀態(tài)（外觸發(fā)方式、信號激勵電平、信號頻率、相位測試方式等）；

c.系統(tǒng)控制模塊控制脈沖碼型產生模塊產生兩路相關的離散脈沖，一路用于觸發(fā)網絡分析模塊輸出射頻信號，另一路用于控制被測件收/發(fā)狀態(tài)；

d.射頻信號由網絡分析模塊輸出至被測件，經被測件移相、衰減、放大后輸入網絡分析模塊，系統(tǒng)控制模塊讀取網絡分析模塊發(fā)射相位參數(shù)，存儲并送顯示器顯示；

e.系統(tǒng)控制模塊更換被測件和網絡分析模塊的工作狀態(tài)，完成所有工作頻點、移相器移相值、衰減器衰減值、信號激勵電平等狀態(tài)的測試。

2.2 接收通道幅相參數(shù)測試

本項測試主要對相控陣雷達單個接收通道的增益、各個接收通道的同一控制狀態(tài)的相位一致性、單個接收通道移相器移相步進量進行測試。接收通道幅相的測試可采用連續(xù)波測量方式，因此僅需采用網絡分析模塊即可完成測試，測試過程使用的相關模塊為系統(tǒng)控制模塊、網絡分析模塊。測試框圖如圖4所示。

自動測試過程為：

a.系統(tǒng)控制模塊將被測件控制相應的工作狀態(tài)（工作頻率、移相器移相值、衰減器衰減值等）；

b.系統(tǒng)控制模塊設置網絡分析模塊狀態(tài)（內觸發(fā)方式、信號激勵電平、信號頻率、幅度/相位測試方式等）；

c.射頻信號由網絡分析模塊輸出至被測件，經被測件移相、衰減、放大后輸入網絡分析模塊，系統(tǒng)控制模塊讀取網絡分析模塊接收幅度/相位等參數(shù)，存儲并送顯示器顯示；

d.系統(tǒng)控制模塊更換被測件和網絡分析模塊的工作狀態(tài)，完成所有工作頻點、移相器移相值、衰減器衰減值等狀態(tài)的測試。

2.3 駐波的測量

主要使用網絡分析模塊對駐波進行測試，測試前需對網絡分析模塊進行校準，測試過程簡單，直接從網絡分析模塊上讀取工作頻帶內的駐波數(shù)據(jù)即可，因此駐波的測量采用手動測量方式。

2.4 噪聲系數(shù)的測量

主要使用信號分析模塊對噪聲系數(shù)進行測試，測試前需對信號分析模塊進行校準，測試過程簡單，直接從信號分析模塊上讀取工作頻帶內的噪聲系數(shù)數(shù)據(jù)即可，因此噪聲系數(shù)的測量采用手動測量方式。

3 軟件設計

對被測件、各外設模塊的控制通過自動測試軟件實現(xiàn)。自動測試軟件運行于系統(tǒng)控制模塊上，以Visual C#進行開發(fā)，主要分為外設模塊初始化、被測件控制、測試參數(shù)配置及自動測試、數(shù)據(jù)存儲與顯示、數(shù)據(jù)分析與報表生成等功能模塊。軟件的用戶界面如圖5所示。

圖5 自動測試軟件用戶界面

外設模塊初始化：提供外設模塊的配置、連接等功能，確保各外設模塊運行受控。

被測件控制：提供自動測試系統(tǒng)與被測件間的接口配置、被測件控制命令的下發(fā)功能，用于自動測試時對被測件的控制。

測試參數(shù)配置及自動測試：

a.提供自動測試參數(shù)如工作頻率、移相值、衰減值、激勵電平等的配置，可采用直接修改配置列表框值的形式，亦可采用讀取配置文件加載配置參數(shù)的方式。通過配置測試參數(shù)，可方便剪裁自動測試狀態(tài)，加大自動測試靈活性；

b.提供發(fā)射/接收通道幅相參數(shù)測試流程，該流程根據(jù)配置參數(shù)自動循環(huán)工作狀態(tài)進行測試，并采用一鍵式按鈕，操作簡捷。

數(shù)據(jù)存儲與顯示：提供TXT、EXCEL等形式文件數(shù)據(jù)接口，在測試過程中將測試數(shù)據(jù)自動保存到本地文件中，可對文件進行加密，確保外場測試數(shù)據(jù)的安全性。測試過程中同時可將測試曲線同步顯示在軟件界面，方便對測試過程進行監(jiān)控。測試后亦可讀取本地文件，解密后在軟件界面顯示，還原測試過程。

數(shù)據(jù)分析與報表生成：測試完畢后，調用本地文件中的測試數(shù)據(jù)，對比被測件指標系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)的正確性、誤差大小，完成被測件性能評估，并以報表形式給出數(shù)據(jù)和分析結果。在設備驗收測試時，可讀取測試數(shù)據(jù)生成驗收報表，避免人工失誤，大大提高了驗收效率。

4 測試系統(tǒng)特點

隨著儀器技術的發(fā)展，板卡式儀器的指標已經得到了很大提高，部分板卡式儀器的指標已經和獨立儀器相當、甚至優(yōu)于獨立儀器。自動測試系統(tǒng)使用的板卡式儀器指標已完全能滿足相控陣雷達測試需求。

便攜是本自動測試系統(tǒng)最主要的優(yōu)點。由于采用了PXI架構，自動測試系統(tǒng)重量僅25kg左右，體積僅臺式機機箱大小；將多個外設模塊集成到一個機箱中，并采用儀器運輸箱進行包裝，便于管理和運輸。

自動測試系統(tǒng)由于集成了多個不同功能的外設模塊，各外設模塊可單獨使用，因此功能豐富、一機多用是自動測試系統(tǒng)的又一特點，其它產品可使用部分模塊完成自身參數(shù)測試。

據(jù)初步估計，該自動測試系統(tǒng)的成本價格比采用離散獨立儀器方式搭建測試系統(tǒng)的成本價格低5～10倍，有利于降低相控陣雷達的研制保障成本。

5 結論

便攜式相控陣雷達自動測試系統(tǒng)滿足雷達測試需求，體積小、重量輕、成本低，特別適合相控陣雷達外場保障維護和內場生產驗收使用。

[1]張光義,趙玉潔.相控陣雷達技術[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.

[2]朱亮宇.相控陣雷達自動測試系統(tǒng)的設計[D].南京:南京理工大學,2009.

[3]余振坤,鄭新.一種微波脈沖大功率器件的幅相測試方法[J].現(xiàn)代雷達,2002,3:60～62.

[4]National Instruments.PXI:The Industry Standard Platform for Instrumentation [EB/OL].http://www.ni.com/whitepaper/3889/en/,2014-02-24.

楊先超（1983.8—）男，籍貫：四川瀘縣，2006年畢業(yè)于電子科技大學。研究方向：相控陣雷達系統(tǒng)設計與測試系統(tǒng)設計；

任超（1991.2—）男，籍貫：四川綿陽，2013年畢業(yè)于電子科技大學。研究方向：波束控制系統(tǒng)設計；

熊函（1988.11—）男，籍貫：重慶酉陽，2014年畢業(yè)于四川大學。研究方向：波束控制軟件設計與系統(tǒng)測試；

王凱（1992.10—）男，籍貫：山東濰坊，2014年畢業(yè)于重慶大學。研究方向：波束控制軟件設計與系統(tǒng)測試。

Automatic test system for portable phased array radar

Yang Xianchao,Ren Chao,Xiong Han,Wang Kai
（State seven eight three plant,Sichuan Mianyang,621000）

The phased array radar automatic test system, card system control module, instrument module integrated into a PXI chassis, and developed a set of special software automatic testing of equipment parameters. The automatic test system is of light weight, small size, easy to carry.

portable; phased array radar; automatic test