船載測控雷達信道系統的BIT設計

邱冬冬，孔德儒，楊 勇

（中國衛星海上測控部 江蘇 江陰214431）

船載測控雷達信道系統的BIT設計

邱冬冬，孔德儒，楊 勇

（中國衛星海上測控部 江蘇 江陰214431）

基于對某船載測控雷達信道分系統的結構組成、功能特點的分析，和對其關鍵環節及器件的研究，劃分了該系統的功能測試模塊。研究了測試功能模塊的BIT實現方式，并最終按照分布式檢測、集中式顯示控制的方案設計信道分系統的BIT系統。

船載測控雷達；信道分系統；BIT；設計方案

隨著測控技術的迅速發展，現代測控雷達的功能越來越多，集成化和數字化程度越來越高，結構也越來越復雜。測控設備的模塊化設計成為必然趨勢，模塊化設計使測控設備的結構更加緊湊、可靠性更高，但如何提高其可測試性和維修性是測控設備面臨的一個重要問題。雷達裝備作為復雜電子裝備，其故障種類多，反映故障的信息復雜，BIT（Built-in Test，機內測試）技術能有效解決其測試性需求。完善的雷達BIT系統能顯著提高雷達的維修保障性，提高雷達的故障維修效率，并能延長雷達的有效作戰時間［1-5］。

文中根據某船載測控雷達系統的結構、功能和測試需求，以雷達的信道系統為對象，研究了其模塊劃分、機內自檢的實現方法和運行流程。

1 某船載測控雷達信道系統組成和BIT功能模塊劃分

某船載測控系統主要由信道分系統、伺服分系統、標校分系統和遙測遙控終端分系統等組成。其中，信道分系統包括高頻接收機、綜合基帶、上變頻器、小環接收機和高功放等設備。信道分系統的主要功能是將接收到的衛星C頻段連續射頻信號進行放大、變頻和解調，把遙控或測距信號進行調制并變頻到射頻段，然后發射至衛星。圖1中虛線框內為信道分系統的結構簡圖。

高頻接收機的功能是，對接收到的C頻段連續衛星信號進行低噪聲放大、混頻放大、濾波、中頻放大等，以把微弱的信號放大并下變頻至中頻之后送往綜合基帶；綜合基帶主要實現對下行中頻信號進行放大、采樣，載波捕獲和跟蹤鎖定，從載波解調遙測副載波和測距信號，檢測方位和俯仰角誤差信號，完成測距或遙控信號副載波加調、去調等功能，而且提供全透明的遠程監控接口，滿足各接口協議；上變頻器將基帶送來的中頻調制信號上變頻至射頻段，然后送往高功放作為激勵源，高功放把射頻信號進行高功率放大之后發射。從高功放耦合回來的一路信號送給小環接收機，經比對之后，結果送至遙測遙控終端分系統。

圖1 某船載C頻段統一測控系統信道設備結構簡圖

在測試性設計中對設備進行模塊劃分，是機內檢測系統對高集成度的設備進行故障檢測和隔離的一個有效的解決途徑，通常有物理劃分和功能劃分兩種模塊劃分方式。合理的劃分設備的模塊或單元，使一個模塊盡量包括一個或多個完整的獨立功能是進行系統BIT設計的關鍵［6-8］。這項工作通常在系統邏輯功能確定后進行，通過劃分將完整的系統分解成幾個較小的、本身可以作為測試單元的子系統。該船載測控雷達的信道分系統處理的信號從射頻到中頻，從模擬到數字，各設備或設備組合的功能劃分明確。按照信號的流程以及各設備完成的功能，對其進行測試功能模塊劃分如下：

1）射頻前端加中頻模擬信號段，也即綜合基帶之前的這一段下行信道部分，信號在這一段自上而下完成了低噪聲放大和變頻的處理，采用模擬的處理方式。把這一部分作為一個BIT測試模塊——下行測試模塊。

2）綜合基帶是在70 MHz信號的平臺上綜合處理各類信息，其的功能主要是調制和解調信號，把綜合基帶作為一個單獨的BIT測試模塊——基帶測試模塊。

3）上變頻器和高功放的功能是將基帶送來的中頻信號進行上變頻并使其功率增至千瓦級別。這一段傳輸的信號被稱為上行信號。把上變頻器和高功放設備作為一個BIT模塊——上行測試模塊。

其中，高功放設備是基于有著比較完善的狀態監測、故障檢測、控制和顯示系統的CPI機柜，該機柜提供RS_422對外接口，通過該接口和外圍電路與BIT系統的監控計算機相連接，可以實現對高功放狀態的實時監控，在高功放發生故障時，可以通過監控計算機查詢故障起因。

4）地面監控機柜除了能進行頻率設置、選擇遠控/本控、選擇鏈路、選擇頻標、控制中頻增益等之外，還能顯示下行鏈路、本振、本振功放、LNA-D/C組件的告警信息，為波導開關、同軸開關等提供直流電壓。監控機柜與接收機設備之間的電信號主要是控制電壓、位置信號、告警電壓等低電壓信號。把地面監控機柜作為一個BIT檢測模塊——低壓信號測試模塊。

3 系統BIT設計和運行流程

1）對下行測試模塊和上行測試模塊來說，首先要確定關鍵環節或器件，在這些環節處設置測試點以提取特征信號，從而判斷和隔離故障。測試點是故障檢測及隔離的基礎，測試點選擇的好壞直接影響到被測系統測試性的好壞。合理地確定測試點是BIT系統設計的關鍵［9-10］。

以下行測試模塊的BIT設計為例，信號饋入點和監測點的設置如圖2所示。

圖2 下行測試模塊BIT設計圖

如圖1所示，在和路波導開關與差路波導開關的入口處設置信號饋入點，在各單點失效環節之后設置信號監測點，監測點耦合出一路信號進行監測，將所有監測點采集的功率信息經數據采集卡采集后送往監控計算機進行處理。

2）對低壓信號測試模塊BIT的設計，劃分好告警信號、位置信號、供電信號，在測試電壓量的時候，為了滿足A/D輸入的和減少對原線路的影響，通常采用分壓網絡的方式進行分壓。對上述電纜內傳輸的告警和直流電壓進行監測，經數據采集環節采集信號送往監控計算機處理。

3）常規測試面對的許多印制電路板上電路節點的物理可訪問性正逐步削弱，電路和系統的可測試性急劇下降，常規BIT設計已無法適應如此復雜電子系統的要求。我們設計了一種綜合基帶板卡級BIT的實現方案，主要由微處理器和測試總線控制器SN74LVT8980構成，其結構圖如圖3所示。其中，微處理器通過數據和地址總線以及聯絡信號RDY（已準備）、R/W（讀寫）、STRB（選通）與測試總線控制器SN74LVT8980相連，控制產生1149.1測試總線信號；IEEE1149.1總線中的TDI、TDO與板上IC的TDI、TDO首尾相連，形成掃描鏈，TMS、TCK分別與IC的TMS、TCK相連，控制測試的進行。

圖3 基于邊界掃描板級BIT實現方案圖

由上圖可以看出，本設計方案以微處理器為核心，結構簡單，易于實現。而且，SN74LVT8980是TI專門為嵌入式測試設計生產的測試總線控制器，具有體積小、功耗低、編程容易等優點，應用廣泛。它和微處理器構成的測試系統不僅可靠性高，而且硬件簡單，對原有電路影響小，能方便地嵌入到已有電路板中。該方案的測試流程如圖4所示。

圖4 邊界掃描測試流程圖

本方案以微處理器為核心，依照用戶測試程序，依次完成測試碼生成、控制測試和數據處理等工作，其一般過程為：微處理器將測試命令和數據并行寫入8980，8980完成測試數據的并-串轉換，并將測試數據串行掃入所測電路，然后按照微處理器的測試命令生成TMS序列，控制數據的加載和測試響應的采集，接著串行掃出測試響應，經串-并轉換后存于片內寄存器，由微處理器讀出后進行分析和診斷，從而得到測試結論。

在測試過程中，數據的掃入、加載、捕獲與掃出是由8980按照微處理器的命令自動完成的，這種工作方式使得微處理器的大部分工作時間用來進行數據處理，增強了本方案的測試和故障診斷能力。

本方案通過對微處理器的編程，可以完成掃描鏈完整性測試、芯片間互連測試、芯片功能測試等工作。由于本方案是信道BIT系統的一部分，在此基礎上設計與系統級BIT的接口，實現與其的通訊，以支持完成系統測試。

整個系統BIT模塊化設計，采用分布式檢測、集中式控制和顯示的多機系統方案，這是因為：由于分布式檢測可以深入到各個測試功能模塊的細節上，檢測的覆蓋面 （即故障檢測率）可以做得很高；由于故障檢測的任務被分解到了各個功能模塊，因此可根據各功能模塊自身的特點合理安排和選擇測試方案，即可以實現測試模塊功能和測試性能的統籌兼顧；因為信道設備任何部位發生故障都很有可能影響到整個船載測控系統的運行，只有掌握了整個信道系統設備的運行狀態才有可能做出最優決策，因此BIT系統的顯示和控制采用集中式的，BIT監控計算機作為分布式處理信息的匯合點和控制點。該船載測控雷達信道系統BIT的架構如圖5所示。

圖5 船載C頻段統一測控系統信道BIT的架構圖

各檢測模塊一般的運行流程圖如圖6所示。

圖6 BIT檢測的運行流程圖

4 結 論

文中在分析某船載測控雷達信道系統的信號流程、設備結構組成和各設備的功能特點的基礎上，研究了其關鍵環節和器件，劃分了測試功能模塊，針對每個模塊分別設計了BIT測試的方法。最后，根據每個模塊的BIT測試方案，設計了整個船載C頻段統一測控系統的信道分系統的BIT方案，并研究了其運行流程。本方案可顯著的增加船載C頻段統一測控系統信道系統的測試性和故障診斷能力、縮短維護時間、降低維護成本并提高系統的可靠性。

［1］姚家令.雷達智能BIT故障預測系統［D］.重慶：重慶大學，2012.

［2］奚全生，黃考利，高風岐，等.基于BIT的導彈測試與診斷技術［J］.計算機測量與控制，2011，19（4）:743-745.

［3］薛凱旋.基于BIT技術的搜索雷達天線穩定系統故障診斷系統［J］.兵工自動化，2007，26（10）:79-81.

［4］王寧，姬憲法，路通.邊界掃描的BIT在某新型機載雷達中的應用［J］.火力與指揮控制，2008，33（4）：111-113.

［5］溫熙森，徐永成.智能理論在BIT設計與故障診斷中的應用［J］.國防科技大學學報，1999，21（1）:96-100.

［6］邱云萍，王琳，王學偉，等.電路板故障診斷的多總線自動測試技術研究［J］.電子設計工程，2012，20（10）:61-64.

［7］朱彥青，程緒建，董振旗.多總線兼容的板級測試系統設計［J］.電子設計工程，2011，19（14）:64-67.

［8］陳新忠.雷達機內測試（BIT）系統的設計［J］.電子測量技術，2008，31（3）:134-137.

［9］王香，汪遠銀，徐忠錦.機載電子設備BIT技術研究［J］.國外電子測量技術，2014，33（8）:57-60.

［10］初曉軍，張乃慶，張欣.機載雷達BIT設計研究［J］.航空電子技術，2013，34（4）:23-26.

Channel system BIT design of a shipborne TT&C radar

QIU Dong-dong，KONG De-ru，YANG Yong
（China Satellite Maritime Controlling and Tracking Department，Jiangyin 214431，China）

The structure composition and function characters ofa shipborne TT&C radar channelsystem was introduced in this paper，the key linksand deviceswere studied，then the function testmoduleswere divided.The realizationmethod of function testmodules were researched，and finally the BIT system was designed which used distributed detection and centralized display and controlscheme.

shipborne TT&C radar；channel system；BIT；design scheme

TN99

A

1674－6236（2016）20-0110-03

2015-11-05 稿件編號：201511050

邱冬冬（1985—），男，安徽渦陽人，碩士，工程師。研究方向：航天測控。