適用于機載電子偵察設備的自動校準測試系統設計

仇雅芳，吳 健，劉 琳

(中國電子科技集團公司第51研究所，上海 201802)

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適用于機載電子偵察設備的自動校準測試系統設計

仇雅芳，吳 健，劉 琳

(中國電子科技集團公司第51研究所，上海 201802)

對機載電子偵察設備的技術指標進行自動測試，是研制開發、批量生產、綜合保障和戰時維護中必不可少的手段。在簡述研制自動測試系統背景及意義的基礎上，首先對面向機載電子偵察設備的自動校準測試系統進行了總體設計，介紹了系統組成和工作原理,給出了誤差校準總體思路，對誤差校準工作流程進行了詳細闡述。然后對自動測試軟件組成及各模塊的功能進行了闡述，對自動測試系統的工作流程進行了詳細說明。最后通過對電子偵察設備測頻和測向能力的測試，驗證了面向機載電子偵察設備的自動校準測試系統的可行性。調試結果表明，面向機載電子偵察設備的自動測試極大提高了機載電子偵察設備性能測試的工作效率和設備測向精度，同時避免了微波輻射對測試人員身體的傷害。

電子偵察；自動測試；誤差校準；測向

0 引 言

機載電子偵察設備可對敵雷達信號輻射源進行截獲、識別、分析和定位，以獲取戰術部隊所需的情報[1]。在敵方威脅即將到來時能夠及時提供告警信息，并引導干擾設備對敵方雷達系統進行電子攻擊[2]。如何對機載電子偵察設備的性能進行測試，對系統性能進行科學合理的分析，則是研制機載電子偵察設備時需要重點考慮的問題。

目前，對機載電子偵察設備的性能測試主要是通過測試人員手動來完成，這種手動操作儀器和紙質記錄數據不但效率低下，而且測試人員整個身體都裸露在微波輻射的環境之下，這對測試人員身體的傷害是十分巨大的[3]。為克服現有技術的不足，這里研究并設計了一種適用于機載電子偵察設備的自動測試系統。同時考慮在實際工程中，由于制造工藝和裝配等問題總會造成各通道間相位響應不一致，信道失衡，最終會對電子偵察系統測向性能產生嚴重影響[4]，故自動測試系統還兼顧了誤差校準功能。論文從系統總體構成、誤差校準、系統軟件組成、系統工作流程等幾個方面對自動測試進行了詳細闡述，結合自動測試結果對自動測試、誤差校準的可行性進行分析和說明。

1 系統總體設計

面向機載電子偵察設備的自動測試系統主要由雷達信號模擬器、發射天線、網絡交換機、伺服控制器、工控計算機、伺服轉臺和設備安裝架等幾部分組成，自動測試系統總體結構圖如圖1所示。為了防止外界信號及信號反射對系統測試造成影響，被測機載電子偵察設備、雷達信號模擬器、發射天線、伺服轉臺和設備安裝架被安置在微波暗室內，網絡交換機、伺服控制器和工控計算機被安置在工控室。雷達信號模擬器為電子偵察設備提供所需的各種形式的雷達信號，雷達信號通過發射天線對外輻射。伺服轉臺可以根據工控機的控制旋轉任意角度，從而考核電子偵察設備的測向能力，通過安裝支架將電子偵察設備安裝在伺服轉臺上。工控計算機、伺服控制器、雷達信號模擬器通過網絡交換機組成局域網，設備之間的通訊遵循傳輸控制協議/英特網互連協議(TCP/IP)[5]。

圖1 面向機載電子電子偵察設備的自動測試系統總體結構圖

在圖1中的工控計算機上裝有基于Labwindows/CVI的自動測試軟件，測試人員依據雷達對抗設備驗收時所需考核的各種雷達信號，在自動測試軟件上設置好各種雷達信號所對應的相關參數。待自動測試軟件運行后，工控計算機把相關參數通過網絡交換機轉發給雷達模擬器。雷達模擬器依據收到的相關參數信息自動產生對應的雷達信號并通過發射天線將產生的雷達信號發射出來。機載電子偵察設備安裝在設備安裝架上，測試人員在工控計算機的自動測試軟件上設置好電子偵察設備旋轉角度信息。待自動測試軟件運行后，工控計算機把角度信息通過網絡交換機轉發給伺服控制器，伺服控制器將收到的角度參數信息轉換成RS-232C標準并發送給伺服轉臺。伺服轉臺按照收到的角度信息帶動機載電子偵察設備進行旋轉。機載電子偵察設備的接收天線探測到發射天線發出的雷達信號后，經過測量和計算得到該雷達信號的相關參數的測量值以及來波到達方位角度的計算值，機載電子偵察設備通過網絡交換機將上述測量值和計算值上報給工控計算機。工控計算機上的自動測試軟件將機載電子偵察設備的上報值進行統計和計算并和雷達模擬器的設置值以及伺服轉臺旋轉角度值進行對比，最終判定機載電子偵察設備的相關指標是否達到設計要求，判定結果及測試的詳細信息在自動測試主界面上顯示。

2 誤差校準

機載電子偵察設備瞬時工作頻帶屬于窄帶系統，可以認為其相位誤差不隨頻率變化，即各通道只有一個相位誤差因子[5]。因此，只要在中心頻率上進行校準即可，而不考慮帶內頻率特性失配。然而，當接收機覆蓋一個寬頻段時，不平衡度將是頻率的函數，也就是說接收通道在不同的頻率下會對應有不同的相位偏移。因此，對于機載電子偵察設備這樣一個寬帶系統，需要在其每個頻段內記下其對應的相位偏移，最終形成一個相位校準表。

機載電子偵察設備校準總體思路為：將接收通道在整個信號帶寬內分頻段處理，用校準源信號對每個頻段分別進行窄帶校準，再將相位誤差存入存儲器。當接收機工作時，查表進行校準。考慮到器件老化、工作環境變化及維護操作等問題，系統在使用過程中每隔一段時間還要進行一次自動校準。

自動校準系統主要由雷達信號模擬器、發射天線、路由器、機載電子偵察設備等幾個部分構成。自動校準系統的工作過程為：首先將相位測試校準設備按圖1進行搭建，借助激光器使得發射天線方向和系統天線陣軸線一致，打開雷達信號模擬器確認整個鏈路暢通。

在圖1所示的工控計算機上裝有基于Labwindows/CVI的自動控制軟件，在進行相位校準測試時，測試人員將2～18GHz頻段范圍內的雷達信號以10MHz為間隔抽取測試點,并將這些點記錄在樣本表格中。待自動測試軟件運行后，工控計算機把樣本表格中記錄的頻點通過路由器轉發給雷達模擬器。雷達模擬器依據收到的相關參數信息自動產生對應的雷達信號,并通過發射天線將產生的雷達信號發射出來。

機載電子偵察設備在接收到雷達模擬器發出的雷達信號后，經過測量和計算就可確定出電子偵察系統在法線方向上針對各個頻點的相位誤差。在自動控制軟件的控制下,系統軟件自動將上述相位差記錄發送給工控計算機，工控計算機對相位差進行記錄和存儲,并最終形成相位校準表。待整個頻段測試完成后，自動控制軟件將相位校準表傳輸回機載電子偵察設備，并將系統切換至工作模式，對機載電子偵察設備法線方向上的測向能力進行驗證。機載電子偵察設備誤差校準工作流程圖如圖2所示。

圖2 誤差校準工作流程圖

3 軟件設計

機載電子偵察設備的自動測試系統軟件利用Labwindows/CVI開發環境進行設計，軟件運行在工控計算機上，軟件的組成框圖如圖3所示。自動測試系統軟件主要完成對雷達模擬器、伺服轉臺的控制,同時完成電子偵察設備與工控計算機之間的交互，將電子偵察設備上報的偵察結果進行數據統計，并與儀器設置值進行對比分析。

圖3 機載電子電子偵察設備的自動測試系統軟件組成圖

通訊管理模塊是整個測試系統的通訊橋梁，測試系統與雷達模擬器的通訊、測試系統與電子偵察設備的通訊、測試系統與轉臺伺服系統的通訊都通過通訊管理模塊來完成。測試系統與雷達模擬器的通訊、測試系統與電子偵察設備的通訊都遵循TCP/IP協議，測試系統與轉臺伺服系統通訊遵循RS422協議。

儀表控制模塊主要完成對雷達模擬器的控制，按照電子偵察系統研制總要求，產生與研制總要求匹配的雷達模擬信號。具體來說儀表控制模塊主要完成對產生雷達模擬信號模式的控制，如可以控制產生連續波或脈沖信號等等，同時儀表控制模塊還可以對雷達模擬信號的工作參數進行控制與修改，如可以修改雷達模擬信號的頻率、脈寬、重復周期、功率等。

轉臺控制模塊主要完成測試系統與轉臺伺服系統間的交互等工作。具體來說轉臺控制模塊主要完成對轉臺轉動角度和轉動速度的控制。

設備控制模塊主要完成測試系統與電子偵察系統間的交互工作。具體來說設備控制模塊主要完成對電子偵察系統工作模式的控制，對電子偵察系統工作頻段的控制，偵察結果的上報控制等。

報表生成模塊主要完成對測試表格的管理工作。具體來說報表生產管理模塊主要對測試樣本表進行解析，控制自測系統將電子偵察系統上報的偵察結果按照測試結果格式進行記錄。

面向機載電子偵察設備的自動測試系統軟件工作流程如圖4所示。

圖4 面向機載電子電子偵察設備的自動測試系統軟件工作流程圖

利用Labwindows/CVI開發環境開發的面向機載電子偵察設備的自動測試系統軟件主界面如圖5所示。

圖5 面向機載電子電子偵察設備的自動測試系統軟件主界面

4 測試系統調試結果及分析

機載電子偵察設備對雷達信號頻率的測量是其重要的功能，由于機載電子偵察設備工作頻段很寬(0.8～18GHz)，所以傳統人工對機載電子偵察設備測頻能力的考核十分繁瑣，耗時也十分長。利用本文介紹的自動測試系統，以100MHz為一個步長，3min就可以完成0.8～18GHz范圍內所有頻點的測試和統計，測試系統依據測頻結果獲得的測頻誤差曲線如圖6所示。

圖6 測頻誤差曲線圖

機載電子偵察設備對雷達信號方位的測量也是其核心功能，對來波方位的傳統人工測量主要依靠人工移動雷達信號模擬器或電子偵察設備，這種做法不但費時費力，而且測試人員還存在被微波輻射的危險。利用本文介紹的自動測試系統，依據轉臺轉動所帶來的電子偵察設備和發射天線間的相對運動，通過轉臺轉動角度和電子偵察設備上報的測量角度就可以對電子偵察設備的測向能力進行定量分析。利用本文介紹的自動測試系統，讓伺服轉臺在215°～325°范圍內轉動，依據電子偵察設備上報的測向結果，獲得電子偵察設備在215°～325°范圍內測向誤差曲線如圖7所示。

圖7 測向誤差曲線圖

為了驗證誤差校準的可行性，在進行誤差校準時，記錄下校準前和校準后測向數據，根據校準前后的測向數據得到校準前后測向誤差曲線如圖8、圖9所示。

從圖8可以看出校準前測向誤差較大，誤差曲線趨于發散。從圖9可以看出校準后測向誤差得到明顯改善，誤差曲線基本在±0.8°之間波動。

圖8 校準前測向誤差曲線

圖9 校準后測向誤差曲線

5 結束語

介紹了一種適用于機載電子偵察設備的自動測試系統，該系統能夠自動完成對機載電子偵察設備的性能指標的測試，整個過程無需測試人員全程參與，該系統極大地提高了機載電子偵察設備性能測試工作效率，同時還避免了微波輻射對測試人員身體的傷害，誤差校準功能為機載電子偵察設備的高精度測向和無源定位提供了強有力的保障，促進了電子偵察設備鑒定試飛的順利進行。

[1] 趙國慶.雷達對抗原理[M].西安：西安電子科技大學出版社，1999.

[2]ROCKWELLDL.AirborneRWR/ESMforecast:strongpast,growingfuture[J].TheJournalElectronicDefense，2009,11(5):28-34.

[3] 賴根,肖明清，夏銳，等.國外自動測試系統發展現狀綜述[J].探測與控制學報，2005,27(3):26-29.

[4] 肖秀麗.干涉儀測向原理[J].中國無線電,2006(5):43- 49.

[5] 謝東.干涉儀測向技術研究[D].成都:四川大學,2003.

DesignofAutomaticCalibrationTestSystemforAirborneElectronicReconnaissanceEquipment

QIUYa-fang,WUJian,LIULin

(51stResearchInstituteofCETC,Shanghai201802,China)

Automatictestofthetechnicalindexesforairborneelectronicreconnaissanceequipmentisanessentialmeansforresearchanddevelopment,batchproduction,syntheticalguaranteeandwartimemaintenance.Basedonbrieflydescribingthebackgroundandsignificanceofdevelopingautomatictestsystem,thispaperfirstlyperformsoveralldesignofautomaticcalibrationtestsystemforairborneelectronicreconnaissanceequipment,introducesthesystemcompositionandoperatingprinciple,thengivesthegeneralideaoferrorcalibration,anddescribestheoperatingflowoferrorcalibrationsystemindetail,thenexpatiatestheautomatictestsoftwarecompositionandthefunctionofeachmodule,introducestheoperatingprocessofautomatictestsystemdetailedly,finally,validatesthefeasibilityofautomaticcalibrationtestsystemforairborneelectronicreconnaissanceequipmentthroughthetestoffrequencymeasurementanddirectionfindingcapabilitytoelectronicreconnaissanceequipment.Testresultsshowthattheautomatictestofairborneelectronicreconnaissanceequipmentgreatlyimprovestheoperatingefficiencyofairborneelectronicreconnaissanceequipmentperformancetestandthedirectionfinding(DF)accuracyofequipment,aswellasavoidesthemicrowaveradiationdamageonthetesterbody.

electronicreconnaissance;automatictest;errorcalibration;directionfinding

2016-04-20

TN

B

CN32-1413(2016)03-0093-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.03.024