雷達數字監控插件的實現與測試

□ 王明輝

中國電子科技集團第三十八研究所 合肥 230088

1 研究背景

中高空目標指示三坐標雷達監控系統是現代雷達實現整機系統工作狀態監測、自動控制、遙控、遙測、圖像監視，并向智能化無人值守方向發展的重要組成部分[1]。雷達監控系統主要用于實時監視雷達整機系統的工作狀態，遙控開關發射機，遙控天線驅動裝置的工作模式，協助整機進行干擾分析和雷達受干擾時自動跳頻，發生故障時進行報警提示等[2-3]。

數字監控插件是雷達監控系統的一個重要組成部分，由于其位于天線頂部的監控分機內，不便于外場測試，因此筆者研究了對其硬件電路進行測試的方法。

2 數字監控插件的功能和組成

數字監控插件具有以下功能：采集天線陣面各單元的工作狀態數據，通過RS 422總線送至監控分機的第一塊監控插件，再由此監控插件送至計算機，上報至光柵顯示；通過相反的流程，雷達系統接收光柵顯示下達的控制命令，控制開關發射組件等。在PC 104計算機模塊（BPC-Y5041L-B）和低電壓晶體管邏輯電路信號輸入輸出模塊的相互作用下，可以控制相關的晶體管邏輯電路接口狀態。在PC104計算機模塊和差分信號輸入輸出模塊的相互作用下，可以對各個差分信號接口進行故障狀態采集與控制操作。在PC104計算機模塊和EMM-4M-XT通信擴展模塊的相互作用下，可以與外界進行串口通信。在PC104計算機模塊和模擬信號輸入模塊的相互作用下，可以處理輸入的環境溫度模擬信號，并經過RS422總線送至主控分機的主控計算機，再送至光柵顯示。

數字監控插件的結構如圖1所示。

圖1 監控插件結構示意圖

3 硬件電路工作原理

3.1 低電壓晶體管邏輯電路端口設置

數字監控插件的命令控制和故障狀態采集，主要通過設置插件上的可擦除可編程邏輯器件控制各個端口的方向控制管腳來實現。以數字監控插件的第一個端口為例，具體設置如圖2所示。

圖2 低電壓晶體管邏輯電路端口設置

（1）故障狀態采集的設置。D1的1號腳（1OE）為低電平，48號腳（2OE）為低電平，這樣就可以監測輸入信號。

（2）命令控制輸出的設置。D1的25號腳（3OE）為低電平，24號腳（4OE）為低電平，這樣就可以輸出控制信號。

3.2 差分信號端口設置

監控對外有56路差分信號接口，每一路接口均可任意配置輸入、輸出。差分信號輸出接口可以輸出所需型式的門套、方波信號，以及可以作為通用異步收發傳輸器控制口使用。差分信號輸入接口可以監測輸入的差分信號電平，經計算機和可擦除可編程邏輯器件處理后，上報至光柵顯示。具體的方向控制由可擦除可編程邏輯器件輸出方向控制管腳來實現。以數字監控插件的第一個差分接口為例，具體設置如圖3所示。

（1）輸入端口使能端的設置。D7的4號腳（1，2EN）為高電平，12號腳（3，4EN）為高電平，這樣就可以監測輸入信號。

（2）輸出端口使能端的設置。D21的4號腳（1，2EN）為高電平，12號腳（3，4EN）為高電平，這樣就可以輸出控制信號。

圖3 差分信號端口設置

3.3 微處理器模塊

BPC-Y5041L-B是與IBM-PC/AT標準完全兼容的高可靠、高集成度PC 104計算機模塊，采用高性能、低功耗嵌入式專用處理器，主頻為500 MHz，主板包含直接內存存取控制器、中斷控制器、定時器、實時時鐘、256 MB DDR內存，外部有4個串口、1個10 Mbit/100 Mbit自適應網口、2個通用串行總線2.0接口，以及陰極射線管顯示器接口、便攜式數據存儲設備插座、硬盤驅動器接口[4]。

BPC-Y5041L-B的設計充分考慮了惡劣環境下的應用，采取了多種措施，確保系統在各種應用環境中均能穩定、可靠、高效的運行[5]。它采用工業級器件，高智能布線系統，應用防靜電及抗干擾電路，盡可能地降低功耗，提高了可靠性及寬溫操作能力。此外，還專門為嵌入式應用在單板上設計了一系列附加特性，使功能大大增加[5]。

3.4 通信擴展模塊

EMM-4M-XT通信擴展模塊具有高性能特性，無需任何驅動程序就可擴展系統的COM3、COM4、COM5和COM6接口，可根據需要通過板上的跨接跳線，自由選擇RS 232、RS 422或RS 485通信協議，自由設定BIOS/DOS中規定的擴展串行通信口地址。對于每個通信口的中斷請求，也可以通過板上的跨接自由選擇[6]。

4 測試方法

數字監控插件供電有兩種方式：一是直接插入監控分機210芯插座供電，觀察監控界面插件的狀態，紅色為故障，灰色為串口不通，綠色為正常；二是通過XS15插座外接5 V電源直接供電。計算機模塊在DOS系統下運行TRANS測試程序，如圖4所示。在被測試芯片的輸入端發送寫信號，測試程序檢測輸出端的讀信號是否一致，并測試4個串口的收發通道。測試數據10s變換一次，使數據位全部覆蓋，保證測試的準確性[7]。測試數據界面如圖5所示。

圖4 測試程序執行界面

圖5 測試數據界面

（1）數字輸入輸出接口測試。數字輸入輸出接口包括晶體管邏輯電路輸入輸出接口和RS 422輸入輸出接口。測試時主要利用插件自身的自閉環設計，無需任何外部接線。用中央處理器模塊對數字輸入輸出接口分別注入邏輯0、邏輯1信號，并回讀對比，即可判斷相應接口電路是否正常[8]。

（2）插件熱測試。插件熱測試主要利用MAX6673數字式板載溫度傳感芯片完成。如圖6所示，MAX6673芯片支持單5 V或3.3 V供電，直接輸出脈沖寬度調制溫度檢測脈沖，由現場可編程門陣列完成解算后直送PC104計算機模塊。測試軟件根據現場可編程門陣列送達的數據進行顯示。一般在實驗室環境下，監控單板測試溫度不超過50℃，否則應檢查該批次印制電路板是否合格[9]。

圖6 數字式板載溫度傳感芯片

（3）串口通信測試。對數字監控插件板載4路RS 422串口進行測試，需要在插件的管腳上進行收、發短接。RS422串口管腳如圖7所示。測試軟件定時發送秒級計時數據，中斷接收串口數據，并在測試界面上進行顯示，可以人工比對收、發數據是否一致[10-11]。

圖7 RS 422串口管腳

（4）插件身份標志號測試。在雷達產品中，共有6塊數字監控插件，硬件完全相同，通過軟件讀取插件身份標志號來選擇不同的執行程序。利用現場可編程門陣列模擬產生插件1～6的地址序列編碼，測試軟件讀取該編碼，并在測試界面上進行顯示，工作原理如圖8所示。

通過上述4個步驟，可以實現對插件的100%測試覆蓋，并在分系統調試之前完成模塊級測試，因而可以減少系統調試時間，提高產品可靠性。

圖8 地址序列模擬工作原理

5 結束語

筆者所述數字監控插件在實際應用中很好地發揮了功能，狀態監視具備極高的準確性和可靠性。通過便捷的測試方法，可以快速檢測數字監控插件的功能及性能。這一數字監控插件及相關測試具有實用推廣價值。

[1] 李春化，張漢祥.雷達監控系統的設計[J].兵工自動化，1994（1）：14-17.

[2] 丁鷺飛，耿富錄，陳建春.雷達原理[M].5版.北京：電子工業出版社，2014.

[3] 都學新，張宏偉，許東兵.數字系統的故障診斷、可測性設計與可靠性[J].火力與指揮控制，2002，27（S1）：61-63.

[4] 呂楊，郗瑩，韓丁丁，等.某雷達終端系統維修軟件的設計與應用[J].火控雷達技術，2002，31（2）：50-60.

[5] 宋小安，曹子劍，王燕.雷達嵌入式測試系統的開發和應用[J].計算機測量與控制，2015，23（11）：3683-3686.

[6] 丁學明，張培仁，徐勇明.通用雷達數字插件測試儀的研制[J].現代雷達，2004，26（2）：6-8.

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

[8] 楊龍祥.雷達數字電路板故障診斷系統研究[J].現代雷達，1994，16（2）：37-43.

[9] 席澤敏.軍用電子裝備數字系統自動測試技術[J].雷達與對抗，2001（1）：20-24.

[10]王建虹.雷達數字電路板故障測試技術研究[J].國外電子測量技術，2010，29（1）：53-55.

[11]王飛.淺析雷達終端系統的調試方法[J].裝備機械，2016（2）：30-31.