一種精密跟蹤雷達(dá)的ATE設(shè)計

李 龍 胡振平 萬 軍

(中國兵器裝備集團(tuán)(成都)火控技術(shù)中心 成都 611731)

0 引言

作為防空火控雷達(dá)的單脈沖精密跟蹤雷達(dá)，是近程防御系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭“信息化”、“數(shù)字化”的迅速發(fā)展[1]，各新技術(shù)、新器件(集成電路)和新工藝應(yīng)用于雷達(dá)裝備的設(shè)計制造中，雷達(dá)總架構(gòu)及其分機(jī)的設(shè)計實現(xiàn)愈加精細(xì)和復(fù)雜[2-3]，雷達(dá)各項戰(zhàn)技指標(biāo)和自動化程度越來越高，對雷達(dá)的可靠性提出了更高的挑戰(zhàn)，這給雷達(dá)故障的快速、準(zhǔn)確檢測提出了更高的要求。跟蹤雷達(dá)主要由天饋線系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、接收機(jī)、信號處理、頻率綜合器、伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和控制終端等組成，隨雷達(dá)設(shè)備使用年限增加，貯存環(huán)境不同以及工作溫度濕度變化等因素的影響，雷達(dá)各組成都有可能出現(xiàn)故障，一個簡單的故障就可能影響雷達(dá)的目標(biāo)跟蹤性能。為使雷達(dá)性能在其工作期間處于規(guī)定的技術(shù)范圍內(nèi)，需采用相應(yīng)手段對其工作狀態(tài)進(jìn)行快速準(zhǔn)確地檢測、故障定位和排除，以確保雷達(dá)全壽命周期的良好作戰(zhàn)狀態(tài)[4-7]。針對跟蹤雷達(dá)裝備保障需求，基于其自身資源，給出了一種精密跟蹤雷達(dá)的ATE檢測方法，通過某精密跟蹤雷達(dá)的工程試驗驗證了其有效性，適用于雷達(dá)設(shè)備的后期檢測維護(hù)，可幫助維護(hù)人員快速準(zhǔn)確判斷故障的原因，提高故障診斷的效率。

1 主要組成及功能

集各電子和機(jī)械設(shè)備于一體集成度越來越高的精密跟蹤雷達(dá)，隨防御系統(tǒng)轉(zhuǎn)換各陣地，由于所處地域、溫度、濕度等環(huán)境差異大，增加了設(shè)備出現(xiàn)故障的可能，導(dǎo)致雷達(dá)的故障具有隨機(jī)性和不確定性。雷達(dá)工作狀態(tài)的實時監(jiān)測和故障的快速定位、排除，是保證雷達(dá)可靠、穩(wěn)定工作的重要條件[8-9]。

基于跟蹤雷達(dá)自身資源設(shè)計的ATE檢測主要由雷達(dá)設(shè)備、便攜式工裝(加固便攜式電腦)、連接線纜及檢測軟件(用戶界面)組成，是在其自身硬件設(shè)備的支持下完成的，主要功能是實現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)的實時測試和故障診斷維護(hù)，通過檢測雷達(dá)電氣參數(shù)指標(biāo)、工作狀態(tài)指示，可在線對雷達(dá)的工作狀態(tài)、故障檢測點進(jìn)行實時監(jiān)測和診斷。詳述如下：

1)實時監(jiān)測

在雷達(dá)工作時，完成對雷達(dá)系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合狀態(tài)的實時自動檢測即實時監(jiān)測。實時監(jiān)測是在雷達(dá)工作過程中，依據(jù)各分系統(tǒng)及組合的BIT信息，對雷達(dá)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和功能檢查，并將故障隔離至可更換單元LRU(組合或功能組件)。通過實時監(jiān)測以確定雷達(dá)是否處于正常狀態(tài)，為操控手做出雷達(dá)能否繼續(xù)作戰(zhàn)的決定提供依據(jù)。

2)測試維護(hù)

在雷達(dá)非戰(zhàn)時，完成對雷達(dá)系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合的功能全面檢查、故障自動定位，發(fā)現(xiàn)并提示故障即測試維護(hù)。維護(hù)和維修測試是非實時測試，是在雷達(dá)非戰(zhàn)時，通過多種方法(測試方法庫)檢查測試，對雷達(dá)分系統(tǒng)進(jìn)行全面的功能、性能檢查測試和各組合的功能測試，發(fā)現(xiàn)并指示雷達(dá)系統(tǒng)、組合和LRU的故障顯示，對設(shè)備故障診斷定位，為維護(hù)人員很好的定位問題提供幫助，提高故障修護(hù)的效率。

2 檢測流程及過程

雷達(dá)系統(tǒng)的實時測試和故障診斷維護(hù)是一個較復(fù)雜的過程，只有對雷達(dá)信號流程和特點進(jìn)行準(zhǔn)確分析，才能實現(xiàn)對雷達(dá)狀態(tài)ATE檢測方法的全面準(zhǔn)確設(shè)計[10]。跟蹤雷達(dá)的ATE檢測主要由雷達(dá)各分系統(tǒng)及組合內(nèi)部節(jié)點、CAN總線和控制終端用戶人機(jī)界面組成，檢測實現(xiàn)流程如圖1所示。數(shù)據(jù)處理(通訊控制)負(fù)責(zé)采集雷達(dá)系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合之間的BIT信息和功能性能檢測信息，雷達(dá)內(nèi)部節(jié)點通訊采用串口實現(xiàn)；數(shù)據(jù)處理(通訊控制)將雷達(dá)設(shè)備的實時監(jiān)測信息BIT經(jīng)CAN總線送至用戶的控制終端，也可將雷達(dá)設(shè)備的實時監(jiān)測信息BIT和功能性能檢測信息經(jīng)以太網(wǎng)絡(luò)送至用戶完成圖形化顯示。

圖1 ATE檢測實現(xiàn)流程示意圖

在雷達(dá)戰(zhàn)時工作過程中，通過CAN總線方式實時收集雷達(dá)各分系統(tǒng)及組合的BIT信息，實現(xiàn)對雷達(dá)設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測；在雷達(dá)非戰(zhàn)時工作過程中，檢測軟件(用戶界面)經(jīng)便攜式工裝通過外接網(wǎng)線連接于雷達(dá)設(shè)備，實現(xiàn)對雷達(dá)系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合的測試維護(hù)。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 檢測界面

跟蹤雷達(dá)的ATE檢測方法軟件開發(fā)工具使用Visual C++ 10.0，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2010[11]。用戶軟件界面如圖2所示，主要由BIT信息(實時監(jiān)測)和ATE檢測(功能、性能檢測信息)兩大部分組成。

BIT主要為雷達(dá)各分系統(tǒng)及組合(含TR組件、頻率綜合器、接收機(jī)、信號處理、伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和電源)的實時監(jiān)測信息；ATE檢測主要含組件接收通道檢測、組件發(fā)射移相器檢測、組件發(fā)射功率檢測、信處功能檢測、頻綜功能檢測、電源電壓檢測、接收通道增益控制檢測、SDI視頻功能檢測和雷達(dá)接收通道性能檢測，為雷達(dá)系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合的功能全面檢查、故障自動定位，發(fā)現(xiàn)并提示故障。

圖2 ATE檢測界面示意圖

3.2 檢測性能分析

1)組件接收通道檢測

組件接收通道檢測是對雷達(dá)接收通道(含頻綜、檢測網(wǎng)絡(luò)、耦合器、TR組件R支路、接收機(jī)和信號處理)的性能(幅度)進(jìn)行檢測，主要是針對TR組件R支路的性能。組件接收通道檢測時，測試信號由頻綜經(jīng)檢測網(wǎng)絡(luò)鏈路各組成分機(jī)進(jìn)入信號處理，以某一TR組件為例，測試信號沿圖3中加粗虛線方向進(jìn)行。

圖3 接收通道檢測流程示意圖

檢測開始時，頻綜按測試時序的節(jié)拍生成測試RF(射頻)信號。RF信號沿檢測網(wǎng)絡(luò)(單刀雙擲開關(guān)K1、四功分器和耦合器)耦合進(jìn)TR組件R支路，再入接收機(jī)進(jìn)行混頻、低噪放和中頻濾波處理后輸出IF(中頻)信號至信號處理，信號處理對IF信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、下變頻以及數(shù)字正交解調(diào)，獲得I、Q信號，分離出各通道的測試響應(yīng)，通過計算逐一得到每個通道的幅度參數(shù)。以某精密跟蹤雷達(dá)的調(diào)試過程為例，接收通道的幅度實測數(shù)據(jù)可看出， TR組件R支路接收增益一致性較高，且接收通道鏈路硬件差別不大。接收通道正常時，其測得的幅度值相差不大；若某一接收通道性能衰減或異常，此接收通道測得的幅度值明顯降低。因此，將各通道多次檢測的幅度測量數(shù)據(jù)作相對歸一化處理取差值，作為基準(zhǔn)值存入數(shù)據(jù)庫，依據(jù)合適門限(如3 dB)即可判定某一組件是否異常，并給出故障提示和維護(hù)建議，如圖4所示。

圖4 組件接收通道檢測結(jié)果(故障提示和維護(hù)建議)示意圖

2)組件發(fā)射移相器檢測

組件發(fā)射移相器檢測是對雷達(dá)TR組件T支路的移相器移相功能進(jìn)行檢測，基于雷達(dá)自身資源的收發(fā)通道共用檢測網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)雷達(dá)發(fā)射通道(含頻綜、TR組件T支路、耦合器、檢測網(wǎng)絡(luò)、接收機(jī)和信號處理)檢測實現(xiàn)。組件發(fā)射移相器檢測時，測試信號由頻綜經(jīng)檢測網(wǎng)絡(luò)鏈路各組成分機(jī)進(jìn)入信號處理，以某一TR組件為例，測試信號沿圖5中加粗虛線方向進(jìn)行(注：組件發(fā)射移相器檢測需在外場進(jìn)行)。

圖5 發(fā)射通道檢測流程示意圖

圖6 組件發(fā)射移相器檢測結(jié)果(故障提示和維護(hù)建議)示意圖

3)組件發(fā)射功率檢測

組件發(fā)射功率檢測是對雷達(dá)TR組件T支路的性能進(jìn)行檢測，其測試信號和檢測流程同“組件發(fā)射移相器檢測”。以某精密跟蹤雷達(dá)的調(diào)試過程為例，將各通道多次檢測的幅度測量數(shù)據(jù)作相對歸一化處理取差值，作為基準(zhǔn)值存入數(shù)據(jù)庫，依據(jù)合適門限(如3 dB)即可判定某一組件發(fā)射功率是否異常，同樣給出故障提示和維護(hù)建議(注：組件發(fā)射功率檢測需在外場進(jìn)行)。

4)信處功能檢測

信處功能檢測是對雷達(dá)信號處理的功能進(jìn)行檢測。檢測開始時，信號處理內(nèi)部自我模擬產(chǎn)生移動目標(biāo)回波，將原始視頻送至用戶控制終端，通過人為觀測AR視頻顯示的目標(biāo)回波(如圖7所示)是否正常，即可判定信號處理功能是否異常。

圖7 AR視頻(目標(biāo)回波)示意圖

5)頻綜功能檢測

頻綜功能檢測是對雷達(dá)頻率綜合器的功能進(jìn)行檢測。檢測始時，頻率綜合器內(nèi)部自我模擬產(chǎn)生移動目標(biāo)回波，經(jīng)檢測網(wǎng)絡(luò)、耦合器、TR組件R支路、接收機(jī)和信號處理，將原始視頻送至用戶控制終端，通過人為觀測AR視頻顯示的目標(biāo)回波(如圖7所示)是否正常，即可判定頻率綜合器功能是否異常。

6)電源電壓檢測

電源電壓檢測是對雷達(dá)設(shè)備輸入電源的電壓是否正常進(jìn)行檢測。檢測開始時，經(jīng)電源內(nèi)部檢測電路對輸入電源的電壓與正常標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對，即可判定電源電壓是否異常，并給出故障提示，如圖8所示。

7)接收通道增益控制檢測

接收通道增益控制檢測是對雷達(dá)接收機(jī)的自動增益控制(AGC)功能進(jìn)行檢測，其測試信號和檢測流程同“組件接收通道檢測”。以某精密跟蹤雷達(dá)的調(diào)試過程為例，通過增益指令(MGC)控制接收機(jī)的增益，分別對應(yīng)增益0 dB、10 dB和20 dB。經(jīng)計算逐一得到每個通道的幅度參數(shù)，以增益0 dB的接收檢測幅度為基準(zhǔn)，通過計算幅度差得到其余兩次增益的實測幅度值(如增益10 dB的實際幅度值ΔE=E10-E0)。取實測幅度值與理論幅度值之差(ΔE-10)，依據(jù)合適門限(如2 dB)即可判定接收機(jī)的AGC功能是否異常。

8)SDI視頻功能檢測

SDI視頻功能檢測是對雷達(dá)原始視頻(SDI視頻)的功能進(jìn)行檢測。檢測始時，原始視頻內(nèi)部自我模擬產(chǎn)生移動視頻信號，將原始視頻信號送至用戶控制終端，通過人為觀測AR視頻顯示的視頻信號是否正常，即可判定原始視頻功能是否異常。

9)雷達(dá)接收通道性能檢測

雷達(dá)接收通道性能檢測是對雷達(dá)系統(tǒng)接收通道(含頻綜、檢測網(wǎng)絡(luò)、耦合器、TR組件R支路、接收機(jī)和信號處理)的性能(幅度、相位)進(jìn)行檢測，其測試信號和檢測流程同“組件接收通道檢測”。以某精密跟蹤雷達(dá)的調(diào)試過程為例，將各通道多次檢測的幅度、相位測量數(shù)據(jù)作相對歸一化處理取差值，作為基準(zhǔn)值存入數(shù)據(jù)庫，依據(jù)合適門限(如3 dB、5°)即可判定某一接收通道是否異常。

4 結(jié)束語

為滿足某精密跟蹤雷達(dá)的檢測維修需求，保證雷達(dá)工作的可靠性和維修性能，在對其工作原理及過程分析的基礎(chǔ)上，基于雷達(dá)設(shè)備自身資源，給出了一種ATE檢測方法，可實現(xiàn)雷達(dá)設(shè)備的快速、實時監(jiān)測和測試維護(hù)，大幅提升雷達(dá)故障的分析、定位和維修能力。某精密跟蹤雷達(dá)工程試驗表明，該檢測方法具有測試過程安全、操作簡單、故障快速定位等優(yōu)點，降低了雷達(dá)維護(hù)保障的難度和成本，為裝備檢測維修提供了強(qiáng)有力的支持和保障。