雷達收發通道實時監測系統設計與實現

閆永寶，劉健鵬，武 翔，劉明通

（解放軍61191 部隊，杭州 310023）

0 引言

通常，雷達在交付用戶時都有BIT 檢測功能，然而，此功能一般配置不全面，特別是在發射、接收信號通道上缺少信號實時監測設備。當信號通道出現停機性故障時，排查程序異常繁瑣，停機時間較長，嚴重影響雷達值班任務［1-3］。另外，當雷達系統中某個或某些接收通道出現故障時，由于不能及時發現故障情況，常常會導致雷達系統性能下降，影響雷達效能的發揮。實際工作中，常常出現部分接收通道無回波信號和發射通道信號帶寬不足等情況，這會導致雷達系統目標捕獲率下降和測量數據質量降低，而這些情況在現有的雷達監測設備上都無法監測出來［4-7］。本文基于上述問題進行了監測設備系統設計與實現。實際使用過程中發現，本系統使用方便簡潔，自動化程度高，為雷達正常運轉提供了有力的保障。

1 總體方案

系統總體方案如圖1 所示。在信號實時監測系統主控計算機的控制下，微波信號中樞將特定雷達工作信號切換至寬帶示波器或信號分析儀等測試儀器，信號監測系統根據預先的設置對測試儀器的測試參數進行合理設定，即可獲取測試信號的參數，后經過分析、比對等處理后將其存入數據庫。實時監測平臺同時獲取雷達控制計算機和控制保護計算機的多種組播信息，經過信息融合、過濾優化后轉發給工況信息匯總平臺，從而達到實時全面掌握雷達工作狀態的目的。

圖1 系統總體方案

該系統采用雷達信號的自適應監測技術，能夠將雷達的可監測信號接口配置、測量儀器參數配置、信號參數、測試線路插損、測試方法集等復雜信息固化于該監測設備內，通過高效的軟件系統，完成對信號分析儀、示波器、微波信號中樞等設備的合理調度和高效控制，實現對多種信號的快速測試和參數提取，大大提升了該信號監測設備的靈活性和擴展性。

1.1 系統硬件組成

雷達實時狀態監測系統由測試儀器組、測試信號中樞、主控和數據存儲分機、外場天線和云臺等設備組成，它們安裝在同一個機柜中，測試儀器組包 括 N9020A 信 號 分 析 儀、AgilentInfiniiumMSO9404A 數字信號示波器；測試信號中樞主要由電源、多路微波繼電器、驅動控制器、微波連接電纜等組成；主控和數據存儲分機主要由實時監測平臺軟件和信號存儲數據庫組成。

1.2 系統軟件組成

實時監測軟件系統采用組件化和分層設計技術構建，結構清晰，使用方便。系統軟件平臺提供測試資源管理、設備驅動、測試程序管理、文件輸入輸出、數據和信息顯示、數據分析、輔助故障診斷等功能，軟件結構框圖如下頁圖2 所示。

圖2 系統軟件框圖

根據分層設計思想，系統軟件的內部層次結構可分為物理層、抽象層、數據層和應用層。

軟件系統的物理層包括儀器驅動程序、VISA 庫及其他底層驅動程序，提供硬件和儀器的直接驅動。物理層是自動測試軟件的硬件基礎，本層具有很高的穩定性，這樣才能保證測試軟件順利進行硬件測試，本測試軟件的驅動程序采用儀器廠商提供的驅動程序（VISA 及I/O 庫等），以保證硬件能正常和穩定的工作。

抽象層通過軟件完成系統多種復雜功能的抽象，是測試對象的本質。軟件系統的抽象層包括軟件系統的主控核心程序（接口管理程序），由它來解釋、分析用戶的操作，確定軟件系統應調用的功能函數，組織測試流程。

軟件系統的數據層是由儀器參數配置數據、測試信號參數庫、系統配置文件和參數存儲數據庫等構成。

應用層包括系統配置服務程序、用戶交互界面等。應用層通過抽象層的接口來調用數據層和物理層的資源完成系統各項功能。

2 雷達發射和接收通道監測方法

2.1 發射通道監測方法

雷達發射通道由激勵通道、雙工前級、子陣放大、T/R 組件等設備組成。發射通道所需監測的關鍵工作信號主要是前級激勵信號、雙工前放、天線陣輻射等信號特性。測試設備由N9020A 信號分析儀、MSO9404A 示波器、1/16 射頻開關與測試喇叭天線、測試轉臺及控制等組成，發射通道測試框圖如圖3所示。

圖3 發射通道信號測試組成框圖

測試項目主要包括：

1）雷達發射上變頻輸出波形、頻譜、雜散、帶寬及脈沖特性測試與信號分析；

2）雙工前放輸出波形、頻譜、帶寬、雜散及脈沖特性測試與信號分析；

3）子陣放大波形、頻譜、帶寬、雜散、幅度與相位一致性、脈沖特性測試與信號分析測試；

4）天線陣發射近場固定點電磁輻射場強測試、波形、頻譜、帶寬；

5）雷達站周邊電磁干擾輻射信號場強測試、波形、頻譜、帶寬等。

2.2 接收通道監測方法

接收通道在線進行功能測試、性能測試，并進行輔助故障診斷，提供雷達工作時接收通道性能實時監測，其利用開關、寬帶示波器硬件及控制與處理分析軟件組成測試平臺，可實現雷達接收通道在線測試性能參數數據的實時收集和分析。性能測試的實時顯示可簡單直觀地實時掌握雷達接收的性能變化，為實時評估接收通道的性能提供技術保障。測試框圖如下頁圖4 所示。接收通道測試主要包括：通道信號波形、頻譜、幅度、帶內起伏、幅度一致性、相位一致性、隔離度等。

圖4 接收通道信號測試組成框圖

3 系統工作流程

實時監測軟件將監測雷達發射接收通道中多個關鍵節點的工作信號情況，準確判斷存在故障的信號，快速定位相關故障設備。圖5 為監測軟件界面，其工作流程如圖6 所示，研制的原理樣機如圖7所示。

圖5 系統監測軟件

圖6 實時監測軟件工作流程

圖7 雷達實時狀態監測原理樣機

該系統在執行監測前，首先進行系統自檢，確保監測儀器在線，系統具備執行監測任務環境。實時監測平臺通過自檢后，才能執行自動監測或手動監測。信號監測將通過選擇監測信號、設定儀器參數、獲取測試參數、判定測試參數、顯示及存儲測試參數和退出監測，共6 個過程來完成。

本信號監測系統為適應不同監測環境，提供了自動和手動兩種信號監測方式。自動監測模式可在無人值守的情況下，按照既定監測流程完成對發射接收通道內的關鍵工作信號進行自動輪詢監測。手動監測則可對特定工作信號、特定監測點進行不間斷監測。微波信號中樞和通用測試儀器儀表都內置了通用VISA 控制模塊，在執行監測時，實時監測系統通過GPIB 通信總線控制信號中樞，實現多路被測信號的選通監測。同時，該平臺也通過GPIB通信總線與測量儀器通信，調用功能強大的Agilent VISA 儀器驅動引擎來控制儀器，測量得到信號參數。

工作信號的監測數據與門限比較后，在監控窗口實時顯示監測值和判斷結果，并存儲到監測數據庫。當監測值一旦超出門限范圍并觸發報警條件后，軟件將立即實時顯示在監測界面，并發出警報，提示用戶盡快分析查看雷達狀態，確保雷達正常工作。

4 結論

本系統主要用于監測雷達發射與接收通道內關鍵工作信號的工作狀態，為雷達工作狀態的全面在線監測提供重要手段，可以大大提高雷達設備故障的維修效率，減少系統停機時間，充分發揮雷達工作潛力，為判斷雷達系統是否保持最佳工作狀態提供依據。在實際工作中，當雷達某個設備出現問題時，可以快速準確定位故障位置，縮短系統停機時間，保障雷達正常運轉；另一方面，可以通過分析關鍵節點的監測積累數據，完成對雷達關鍵工作部件的性能評估，及時預知有可能會發生故障的部位，從而指導雷達檢修工作，本文設計的系統已應用于某型雷達，并成功發現了多次故障問題。