某型雷達穩定平臺便攜式檢測儀的設計與實現*

朱秋生 張玉康

（中國人民解放軍91114部隊 上海 200434）

1 引言

某新型艦載雷達穩定平臺用于消除搖擺對雷達天線指向的影響，使天線轉臺始終保持水平，確保雷達測量的精度。穩定平臺伺服系統是一個角度隨動系統，其角度跟蹤精度直接影響整個平臺伺服系統的精度。

該型雷達裝上艦艇后，平臺系統受條件限制，只能手動裝訂數據，檢查平臺工作后能否消除誤差且不產生振蕩，至于平臺的跟蹤精度、角速度、角加速度等則無法測試。因此最常出現的情況是艦艇在碼頭檢查平臺工作正常，一旦出海遇到風浪稍大，平臺工作效果不佳的情況時，很難判斷故障所在，況且平臺能否正常工作還與羅經系統有關，互相推諉的事經常發生。

該檢測儀利用虛擬儀器技術，通過圖形化編程軟件為用戶提供一個友好的軟件面板，完成參數設置、函數調用，產生各種激勵信號通過總線送給被測對象，被測對象送出響應數據經轉換后送給PC機供檢測分析。

2 設計總體思路

該檢測儀主要實現模擬旋變輸出、誤差信號檢測和羅經信號檢測。檢測儀部件模塊主要以旋轉變壓器為被測目標，以DRC軸角轉換技術為基礎信號源，模擬仿真各種運動狀態，通過AD采樣技術采集旋轉變壓器的誤差信號，并伴隨前饋輸出驅動天線跟蹤，液晶顯示面板直觀地將各狀態信息反饋顯示。檢測儀通過信號產生單元分別生成模擬縱橫搖角度信號、旋變前饋信號送至雷達穩定平臺旋變；通過誤差采集單元對穩定平臺旋變產生的縱橫搖誤差信號進行采樣處理，得到當前誤差信息；通過羅經檢測單元采集羅經角度信號、前饋信號和羅經旋變誤差進行數據處理以檢測羅經相關信號是否正常。

3 系統組成

該檢測儀系統中，功能上由軸角轉換單元、誤差采集單元、前饋產生單元、數據處理單元等組成；硬件上由電源板、轉換板、控制板和觸摸式平板電腦等組成。

4 硬件設計

該檢測儀分為縱搖通道、橫搖通道，兩個通道硬件相同，均由電源板、轉換板和控制板組成。

1）電源系統

采用AC-DC轉換模塊，外部電源提供交流220V/50Hz，通過相應AC-DC模塊轉換為+5V，+3.3V，±15V，±45V的電壓供給其他板卡使用。實現原理框圖如圖2所示。

圖1 穩定平臺檢測儀原理框圖

圖2 系統硬件組成框圖

2）轉換板

轉換板由DRC軸角轉換模塊、AD誤差采樣單元和DA前饋產生電路組成，主要實現模擬縱、橫搖旋變角度生成、前饋信號產生和平臺旋變誤差采集，旋變角度由DSC模塊產生、前饋信號采用DAC完成，誤差采集由ADC采樣。

圖3 電源系統組成框圖

設計中采用DSC0516數字-軸角轉換器，將14位高精度數字角度信號按照系統速比要求轉換成旋變模擬角度信號，其參考電壓為115V/400Hz，AD旋變誤差采樣單元選用ADI公司的AD7685芯片實現，該芯片是一款16位、電荷再分配、逐次逼近型模數轉換器（ADC），其采樣精度16位、采樣率最大為250MHz、模擬輸入信號范圍為0～5Vpp，采用10引腳QFN封裝，前饋產生單元采用ADI公司的AD5543芯片實現，該芯片是16位、低功耗、電流輸出、小尺寸數模轉換器（DAC），采用5V單電源供電。

圖4 轉換板組成框圖

3）控制板

控制板主要由RDC軸角轉換模塊、AD采樣單元和FPGA數據處理單元組成，實現羅經角度信號、前饋信號和羅經旋變誤差的檢測。RDC軸角變換單元將接收的羅經角度信號轉換為數字信號送FPGA進行處理，兩路DA采樣單元分別采集羅經旋變誤差和羅經前饋信號送FPGA進行數據處理，并通過串口將處理結果顯示到觸摸顯示屏上。

設計中采用RDC2904軸角-數字轉換模塊，將旋變產生的模擬信號轉換為數字信號，其分別率為16位，具有較高精度和較高跟蹤速率。FPGA作為核心元件完成整個系統的數據處理并通過串口和上位機通信，采用Xilinx公司的XC6SLX9-3TQG144，該邏輯器件內部有9152個邏輯單元，1430個宏單元，可用I/O數量為102，電源電壓為1.14V～1.26V。

圖5 控制板組成框圖

4）人機交互模塊

人機交互模塊采用Touch Panel PC（觸摸式平板電腦），通過串口與底層硬件進行通信，采用QT語言編寫的交互軟件在嵌入Windows XP操作系統上運行，實現友好的人機交互界面。

5 軟件設計

1）FPGA邏輯編程

FPGA邏輯編程采用VHDL語言進行，VHDL語言主要用于描述數字系統的結構、行為、功能和接口，是標準化的硬件描述語言。FPGA的邏輯描述為上位機與FPGA通過RS232串口實現數據交換，FPGA解析上位機發出的指令，驅動相關模塊執行該指令并將執行情況向上位機反饋。

2）應用程序設計

圖6 平臺檢測儀應用軟件功能模塊組成

應用軟件基于Windows XP操作系統，采用跨平臺開發語言QT進行開發。應用軟件主要由基本參數設置、旋變測試、羅經檢測和測試報告生成等功能模塊組成，如圖7所示，其工作流程如圖8所示。

圖7 檢測儀應用程序流程

檢測儀應用軟件按功能模塊組織界面，“設置”區域主要設置上、下限角度和速比，前饋信號AC/DC可切換，還可設置校零信息；“羅經”區域主要完成羅經角度、誤差和前饋的檢測；“旋變”區域主要選擇旋變輸出的階躍、步進、等速和正弦運動狀態，輸入相關參數執行測試；圖形顯示區域用來顯示誤差電壓和旋變輸出曲線。

6 結語

該檢測儀不僅能模擬海上搖擺情況，同時通過對回傳的信號實時進行分析。通用性好，只需對接口電路改裝和軟件修改就可應用到其他雷達平臺系統，有效提高了維修檢測效率和維修質量。