某型雷達穩(wěn)定平臺便攜式檢測儀的設計與實現(xiàn)*

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(wěn)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(wěn)定平臺伺服系統(tǒng)是一個角度隨動系統(tǒng)，其角度跟蹤精度直接影響整個平臺伺服系統(tǒng)的精度。

該型雷達裝上艦艇后，平臺系統(tǒng)受條件限制，只能手動裝訂數(shù)據(jù)，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(xiàn)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(tǒng)有關，互相推諉的事經常發(fā)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(shù)設置、函數(shù)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(tài)，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(tài)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(wěn)定平臺旋變；通過誤差采集單元對穩(wěn)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(shù)據(jù)處理以檢測羅經相關信號是否正常。

3 系統(tǒng)組成

該檢測儀系統(tǒng)中，功能上由軸角轉換單元、誤差采集單元、前饋產生單元、數(shù)據(jù)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(tǒng)

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(xiàn)原理框圖如圖2所示。

圖1 穩(wěn)定平臺檢測儀原理框圖

圖2 系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)組成框圖

設計中采用DSC0516數(shù)字-軸角轉換器，將14位高精度數(shù)字角度信號按照系統(tǒng)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(xiàn)，該芯片是一款16位、電荷再分配、逐次逼近型模數(shù)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(xiàn)，該芯片是16位、低功耗、電流輸出、小尺寸數(shù)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(shù)據(jù)處理單元組成，實現(xiàn)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(shù)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(shù)據(jù)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(shù)字轉換模塊，將旋變產生的模擬信號轉換為數(shù)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(tǒng)的數(shù)據(jù)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(shù)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(tǒng)上運行，實現(xiàn)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(shù)字系統(tǒng)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(xiàn)數(shù)據(jù)交換，F(xiàn)PGA解析上位機發(fā)出的指令，驅動相關模塊執(zhí)行該指令并將執(zhí)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(tǒng)，采用跨平臺開發(fā)語言QT進行開發(fā)。應用軟件主要由基本參數(shù)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(qū)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(qū)域主要完成羅經角度、誤差和前饋的檢測；“旋變”區(qū)域主要選擇旋變輸出的階躍、步進、等速和正弦運動狀態(tài)，輸入相關參數(shù)執(zhí)行測試；圖形顯示區(qū)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(tǒng)，有效提高了維修檢測效率和維修質量。