某雷達檢測維修設備開發與技術研究

肖開健 李萬玉 游 俊 周 洪

(1.西安電子工程研究所 西安 710100;2.西安市射頻綜合仿真重點實驗室 西安 710100)

0 引言

隨著技術的發展, 近年來列裝部隊的雷達都采用了較為先進的技術,數字化、集成化程度越來越高,造價昂貴。當雷達發生故障后,立即失去了作戰效能。當雷達產品發生故障后,及時修復雷達裝備故障,保持雷達裝備正常工作,對于保障戰爭勝利至關重要。如果單一依靠雷達本身的自檢系統(BIT),但由于受系統的設計的可靠性和成本的限制, 雷達BITE功能很有限,實際上很難達到很高的故障檢測率和隔離率, 無法滿足雷達產品維修的需要。

因此研究開發高效的維修檢測設備,提供雷達的綜合檢測、診斷和維修能力很有必要。

本文以某雷達維修為研究對象,研制開發了包括雷達總站、信號處理系統、頻率綜合系統、伺服系統等檢測設備。主要用于搜索雷達、跟蹤雷達總站標定和功能驗證,搜索雷達天線座、穩定跟蹤器、信號處理機、頻綜、接收機、數據處理機等系統模塊或分系統進行預防性維修期間以及更換部分單元后,對其進行功能、性能檢測、故障檢測、隔離、定位等,為現場檢測、維修、調試和交驗提供便捷條件。該產品以智能、簡單實用、快速檢測等設計思想為總體設計原則,可以快速對測試產品進行性能測試、故障檢測以及雷達站參數標定等[1]。

1 國內維修檢測方法

目前國內雷達維修設備的的主要技術大致有三種[2]:

1) 依托雷達自身的自檢系統(BIT)。可以在雷達工作過程中,快速自動檢出雷達的故障并進行隔離可更換單元,可以實現快速的換件維修。但由于受系統的設計的可靠性和成本的限制, 雷達BITE功能很有限, 實際上很難達到很高的故障檢測率和隔離率, 無法滿足雷達產品維修的需要。

2) 基于通用儀器儀表構建測試平臺。采用通用的信號源、頻譜儀、示波器等儀器儀表構建測試平臺,通過人工按照設備的工作原理進行檢測、記錄、進行故障判斷和故障隔離。這種方法相對第一種技術,可以達到很高的故障檢測率和隔離率。但對維修人員的專用知識要求很高,無法進行大面積推廣[3]。

3) 研發專用的檢測維修設備和智能、自動化的專用檢測軟件。這種方法可以解決第一種技術帶來的很低的故障檢測率、隔離率的問題,和第二種技術對維修人員專業知識較高的要求。在專用檢測軟件的控制下,可以輕松準確地進行故障檢測和隔離。

2 主要功能

為了全面保障維修該產品兩型雷達(包括搜索雷達和跟蹤雷達),提高產品維修較高的覆蓋率。該系統不但覆蓋了搜索雷達、跟蹤雷達總站標定和調試維修等功能外,還覆蓋了搜索雷達天線座、穩定跟蹤器、搜索雷達信號處理機、跟蹤雷達信號處理機、搜索雷達頻綜、跟蹤雷達頻綜、搜索雷達接收機、跟蹤雷達接收機、數據處理機等分系統。檢測的深度可以到達各個分系統的最小可更換單元[4]。其主要功能如下:

1)在雷達信號模擬器的配合下,完成搜索雷達接收機和差相位的調整;完成搜索雷達搜索、截獲目標功能檢驗,以及雷達威力范圍、精度指標測試。

2)在雷達信號模擬器的配合下,完成跟蹤雷達總站參數標定;完成跟蹤雷達截獲、跟蹤目標功能檢驗,以及雷達威力范圍、精度指標測試。

3)實現搜索雷達天線座的驅動特性測試,采集編碼數據,完成編碼器工作特性測試。

4)實現搜索雷達接收機動態范圍、接收靈敏度、噪聲電平、帶寬等測試。

5)實現跟蹤雷達接收機動態范圍、接收靈敏度、噪聲電平、帶寬等測試。

6)實現搜索雷達頻綜模塊在自動模式或手動模式下完成各個模塊的頻率、功率等指標性能檢測。

7)實現搜索雷達頻綜模塊在自動模式或手動模式下完成各個模塊的頻率、功率等指標性能檢測。

8)能產生搜索雷達信號處理機輸出的航跡數據,實現對數據處理機的數據處理功能進行檢測。

9)產生所需要的目標回波信號,實現對搜索雷達信號處理機信號處理能力檢測。

10)產生所需要的目標回波信號,實現對跟蹤雷達信號處理機信號處理能力檢測。

11)實現對跟蹤雷達穩定跟蹤器的最小平穩速度、階躍響應、最大加速度等指標檢測。

3 系統組成

根據產品功能要求,按照各自功能進行劃分,整個系統劃分為搜索雷達總站調試專用設備、跟蹤雷達總站調試專用設備、搜索雷達天線座專用檢測設備、搜索雷達接收機專用檢測設備、搜索雷達頻率綜合器專用檢測設備、搜索雷達數據處理專用檢測設備、搜索雷達信號處理機專用檢測設備、跟蹤雷達信號處理機用檢測設備、搜索跟蹤雷達信號模擬器、跟蹤雷達中視頻接收機專用檢測設備、跟蹤雷達頻率綜合模塊專用檢測設備及穩定跟蹤器專用檢測設備等12個子系統[5]。系統組成詳表見圖1所示。

4 工作原理

4.1 總站調試設備

在外場條件下,為了滿足遠場條件,保證模擬信號的角度精度,將專用靶板和雷達信號模擬器架設在距離被試雷達總站100多m遠,30多m高的的高臺上。雷達總站、調試控制計算機與目標模擬器、專用靶板之間采用光纖連接。在工作中,雷達信號模擬器實時接收雷達總站發送的同步脈沖信號和相參時鐘信號。總站調試設備工作原理框圖見圖2所示。

圖2 總站調試設備工作原理框圖

4.1.1 雷達接收機相位測量

通過調試控制計算機控制雷達信號模擬器直接產生不同波段點頻連續波信號,經過調試專用靶板上的輻射天線由特定角度向被試雷達輻射。將接收機的輸出信號連接到示波器,借助示波器測量雷達中頻接收機和差通道輸出信號幅度,調整搜索雷達接收機和差相位。

4.1.2 目標模擬跟蹤

第一種方法:雷達正常開機工作(開發射機),通過調試控制計算機控制雷達信號模擬器處于存儲轉發工作模式。設置目標的頻率、距離、幅度、速度等參數,雷達信號模擬器通過靶板天線接收雷達的激勵信號,并對信號下變頻、進行距離、速度、功率調制,再上變頻,通過靶板天線輻射出去。雷達接收目標回波信號,即可進行正常的目標搜索、截獲和跟蹤。

第二種方法:也可以通過主動發射的方式產生目標回撥信號。雷達正常開機工作(不開發射機),通過調試控制計算機控制雷達信號模擬器處于主動發射工作模式。設置目標的頻率、距離、幅度、速度等參數,雷達信號模擬器不接收雷達的激勵信號。根據雷達總站提供的零距離同步脈沖和參考時鐘直接根據本地存儲的雷達波形信號產生所需的目標回信號,再上變頻,通過靶板天線輻射出去。雷達接收目標回波信號,即可進行正常的目標搜索、截獲和跟蹤。

4.2 信號處理檢測設備

信號處理機是雷達中最重要、最復雜的分系統,各個模塊之間關聯性很強,時序和邏輯很復雜,采用進行單個模塊進行測試的方法無法實現。因此信號處理機檢測設備將一套完整的信號處理機作為標準設備,采取替換式方式進行組合級的檢測。

信號處理檢測設備主要由機箱、信號處理機、母板、數據處理計算機、視頻目標模擬器、控制計算機、專用電源模塊及專用測試附件等組成。視頻目標模擬器產生信號處理機檢測所需的模擬回波信號;控制計算機主要用于模擬信號產生器的控制;數據處理機進行信號處理機的數據處理及上報處理結果給控制計算機。

檢測的原理:將某一被測模塊(運算板、級控板、A/D板、全局板)插入標準的信號處理機中,在視頻模擬器中運行目標模擬器控制軟件產生模擬回波信號,信號處理機對目標信號進行處理后將報告送給數據處理計算機進行數據處理,上報結果給控制計算機顯示。信號處理機檢測原理框圖見圖3所示。

5 試驗情況

將專用靶板和雷達信號模擬器架設在距離被試雷達總站100多m遠,30多m高的的高臺上。在雷達信號模擬器的配合下,總站調試設備直接產生X波段點頻連續波信號,通過X波段專用靶板上的天線由特定角度向被試雷達輻射,借助示波器測量雷達中頻接收機和差通道輸出信號幅度,可進行調整雷達接收機和差相位。

在雷達信號模擬器的配合下,總站調試設備通過存儲轉發和主動產生的方式產生所需的的目標回波信號,很方便實現對雷達的搜索、截獲、跟蹤目標功能檢驗以及總站性能指標測試。總站調試設備操作界面見圖4所示。

圖4 總站調試設備操作界面

信號處理機為一套完整的信號處理機,作為標準設備;將某一被測模塊(運算板、級控板、A/D板、全局板)插入標準的信號處理機中。通過檢信處專用測軟件控制目標模擬器產生不同距離和速度的目標回波信號。信號處理機根據總站時序信號的控制下能完成對目標的有效的搜索、截獲、跟蹤功能驗證。同時很方便地檢測信號處理機的距離處理范圍、速度處理范圍、距離精度、動態范圍的測試等。信處調試設備操作界面見圖5所示。

圖5 信處調試設備操作界面

6 結束語

雷達系統是一個復雜的電子系統,隨著技術的發展,數字化、集成化程度越來越高。因此當雷達系統發生故障,維修的難題也隨之增大。因此研究開發高效的維修檢測設備,提供雷達的綜合檢測、診斷和維修能力很有必要[6]。本文以某雷達維修為研究對象,研制開發了包括搜索雷達總站、跟蹤雷達總站、搜索雷達天線座、搜索雷達接收機、搜索雷達頻率綜合器、搜索雷達數據處理、搜索雷達信號處理機、跟蹤雷達信號處理機、搜索跟蹤雷達信號模擬器、跟蹤雷達中視頻接收機、跟蹤雷達頻率綜合模塊及穩定跟蹤器等12項專用檢測設備。該產品在專用檢測軟件的控制下,可以簡單、快速、準確對測試產品進行性能測試、故障檢測、故障隔離以及雷達站參數標定等,大大提高了產品檢測效率和準確度。