（信号与信息处理专业论文）正常通道信号处理与自动化测试.pdf

摘要 本文研究了雷达信号处理系统的正常通道信号处理模块，详细讨论了正常通 道信号处理模块的动态杂波图、静态杂波图、超杂波图、自动增益控制、反异步 干扰等各部分功能，并在空军某单位的自动化测试设备( t e r a d y n es p e c t r u m 9 1 0 0 ) 上，对j 下常通道信号处理硬件电路进行了自动化故障检测，实现了对有故障硬件 的自动化测试及故障源定位。f 常通道信号处理硬件电路集成度高、结构复杂， 因此，开发硬件电路测试程序及应用大大缩短了技术人员维修硬件电路的时间， 使得雷达的f 常运作有了很好的保障。 本文给出了一种基于软件仿真和功能测试相结合的故障诊断方法，对自动化 测试软件工作流程及其自动化测试系统( s p e c t r u m9 1 0 0 ) 和硬件组成进行了介绍， 探讨了基于该测试设备的故障诊断方法，即先对硬件电路进行软件建模，建立虚 拟电路，并产生软件故障诊断数据库，完成此步骤后将证常通道硬件置于硬件测 试平台，结合软件仿真和硬件测试实验，将正常通道硬件处理结果和软件故障诊 断数据库在t e s t s t u d i o 软件下进行比较，并在引导探笔的帮助下，最终完成了对 硬件电路故障源的定位，并达到了要求的故障覆盖率8 0 以上。 关键字：杂波图自动化测试故障检测现场可编程门阵列 a b s t r a c t t h ew o r ks t u d i e sar a d a r s i g n a lp r o c e s s o rm o d u l e t h ep a p e rp a r t i c u l a r l y i n t r o d u c e ss o m ei m p o r t a n tf u n c t i o n so ft h eh a r d w a r eo ft h em o d u l e t h e ya r ed y n a m i c c l u t t e rm a p s ，s t a t i cc l u t t e r m a p s ，s u p p e rc l u t t e rm a p s ，a u t o m a t i cp l u sc o n t r o la n d a n t i a s y n c h r o n o u si n t e r f e r ea n ds oo n t h eh a r d w a r ei st e s t e da saf r a m eo fr e f e r e n c e o ns o m em i l i t a r y sa u t o m a t i ct e s te q u i p m e n t c a l l e ds p e c t r u m9 10 0o ft e r a d y n e c o m p a n y , o nt h ep l a t f o r mo ft h ea u t o m a t i ct e s te q u i p m e n tw ec a na c h i e v es o m eu s e f u l j o b s ，i ti su s e dt od e t e c tt h ef a u l th a r d w a r ea n do r i e n tt h ef a u l to nt h es o u r c eo ft h e c h i p s ，t h es i g n a lp r o c e s s i n gh a r d w a r ei sah i g h l yi n t e g r a t ec i r c u i t ，a n dt h ea r c h i t e c t u r e o ft h eh a r d w a r ei sa l s ov e r yc o m p l i c a t e d ，h o w e v e r , e x p l o i t i n gt e s t p r o g r a ma n d a p p l i c a t i o nw i l ls h o r t e nt h er e p a i rt i m ef o rt e c h n i c i a n s w h i c hi sv e r yi m p o r t a n tf o r r a d a r sn a t u r a lw o r k i n g t h ea r t i c l ei n t r o d u c e saf a u l td e t e c t i o nm e t h o do fc o m b i n i n gs o f t w a r es i m u l a t i o n a n df u n c t i o nt e s t ，a n da l s oi n t r o d u c e st h eh a r d w a r eo fa u t o m a t i ct e s ts y s t e mo f s p e c t r u m9 10 0 ，a n dd i s c u s s e dh o wt or e a l i z et h em e t h o db a s e do nt h ea u t o m a t i ct e s t s y s t e m ，a n dt h e ng e n e r a t i n gt h es o f t w a r ed i a g n o s t i c sd a t a b a s e ，a f t e rt h a tw ep u tt h e s i g n a lp r o c e s s i n gh a r d w a r eo nt h ea u t o m a t i ct e s tp l a t f o r l n ，o nt h ep l a t f o r i l lw ea l s ou s e t h es o f t w a r eo ft e s t s t u i d i ot oc o m p a r et h ep r o c e s s i n gr e s u l to ft h eh a r d w a r et o s o f t w a r ed i a g n o s t i c sd a t a b a s e ，w i t ht h eh e l po fp r o b eg u i d ew ec a nt r a c eb a c k f r o mt h e f a i l i n go u t p u tt ot h en o d eo fc h i pw h i c hi st h es o u r c eo ft h ef a u l t a n dt h ef a u l t c o v e r a g ei sa l s oa c h i e v e da sr e q u i r e do v e r8 0p e r c e n t k e y w o r d s ：c l u t t e rm a p a u t o m a t i ct e s tf a u l td e t e c t f p g a 创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 本人签名：日期堕：丝 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公句论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 本人签名：董茎丝璺 导师签名： 箬旌之 期塑：2 ：堡 日期凌z ：么型二 第章绪论 第一章绪论 由于军事上的迫切需要，在第二次世界大战期l 、日j ，雷达就获得了广泛的应用 和发展，而且随着技术的进步其性能日臻完善。2 0 世纪5 0 年代末以来，由于航空 与航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人造卫星及宇宙飞船等采用雷达作为探测 和控制的手段，对雷达提出了高精度、远距离、高分辨力以及多目标测量等要求l l 】。 近几年来，随着电子器件技术与计算机技术的迅速发展，各种雷达信号处理技术 的理论与应用研究深入的进行着。雷达信号处理主要围绕对目标信号的变换、检 测、跟踪( 坐标测定) 、识别以及威胁判断等问题而进行，其中对目标信号的检测 是雷达对目标处理的一个重要环节，同时也是雷达信号处理中的一个关键问题。 现代雷达在军事中发挥着越来越重要的作用，在战争时期表现的尤为明显，一 旦雷达无法正常工作，那么整个国防体系将变得难以想象，不但战斗机无法正常 参战，而且连敌方飞机都无法侦察到，防空体系完全处于崩溃状态，整个国家的 领地完全成了任凭处置的战场。所以无论什么情况下保障雷达能否正常工作都是 非常重要的一环，这是关系到国计民生的事情，美伊战争也又一次告诉了我们这 个道理。 本文在完成雷达信号处理系统之正常通道调试的基础上，与空军某单位合作雷 达信号处理系统自动化故障检测，这对于保障雷达的快速修复与萨常工作有着积 极意义。 1 1论文选题的背景及意义 经济和军事的发展，使得现代雷达在军用和民用方面都得到了极大的应用， 工艺水平的发展和元器件集成度的提高使得雷达信号处理系统硬件的集成度也越 来越高，这无疑提高了电路调试和故障检测的复杂度，也对电路调试和故障检测 手段提出了更高的要求。早在8 0 年代中期，以美因为代表的两方发达困家就已经 丌始研制针对多种武器平台的自动测试系统，致力于由可重用测试资源组成的通 用自动测试系统的研发。 本文正是在这种背景下，由空军某单位提出合作，在他们引进的先进自动化 测试设备( a t e ) t e r a d y n es p e c t r u m9 1 0 0 平台上，对集成度较高的f 常通道信 号处理硬件进行了自动化测试，实现对硬件电路的自动化故障检测，这为以后雷 达信号处理系统的硬件进行自动化故障检测积累了宝贵经验，在实践中证实了这 种方法是行之有效的，而且这种自动化测试的效率+ i 陔犁硬件的数量是成萨比例 正常通道信号处理与自动化测试 的，同型的硬件越多，故障检测时间节省也越多。在i c 行业里，争取更短的上市 时间是所有企业都追求是目标之一，测试时间的减少将大大缩短产品的上市时l 日j ， 为争取更多的市场份额赢得宝贵的时间，而且由于i c 产品的量更多，所以自动化 测试更具有非j 、l 的重要性。从这种意义上而言，a t e 测试无论在军用设备维护检 修，还是在i c 电子行业都是非常重要的一部分，在国外a t e 测试方法已经逐渐得 到推广，在中国这种测试手段也在逐步发展中。当然，技术的进步是无止境的， 也许不久的将来会有更有效率的自动化测试方法出现，那将把a t e 测试推向一个 更辉煌的时代。 1 2 国内外技术进展及现状 a t e 的英文全称是a u t o m a t i ct e s te q u i p m e n t ，它是由多种测试( 量) 仪器、 设备和系统综合而成的有机整体，并能够在最少依赖于操作人员干预的情况下， 通过计算机的控制自动完成对被测对象的功能行为或特征参数的分析评估，并对 导致其工作异常的故障进行隔离等综合性的诊断测试过程。 一、国内发展现状 9 0 年代初，随着v x i 总线的逐渐普及，我国的军用自动测试设备越来越多地 采用v x i 总线，称之为第三代军用测试系统，v x i 总线是v m e 总线标准在仪器领 域的扩展，它的问世，给电子测量仪器及测试系统带来一场深刻的革命。其总线标 准是一种在世界范围内完全开放的、适用于不同厂家和不同应用领域的行业标准。 v x i 总线系统具有标准化、系列化、通用化、模块化的显著特点，集测量、计算、 通信与控制一体化。第三代自动测试系统很适合现场环境应用，特别适用于军用测 试系统l 。 目前，我幽的测试水平取得了巨大的成就，但是这些测试仪器主要是中、低 档仪器。从整体上看我们在技术性能、制造工艺等方面与国际先进水平还存在很 大差距t 要表现为0 1 ： l 、 a 1 f 技术落后，绝大多数领域所需的自动测试系统和模块尚属窄白； 2 、 多功能、通用测量仪器品种少，配套能力差，更新换代慢，主要性能指标 低： 3 、 数字化、智能化、自动化、标准化程度低，丌放性差； 4 、 新产品设计手段和工艺落后，可靠性差。 随荷现代化作战指扦系统、通信系统和武器装备技术的进步，构造新的测试理 念已是测试技术革命的趋势，自动测试系统与电子测量技术在我军国防科研实验 中发挥着h 益重要的作用。针对军用a t e ，不仅要求测试系统具有功能强、精度高、 体积小、重鼍轻、通用性强、机动性好、可靠性高的特点，而且要求能适应现代化 第一章绪论 战争的恶劣环境，具有抗电磁干扰、抗辐射、抗毁坏的生存能力等特点，因此对军 用a t e 技术的需求也越来越高。 二、国外发展现状 西方国家早期的军用t h 动测试设备也是针对具体型号和系列的。各个系统之 间互不兼容，不具备互操作性。随着武器装备规模和种类的不断扩大，复杂程度的 提高，专用测试设备维护保障费用高昂，同时庞大的、种类繁多的测试设备无法适 应现代机动作战的需要。因此从8 0 年代中期，以美国为代表的西方发达国家就开始 研制针对多种武器平台和系统，由可重用测试资源组成的通用自动测试系统。 西方发达国家对军用a t e 系统的研制和应用十分重视，制定了严格的维修制 度和完善的发展规划。如代表国际军用a t e 发展最高水平的美国陆、海、空三军 均有自己完善的测试设备与技术发展规划：空军模块化自动测试设备( m a t e ) 发展 计划的目标是强化系统功能、提高系统的通用性，为a t e 设备的研制、生产和使用 建立协调发展的条件；海军综合自动支援系统( c a s s ) 发展计划致力于加强海军 a t e 的可测性工作和为海军的飞机、舰艇和卫星上的电子设各、导航、通信和电 子战系统等提供一种先进的综合自动支援系统；陆军的中级战场测试设备( i f t e ) 发展计划积极研究将人工智能应用于战场装备的维修等。其总的目标是：发展通 用、多功能、抗干扰、小型化、模块化和基于v 总线的军用a t e 系统。 下一代自动测试系统的精髓是系统的开放性增强，互操作性增强，并行处理 能力增强，同时系统的成本大幅度降低，并进一步加强软件的作用。 i 3 本论文的主要工作 2 0 0 5 年，西安电子科技大学国家雷达信号处理重点实验室与空军某单位合作 完成对雷达信号处理系统进行自动化故障检测，本文研究了正常通道信号处理模 块并调试完成了该硬件电路，编写了该硬件电路的测试程序及实现了自动化故障 检测。 本文的主要工作内容及章节安排如下： 第一章：讨论了困内外在自动化测试方面的发展状况及其发展趋势，以及自 动化测试在电路集成度f j 益提高的背景下，其存在与发展的合理性与必然性，从 而阐明了本课题工作的意义，最后介绍了本文的内容安排。 第二章：分析了i f 常通道信号处理模块的功能，包括动态杂波图、静念杂波 图、超杂波图、s7 i c 增益拧制、反异步干扰等功能。 第- 二章：探讨了f j 动化测试理论，结合l a s a r 仿真软件，讲述了如何在l a s a r 软件下进行器件软f ， 建模，并对建模后的器件进行功能验证，并在电路网表编译 通过后，在激励i 旬肇的作用下，对正常通道的软件模型进行软件仿真，最后讨论 正常通道信号处理与自动化测试 了故障覆盖率的问题。 第四章：具体讲述了自动化测试实现的硬件流程，结合软件仿真数据库和硬 件处理结果进行比较，并在故障字典和引导探笔的配合下，进行故障源定位。 第二二章正常通道信号处理 第二章正常通道信号处理 为了提高动目标显示改善因子，现代雷达信号处理通常采用双支路进行处理， 即m t d ( 或m t i ) 相参处理支路和正常通道处理支路。本雷达信号处理系统包括定 时板、a d 采样系统、杂波抑制支路、j f 常通道支路。正常通道信号处理支路可以 减少不必要的处理损失，提高目标尤其是低速小目标的检测能力；而相参对消支 路可以提取杂波内的多普勒信息，因此为了实现对正常处理和相参处理结果的选 择，必须建立一个能够反映杂波有无的轮廓杂波图，它可以提供杂波的二分层 ( i 0 ) 概略信息，数字l 表示有杂波，用来选择相参支路的输出，数字0 表示无杂波，用来选择正常通道支路的输出，本雷达信号处理系统由正常通道产 生杂内、杂外标志，从而进行杂波抑制处理和正常通道处理的选择 4 1 。本章将对 正常通道支路的各功能进行详细介绍。 2 1 正常通道信号处理结构图 出i 丛l 信卜u 、 号 ，一 处i 、厂 理i 机： 2 1 0 - 31 脚 数据、 控制信号 数据处理 绐粜1 蝴 通道 ：l 广l 印咖 厂 ， 1f ：动态五墩图、 厂一，j 髫灞 外翻斩储器 兰：! 一- v - - - - - 一 l _ - 。- 。_ 。_ 。_ 。- 。_ 。- _ _ - 。_ 。_ 。_ 。_ 。一 f i f ol 二一：一二二： ! ， 砖镇 f p l ，d 2 图2 1 正常通道信号处理硬仆结构图 难常通道支路主要包括以下五部分功能：c p l d i 与e p r ( ) m 以及动念杂波图 完成对接收机的中放和高放部分的增益控制；c p l d 2 与f i f o 主要完成反异步干 扰，向f p g a 发送反异步干扰标志；f p g a 和s r a m 完成动态朵波图、静态杂波 图、超杂波图这三部分功能，下面将对这血部分功能分别介绍。 6 正常通道信号处理与自动化测试 2 2动态杂波图 杂波图是雷达威力范围内存储在存储器中的杂波强度分布图。动态杂波图的 最主要功能是产生杂内、杂外标志，进行正常通道信号处理和杂波抑制信号处理 的选择，以减小全程m t i 处理带来的不必要损失。 2 2 1 建立杂波图的算法 在三坐标雷达中传统的平面杂波图( 如图2 3 ) 需要进行扩展，按空间在不同 仰角区( 如图2 4 ) 分别建立平面杂波图，则组成了三维杂波图5 1 ( 也叫立体杂波图) ， 本节主要研究动态杂波图和轮廓杂波图这两种三维杂波图，它们用来共同产生杂 内、杂外标志。 y u 匕 黧 0 硒。簇 蹩秽 l 劬。 图2 2 检测单元平面示意图 图2 3 平面杂波图示意图图2 4 仰角区分布示意图 杂波图的实现是以杂波单元的划分为依据的，对杂波还要考虑到运动杂波的 特点，合理选取杂波单元的大小。本文以讨论分布相对均匀的大片气象杂波为例， 在均匀杂波背景中，单元平均算法相对其它算法而言，其检测性能是最优的1 6 1 ， 我们采用检测单元a v 内数据平均，本单元相邻扫描间相关积累。如图2 2 ，设距 离分辨单元的尺寸为r ，一个脉冲重复周期内扫描的角度为a a ，杂波单元a v 内 分辨距离单元数为m ，脉冲数为n ，则a p = m r ，口= n a e t ，任一杂波检测单元的 幅度为a ( i ，) ，( i ，) 是杂波单元的坐标，每个脉冲重复周期内，正常信号输入序 列为x 。( i ，) ，那么： 枪测单元半均： 单元相关j 累： j 2 古善m 善州) a ，( i ，j ) = 膨。( f ，j ) + ( 1 一p ) a ，( f ，j ) ( 2 1 ) ( 2 - 2 ) 其中，为叠代【f 大1 了，合适的叠代因子使每幅杂波图的权重分配均匀。a n ( f ，) 为 相邻两个天线 描剧期按式( 2 - 2 ) 作相关积累运算后存入同一杂波单元y 的数 据，所有仰角区的杂波图的单元都以这种方式更新数据。 一般情况下，气象杂波的回波幅度服从瑞利分布，若以x 表示气象杂波凹波的 包络幅度，以万：表示它的平均功率( 即标准差) ，则x 的概率密度函数为： 第二章正常通道信号处理 7 x 0 x o - k y x ( m - o ， l = o ，m ；m 一 ( 2 - 9 ) 于是实际调整门限可为( p 为用于虚警率控制的比例因子) 乙= p 夕 ( 2 1 0 ) 2 3增益控制 增益控制主要用来改善接收机的动态范围，避免信号太弱不能被检测出来， 也防止信号太强，接收机会发生饱和过载。雷达方程表明：雷达接收到的目标回波 功率与目标距离的四次方成反比，距离很近的强地物杂波尽管雷达截面积比远距离 1 2 正常通道信号处理与自动化测试 小，但它的反射功率仍然很大，必须采用增益控制来减小距离对回波功率的影响。 而且不同目标的雷达截面积，不同的杂波环境和气象条件所引起的回波强度也不 同。因此，接收机输入信号的动态，往往会大于接收机的输入动态，若不采取相 应的增益控制措施，那么，接收机在强杂波下将会出现饱和，而非线性处理势必带 来动目标显示系统性能的下降，因此限幅是不可取的。本雷达信号处理系统采用 时问灵敏度控制( s t c ) 和杂波图增益图控制共同来克服这一影响。 雷达开机正常工作后，用双门限估值的方法，对动态杂波图各单元的杂波强 度进行比较，判定杂波是否处于双门限控制范围内。增益图自动建立有单门限与 双门限两种控制方法。双门限的设定为一个高门限，一个低门限( 可人工设置) 。 高门限的选取原则是杂波被衰减后，还要为目标信号的叠加预留一定的上行空间。 低门限的作用是为防止闭环控制产生自激震荡。 时间灵敏度控制( 亦称近程增益控制) ，是根据雷达整机参数，将近程( 通常 为o 1 0 0 k i n ) 按距离估算出所需的增益控制衰减码，存贮到e p r o m 中。在雷达 币常工作时，按距离依次读出控制码去控制接收机增益。 可逆计薏i 器 图2 1 5 杂波图增益控制原理图 图2 1 6s t c 自动增益控制码的产生 图2 1 5 和图2 1 6 中s t 5 0 】为根据动态杂波图产生的增益控制码，s t c 5 0 】 为存储在e p r o m 中的增益控制码。当杂内、杂外标志为1 时，选择s t c 5 o 】去 控制接收机中放和高放：当杂内、杂外标志为0 时，选择s t 5 o 】去控制接收机中 放和高放。 为了提高动目标显示改善因子，为了使动目标显示系统能用于现代三坐标雷 第二章正常通道信号处理 达中，因此，在2 0 世纪7 0 年代，雷达科学工作者设计研制出了线性动目标显示 系统。所谓线性动目标显示系统，就是将雷达阵地周围的地物杂波建立一幅静态 杂波图，用以控制雷达接收机的高放增益，而在雷达工作时，再在上述静念杂波 图基础上，根据杂波强度的变化，建立一幅动态杂波图，用以控制雷达接收机的 中放增益，从而使整个雷达接收机始终处于线性工作状态。通常把这种利用杂波 图控制增益的接收机称为线性动目标显示接收机，而这种动目标显示系统，则称 为线性动目标显示系统。 增益杂波图不是作为检测用的，而是用于雷达接收机的增益控制，使接收机 避免对强地物杂波的饱和和限幅现象。这种杂波图一般在雷达建站时，根据周围 环境而建立于非遗失存储器中。以后在雷达工作时，从杂波图中输出控制码去控 制接收机的增益，改变了以往的手动控制。当幅度杂波图形成时相应的增益图也 形成了，按照一定时序读出去控制接收机增益，接收机进行增益控制后改变了回 波信号又形成相应的幅度图和增益图，依次类推天线转过多圈后形成动念平衡， 增益杂波图不再改变( n v r a m 所存储的增益值没有变化了) 后固化，完成了增 益图，然后按照一定时序读出去控制接收机增益。 f p a g 是大规模可编程数字逻辑电路，其优点是可靠性高，体积小，容量大， 可在线编程，而且内嵌r a m 、r o m ，便于完成一些时序延迟对齐功能及查表功能。 它的丌发工具库容量大，模块丰富，并支持图形输入方式及硬件描述语言设计， 设计灵活。动态杂波图存储器选用大容量高速r a m ，杂波图容量可按下式计算： c ：鱼，丛竺8 ( b i t ) ( 2 1 1 ) ra 口 式中： c 存储器容量； r m a x 雷达最大探测距离； r 杂波距离上的分辨单元； a 杂波方位上的分辨单元。 u q - f u j 灵敏度控制图( s t c ) 是根据雷达方程的s n r 与距离r 4 成反比，根振情况对 接收信号进行能量的衰减以使接收机不饱和，它是同化在e p r o m 中的，它也为6 位码，其畔】高2 位的三个码每码控制1 2 d b 共控制3 6 d b ，低4 位共1 6 个码，每码 控制2 d b 共控制3 2 d b ，即可控制3 2 d b + 3 6 d b = 6 8 d b ，它和增益图共同控制接收机 不致于饱和，在杂波以外选s t c 图而在杂波以内选增益图。另外s t c 陶只与距离 有父，而增益图不仅与距离有关而且还与方位、区号有关，在本文把增益图和s t c 图合称为 李制接收机自，j 置场放前电调衰减器的三波束混合增益杂波图。 正常通道信号处理与自动化测试 2 4 反异步干扰 异步干扰一般来说来自邻近雷达的无意干扰，由于两个雷达之间发射脉冲的 重复频率不同，所以干扰脉冲在雷达显示器上会按一定规律移动( 不同步) ，所以 称为异步干扰，见图2 1 7 和图2 1 8 所示。 图2 1 7 异步干扰脉冲与雷达图2 1 8 异步脉冲在雷达p p t 发射脉冲是非同步关系显示器上呈现一种图形 正如图2 1 7 所示，异步干扰脉冲与雷达发射脉冲是不同步的，所以我们可以利用 相邻脉冲间接收信号相减来发现异步干扰。但是本雷达具有数字脉压电路，对于 本雷达发射的线性调频信号回波，它可以将其压缩为窄脉冲。但是，对于一般的 窄脉冲，由于压缩电路的有限脉冲响应特性，它会将邻近雷达的普通窄脉冲展宽 成为一个宽脉冲，其脉冲宽度与脉压器件的脉冲响应有关。 如果两部雷达之间脉冲重复频率相关较大，展宽后的异步脉冲干扰在时间上 不重叠，见图2 1 9 。 n 囫 n囫 n囫 幽2 1 9展宽后的异步脉冲干扰时序图之间 我t f l j 扣i 采用相邻脉冲l h j 接收信号相减来判断有无异步干扰。如果两部雷达 之f b j 脉冲蕈复频率相差不大，那么相邻发射之间的异步干扰会有部分在时问上重 叠。这时我们可在p p i 显示器上见到图2 2 0 所示异步干扰，其相应的时序图见图 2 2 1 。 第二章正常通道信号处i 里 图2 。2 0 宙达受异步干扰的p p i 圆面 几囫 几囫 n囫 几囫 图2 2 1 展宽后的异步脉冲干扰时序图 异步干扰脉冲展宽的程度还与脉压电路的脉冲响应有关。由于异步干扰脉冲重复 频率f 的不同，实际上可能出现四种情况，见图2 2 2 。 圳 囫囫囫。囫 x l n - i ， ll 囫一l 囫囫；圈ll 州附甘计矾 图2 2 2 异步干扰时序图 在图2 2 2 中，x ( ) 表示当前周期的异步干扰脉冲信号，x ( n 一1 ) 表示前一个周 期的异步干扰脉冲信号。 x ( n ) 一x ( n 一1 ) 表示两者的相减输出。为了完全抑制异步 干扰脉冲信号，可以采用图2 2 3 所示的异步干扰抑制电路。 图2 2 3 异步了扰抑制电路 1 6 正常通道信号处理与自动化测试 输入信号x ( n ) 与跨周期延迟信号x ( n 1 ) 相减，得到异步干扰的跨周期相减输 出，这可以相对减少地物杂波的影响。通过正负门限超域检测可进一步减少杂波 剩余和噪声影响。当输入大于正门限时a 点为l ，当输入小于负门限时，b 点为1 。 然后通过一些电路获得，异步干扰抑制脉冲i 。其产生过程可见图2 2 3 。在( a ) 、 ( b ) 、( c ) 、( d ) 四种情况下，i 点的脉冲信号在时间上与x ( 门) 的异步干扰脉冲信 号完全一致。所以用i 点信号作为异步干扰抑止脉冲输出，可以起到正确抑制异 步干扰的作用。 囫囫一一一囫 ：囫囱l闲i ； 斗* 1 再弦挣 1 l 皿“ 几： ；厂 厂 iii-li i l l； ： ： ni广r_1 i 厂1i 厂_ 1 厂_ 1厂厂厂 图2 2 4 异步干扰抑制脉冲产生方法图解 2 5小结 本章主要讨论了雷达信号处理系统之正常通道信号处理模块的几个主要功 能，详细介绍了正常通道信号处理模块的功能，它们分别是完成对雷达当前检测 环境进行更新的动态杂波图，动态杂波图的最主要功能是产生杂内、杂外标志，进行 币常通道信号处理和杂波抑制信号处理的选择，以减小全程m t i 处理带来的不必 要损失：静念杂波图是在晴好天气下，将雷达工作范围内的固定杂波建立杂波图， 将该杂波图存放在非易失r a m 中，作为以后雷达每次丌机时的动念杂波图初始 值，以减少动态杂波图建立的时间，同时静态杂波图也参与产生杂内、杂外标志， 以及在s t c 增益控制中和s t c 控制码一起控制接收机的中放和高放。超杂波图主 要是为了检测零多普勒速率的飞行目标，与动态杂波图相比，超杂波检测需要更多 的存储资源，这样才能较准确的检测切向飞行的目标。自动增益控制主要就是为了 增大接受机的动念范围，避免弱信号不被检测，而强信号使得接收机饱和的情况。反 异步： - 扰则是为了避免附近工作频率接近的雷达问的相互下扰所以我们需要使用 反异步干扰电路末消除这种影响。 第二章自动化测试系统 第三章自动化测试系统 雷达信号处理系统在算法设计完成并通过软件仿真后，还需要对算法在硬件 电路上进行调试，最终达到软件仿真和硬件实现结果一致，这样才能实现需要的 信号处理功能。在实验室条件下，硬件调试一般我们采用逻辑分析仪和示波器相 结合的方法，调试时间往往比较长。但是，应用自动测试系统( s p e c t r u m9 1 0 0 ) ，在 前期准备阶段完成后却能马上对软件仿真和硬件实现的所有结果是否一致作出判 断，而且还能提示哪些信号和软件仿真结果不一致，在软件程序完全正确的情况 下，那么就能判断有故障的相应器件，这样就大大节省了调试时间，如果将这一 举措应用到雷达维修上，无疑对于雷达的快速修复有着重大意义。s p e c t r u m 9 1 0 0 测试平台是一种通用的自动化测试系统，可以应用于不同型号的雷达信号处理系 统中，鉴于雷达的重要性及其应用数量之大，具备a t e ( a u t o m a t i ct e s te q u i p m e n t ) 测试平台无疑是武器装备的必备之一，其意义深远，在这方面国外也是一直非常 重视的。a t e 平台有两部分组成，一部分是软件平台，另一部分是硬件平台。下面 将分两章对它们进行介绍。 3 1自动测试系统 自动测试系统一般是指采用计算机控制，能实现自动化测试的系统。这类系 统通常是在标准的测控总线或仪器总线( g p l b 、v x i 等) 的基础上组建而成的| 2 4 1 。 自动测试系统( a t s ) 由自动测试设备( a t e ) 、测试程序集( t p s ) ：j i i 相应的软件丌 发工具这三大部分组成，如图3 1 所示 图3 1自动测试系统的纲成 正常通道信号处理与自动化测试 a t e 是指测试硬件及其操作系统软件。它的核心是计算机，用于控制复杂的测 试硬件( 如数字电压表、波形分析仪及丌关、电源等) 。这些硬件通过v x i 、p x i 或 g p i b 总线连接1 1 1 1 , i 试系统中。测试软件控制这些硬件来产生被测对象( u n i tu n d e r t e s t ) 所要求的激励，然后通过不同的引脚、端口或连接点来检测被测对象在测试 激励下产生的响应，从而确定该被测对象是否达到了期望的功能或要求。 测试程序集( t e s tp r o g r a ms e t ) 与被测对象及测试要求密切相关。典型的t p s 由 三部分构成，l o l l 试程序软件、测试接口适配器( 包括接口装置、保持紧固件及电 缆) 和测试所需各种文件。测试软件由完成特定任务的多个测试程序组成，这些程 序在a t e 的操作系统下被执行，用于激励设备，测量其响应信号，然后分析测量结 果并确定可能是故障的事件。测试接口适配器完成被测对象到a t e 的机械与电气连 接，其对应的驱动程序负责控制连接被测对象到a t e 的接口设备。测试文档包括测 试所需要的一些数据文档和测试过程中生成的文档。 用于t p s 开发的软件工具统称为t p s 软件开发环境，包括a t e 和u u t 仿真器， a t e 和u u t 描述语言，编程工具等。自动测试系统的逻辑结构如图3 2 所示。 图3 2a t s 逻辑结构 第二章臼动化测试系统 1 9 3 2l a s a 软件平台 l a s a 软件平台主要是完成自动化测试的前期工作，是自动化测试中最重要 的一环之一，也是最难最复杂的工作，关系到整个测试能否顺利进行。本节将详 细介绍l a s a 软件下的正常通道硬件电路的软件建模。 l a s a r 仿真软件需要正常通道硬件电路的网表文件( * n e t ) ，该网表文件 ( 车n e t ) 可以从p r o t e l 9 9 软件的硬件原理图中导出。网表文件中包含的器件有些 可以从l a s a r 软件本身自带的库中调入，而部分器件是库中没有的，这时我们 必须自己编写器件模块。在器件模块编写完成后，对所编写的器件进行功能仿真， 待到模块功能正确后，将编写的模块插入库中，硬件上所有的器件都具备软件模 块后，将器件模块和网表文件( 宰n e t ) 进行端口对应，全部完成后就实现了硬件 的软件建模过程。硬件建模类似于在l a s a r 软件中建立了其对应的虚拟硬件电 路。 软件建模完成后，对f p g a c p l d 逻辑器件需要加载程序，该程序完成 f p g a c p l d 中程序的功能。由于该硬件电路的f p g a 型号只在m a x + p l u s 2 下 有，故我们加载到f p g a c p l d 的程序都是在m a x + p l u s 2 环境下进行。由于 l a s a r 软件对其能建模的f p g a 程序有特殊要求，正常通道硬件的源程序在 l a s a r 软件上仿真存在问题，有的程序模块甚至不能仿真出结果，所以必须对 正常通道硬件电路重新编写测试程序。该程序完成对下常通道硬件电路所有器件 的检测，测试程序按照电路的结构分别下载在f p g a c p l d 中。我们将测试程序 写完并仿真通过后，在m a x + p l u s 2 下的1 ：程中将产生丰v h o 文件，将该木v h o 文件重新命名为水v h d ，对该木v h d 进行f p g a 建模。同理对两片c p l d 内部的 程序也进行f p g a 建模，至此就完成了硬件电路的软件建模过程，接下来就要编 写硬件电路的激励文件，下面分别介绍这两部分。 3 2 1l a s a r 软件下芯片建模 利用l a s a r 软件仿真，硬件电路上每个器件的模型必须存在于工作库中。 l a s a r 软件自带了3 个系统级的库函数0 1 分别为l a s a r m d i r 4 0 ， l a s a r m d i r 4 1 ，c m m d i r l l ) ，包括了数字电路5 4 7 4 系列芯片及其它一些常 用器件的模型，仿真时可以直接引用系统晦中的这砦模犁。编泽电路网表时， l a s a r 软件首先会在当前p r o j e c t 指向的库中搜索所用器件的模型，若模型不在 当前库中则自动搜索三个系统库，只要在某一个库中能搜索到所用器件模型即可 在编译网表时使用。如果每个库均搜索刁i 到所需器件模型，则需新建该器件的模 型。器件类型不同，建模时用到的资源也不桐同，各类器件建模所需资源如表3 1 2 0 正常通道信号处理与自动化测试 所示。 表3 1 各类器件建模所需资源 器件必需可选 电路板 木n e t 木p c b e p r o m 术b i n 或* b a t ( - 进制文件) r o m 幸b i n 或率b a t ( 二进制文件) p l d 单片机 幸b i n 或书b a t ( 二进制文件) 汇编源程序 f p g a、 宰v h o 、幸s d o 或卑s d f 宰v h d l 、丰v 、宰g d f c p l d 其他 幸b i n 或* b a t ( z 进制文件) 其它元器件 宰p d f 或宰d o c ( 元器件技术说明 文件) j 下常通道硬件电路中有几种器件是l a s a r 软件自带的器件库中所没有的，这时 我们必须在l a s a r 软件下建立和对应的芯片完全相同的功能模块，从而保证硬 件电路上的所有器件都能在l a s a r 软件库中找到相应的软件模型。下面介绍一 下几种在软件自带库中没有的器件的软件建模。 1 存储器( h k l2 5 5 ) 建模 存储器的建模一般需要使用l a s a r 中m e m o r ym o d e l l e r t 2 2 1 插件，按照该插件 的约束填写模型名称、模型类型、数据输入输出引脚、读写控制脚、片选信号后， 执行“e x e c u t e 命令即可得到由l a s a r 生成的存储器模型1 2 3 1 。 对h k l 2 5 5 的建模使用m e m o r ym o d e l l e r 插件，h k l 2 5 5 器件的引脚配置如图 3 3 所示： 幽3 - 3h k l 2 5 5 引脚配置 第二章自动化测试系统 更改读写控制语句后实现正确的读写逻辑，如图3 4 所示： 图3 4h k l 2 5 5 读写控制逻辑 对新建模型还需要验证所建模型在电路仿真时能否正确反映电路要求的行为 功能【2 4 】。验证过程也是仿真过程，只是此时“被测单元”的概念缩小至单个器件， 需要用l a s a r 支持的语言编写h k l 2 5 5 的电路网表( 木n e t ) 和器件正常工作的激励 程序( 事p a t ) ，依据所写激励程序仿真得到的波形如图3 5 所示： 图3 5h k l 2 5 5 输出仿真波形 整个自动化测试过程中，所有信号和数据的核对都是按照节拍段进行的。器 件模型的功能验证与实际芯片的功能检测是完全一样的。对照激励程序分析波形： 在第1 5 拍关闭数据总线，因为数据总线为双向总线，为了正确验证存储器的“读” 过程，避免在“读”过程中等待写入的数据出现在总线上，造成数据冲突。】6 、1 7 拍为稳定高阻念不进行任何操作。1 8 拍读使能，读出数据0 7 ，即二进制数掘 0 0 0 0 0 111 ( d 7 表示低位，d 0 表示高位) ，第1 9 拍读信号为高电平，所以数据输出 总线输出为商阻，第2 1 拍取址h e x0 0 0 0 3 ，读出写到h e x0 0 0 0 3 地址中的数掂0 3 即二进制数据0 0 0 0 0 0 1 1 ，第2 4 拍取址h e x3 0 0 0 0 ，读出写到h e x3 0 0 0 0 地址中的 数据3 0 即_ 进制数据0 0 11 0 0 0 0 ，激励文件中写入对应地址的数掘都可以这样读 出并一进 丁悛对，绐验证这些数扼与写入对应地址的数掘完全一致。 通过以l ：分析可知，建立的h k l 2 5 5 模型通过激励程序仿真，得到的结果与 h k l 2 5 5 实际丁作状念一致，完成咳芯片的软件建模后将其作为整个电路仿真时 的器件模，i ! 插入当前p r o j e c t 的工作库中。 l d t 7 m 4 0 8 4 也是r a m ，建模过程与h k l 2 5 5 有相同之处，差别仅在于地址 止常通道信号处理与自动化测试 总线的位数不同，在建模完成并通过仿真后，该模型也插入当前p r o j e c t 的工作库 中。 2 f i f 0 ( i d t 7 2 2 7 5 ) 建模 i d t 7 2 2 7 5 芯片的功能较多，其中包括i d t 工作模式和f w f t 工作模式，还 有e f ，p a e ，h f ，p a f ，f f 五个状念控制信号。因此不能将其作为普通r a m 进 行建模，而是要用l a s a r 支持的行为语言来完成i d t 7 2 2 7 5 模型的建立。 证常通道电路中的i d t 7 2 2 7 5 工作在i d t 模式。i d t 7 2 2 7 5 的引脚配置如图3 6 所示： 薹眭隍日l 是莲瀣陛璺瞠睡菱睡畦眵 图3 6i d t 7 2 2 7 5 的引脚配置 编写i d t 7 2 2 7 5 的行为语言模型，验证该模型的方法与h k l 2 5 5 的完全一样， i d t 7 2 2 7 5 激励向量中定义的写入数据为h e xf f f ，h e xa a a ，h e x0 0 0 ，h e x5 5 5 ，由 输出波形( 如图3 7 ) 可见，同一存储单元的读出数据与写入数据一致。 p a t t e r r i t $ m en w 团 团 团 回 团 团 团 团 团 圆 图3 7i d t 7 2 2 7 5 由r a m 渎弓模j 仿真输出 通过对以上波形的分析，验证了用行为语古描述的i d t 7 2 2 7 5 模型的讵确性，建 模完成后将i 亥模型插入到库中。 3e p f l o k l o o g c 5 0 3 a 4 、e p m 7 1 2 8 l c 8 4 建模 疆 嘶西舛够皿 第三章自动化测试系统 f p g a 器件的建模需要使用l a s a r 中的v i t a l ( v h d l