VXI频率捷变雷达自动测试设备的设计

1、 VXI频率捷变雷达自动测试设备的设计舒悌翔（科工集团三院三十五所，北京 1000139）摘要：介绍了VXI总线组建的频率捷变末制导雷达自动测试设备的设计。首先简述设备的主要技术要求及功能，重点提出解决关键技术的主要技术问题及设计过程中拟采取的技术措施。关键词：VXI；频率捷变；末制导雷达；自动测试设备 微波暗箱及目标模拟器1 概况频率捷变末制导雷达(以下简称雷达)，是一种多用途新型雷达，采用了多种新技术，新器件。传统的手动测试设备已无法测出诸如雷达在频率捷变下的频率跟踪误差等重要技术参数。要进行频率捷变雷达自动测试系统的研制，必须首先解决几项重要的关键技术：即程控频率捷变雷达信号源、综合控制

2、机箱和程控目标模拟器等的研制。在上述三个关键技术落实基础上，我所研制了通用型VXI总线频率捷变末制导雷达自动测试设备(以下简称称VXI总线设备)。 VXI总线设备由下列几部分组成：控制机柜；多功能测试台；程控目标模拟器和微波暗箱等组成(如图1)。控制机柜包括：示波器，VXI机箱，综合控制机箱和28.5V直流稳压电源组成。多功能测试台上有数字多用表，计算机、显示器和打印机，在台的左侧非标机柜中配置有本振精度测试仪和回波目标模拟器。VXI总线设备设计任务涉及电气（高频、低频）、结构和测试软件三大部分。其中VXI频率捷变信号源模块又是实现VXI频率捷变雷达自动测试设备最关键技术，在以下章节中重点叙述

3、。在设备各分系统中综合控制机箱（以下简称综控箱）是核心部分。考虑已经定型的型号和在研型号的检测需要，综控箱通过适配器（一种型号雷达配一种适配器）和标准化信号定义、规范箱内接线，具有通用性特点。新研制的微波暗箱是园筒形结构，筒内壁贴有微波吸收材料，并设计了一个固定式的小喇叭天线。该暗箱主要用于雷达“向天线”辐射时，吸收雷达天线辐射的高频电磁波。程控目标模拟器由沿着水平丝杠运动的喇叭天线和控制模块（在VXI机箱内）组成。目标模拟器为水平一维运动，高低由人工调节。为了满足雷达对目标的选择，要求雷达天线能在大角度范围内进行搜索。由VXI信号源模块输出信号通过三路电子开关，分别输送到可沿着丝杠运动的喇叭

4、和二个固定的喇叭天线上。VXI机箱微波暗箱频率捷变信号源回波目标模拟器目标模拟器控制电机综 合 控 制 机 箱本振精度测试仪数字多用表目标模拟器继电器扫描开关频率捷变雷达A/D开关量I/O直流稳压电源计数器雷达车GP-IB零槽控制器示波器数字表打印机计算机显示器图1 VXI频率捷变雷达自动测试设备原理框图数据通讯和存储采用以RS-422A电平标准、全双工串行数据通讯。由综控箱中智能通讯模块，记录目标真实角度、距离，及雷达检测到的角度和距离信息，存入该模块的大容量RAM中，通过串口与计算机进行通讯。供雷达的电源采用28.5V直流稳压电源。电源设有安全控制电路，当超过电压极值时，可自动切断，另外装

5、有过流和过热保护。2 主要技术要求及功能2.1 主要技术指标电压和电流测量的不确定度小于或等于0.6% 0.02 V；时间测量：ms级精度小于或等于0.1 ms; s级精度小于或等于25 ms；VXI频率捷变信号源模块频率覆盖为2厘米、3厘米，其功率精度小于或等于2dB; 频率跟踪精度小于或等于0.8 MHz：回波目标模拟器测量雷达动态频率捷变跟踪精度小于或等于0.1 MHz；目标模拟器定位精度小于或等于0.01(即 0.5 mm)；2.2 主要功能（1）测试功能能够对末制导雷达(固定和捷变频率雷达)各项技术指标进行自动测试，测试参数时，既可连续测试，也可以分项测试。能适应全弹测试中的雷达单元

6、测试和综合测试。如进行排除故障需要手动测试时，可以通过计算机屏幕的虚拟面板按钮进行操作。设备设有关键性的雷达通断开关，以便对测试进行紧急干预，切断雷达电源。人机对话全汉化，软件配备必要的引导和说明，界面美观大方。（2）保护、报警功能在测试过程中实时监测雷达的多种电压、电流，如果出现超差立刻报警，当参数超过一定门限时，系统自动切断雷达电源，保护雷达，并记录显示雷达切断电源前的各项雷达监测参数。（3）设备自检功能测试设备具有自检功能，开机后自动进行，并显示自检结果。（4）数据管理功能测试设备软件有较强的数据管理功能，将雷达测试结果存入数据文件，可以很方便的进行查询和参数统计，并可将结果显示和打印。

7、（5）数据记录和存储功能实时记录422串口通讯数据和雷达的主要测试数据，并进行存储，以便实时显示和事后处理相关参数。3 关键技术及其设计3.1 主要关键技术VXI频率捷变雷达自动测试设备的关键技术是VXI频率捷变信号源模块、综合控制机箱、程控目标模拟器和微波暗箱、数据串口通讯和存储及测试软件，现分别叙述如下：3.2 关键分系统的设计3.2.1 频率捷变雷达要搞自动化测试关键是程控频率捷变信号源。90年代初国内尚无货源，国外禁运，因此只能自行研制。由我所自行研制的上架台式频率捷变信号源解决了三个技术关键：快速频率引导、测频精度及功率数字控制。由于测频和设置VCO需要引导时间，通过快速跟踪雷达频率

8、，VCO漂移给测频带来的误差可大大减小，从而可提高雷达测频精度。在方案实施上，信号源的频率产生是以发射机探测脉冲射频为基准的测频再生法。另外为了实施信号源的功率程控，采用数字式衰减器等技术措施。但是台式信号源体积太大，不便于测试场地变化时的灵活使用，我所着手研制了VXI频率捷变信号源模块。VXI频率捷变信号源模块的设计:VXI频率捷变信号源模块是将信号和干扰源设计成一体，是符合VXI标准的C尺寸、双插宽的专用模块。信号源完全靠主控计算机通过VXI总线控制. 它能产生雷达目标脉冲、后拖脉冲、连续波。信号输出通过三路电子开关，可分别输到三个不同目标的模拟器喇叭天线上。信号源有四种频率工作方式：设定

9、频率、跟踪雷达捷变频率、搜索雷达频率、固定颁率。频率范围复盖二厘米、三厘米相关频率。VXI信号源的驱动程序中有一套校准程序，校准信号源的频率和功率。VXI信号源模块在设计中要解决微波系统小型化、数字测频及频率引导、信号控制、VXI接口及驱动程序、实时控制软件等几项关键技术。（1）缩小体积尺寸模块的体积是原台式信号源的1020分之一以下。VXI模块，省去了电源和操作面板。台式信号源采用测频引导法跟踪雷达频率，延迟鉴相瞬时测频机的体积大、重量重、价格高，是阻碍信号源小型化的重要因素。现我所已研制成功直接计数测频技术，直接计数测频机的体积、重量只有瞬时测频机的1/10，为信号源小型化奠定了基础；（2

10、）数字测频及频率引导其设计基本原理是二厘米的射频信号经混频后降到50950MHz，用ECL高速计数器对混频后的信号直接计数，进行频率测量。为了提高分辨率，增加了一个时基计数器。通过提高时基频率，而进而提高频率分辨率。频率引导技术同台式信号源；（3）信号控制信号源的控制核心是TMS320C50信号处理器。控制接口主要有三部分：频率控制、数据流控制、回波检测；a频率控制VXI信号源模块的频率有四种工作方式：设定频率、跟踪捷变频率、搜索雷达频率、固定频率。频率设定由人工设定，通过一系列环节实现。跟踪雷达频率在雷达开高压的情况下进行。信号源搜索雷达频率是由低向高扫频，同时测量回波幅度，信号源频率停在雷

11、达回波最高点。固定频率方式不再校准VC0曲线，信号源频率连续不变，输出为连续波。b数据流控制采用TMS320C50高速信号处理器，特征字数据流控制方式。所谓“特征字”即为信号功率和调制器的控制码，通过特征字RAM地址控制信号脉冲的位置、脉宽、功率。c 回波检测VXI信号源模块具有自动寻找雷达频率的功能。信号源频率由低向高扫频，同时测量回波幅度，当雷达回波的最高点时，停止频率扫描。（4）VXI接口符合VXI总线规范。此项目是外协，由外协单位开发VXI接口和驱动程序；（5）软件信号源内部由TMS320C50控制，实时控制软件接收主控计算机由VXI接口送到双口RAM中的控制命令，根据控制命令设置信号

12、源频率，填写数据流存储器，形成不同功率的脉冲信号。3.2.2 综合控制机箱的设计综合控制机箱（以下简称综控箱）是测试设备的“交通枢纽“，用以完成被测信号的匹配、分类、转换和控制作用，满足测试所需的接口关系。鉴于末制导雷达检测的通用性考虑，对综控箱的设计提出以下要求：a.相关雷达进行测试时，其连接器通过适配器后可灵活更换；b.VXI机箱与综控箱的电缆通过第2前面板连接；c.对测控信号具有分类、阻抗匹配、转换、放大、滤波等调理功能；d.除“接通雷达” 应急开关外，所有开关功能均有软面板实现；e.进行末制导雷达常用信号分类，标识其类别、特性等。编制雷达与设备电气接口插脚定义；f.结构设计保障电气性能

13、和技术指标的实现；便于操作和维修；良好的结构工艺性；体积小，重量轻，美观大方。设计内容包括:机箱的设计、前面板的设计、后面板(含适配器)的设计、功能板的设计、 机箱电源设计等。综控箱与VXI机箱的连接在前面板，与各型号雷达的接口在机箱后面板的适配器上。此外，均通过电缆与分系统连接。3.2.3 程控目标模拟器和微波暗箱的设计（1）程控目标模拟器的设计为了满足雷达对目标的选择，由VXI信号源模块输出的三路目标信号分别到目标模拟器的三个喇叭上，其中二个为固定式喇叭天线。目标模拟器为水平一维运动，高低由人工调节。主要技术指标：运动范围：350 mm 速度：50 mm/s控制精度优于0.5 mm(即0.

14、01)。a程控目标模拟器由控制与驱动两大部分构成。控制模块采用VXI总线技术，取消了传统仪器的所有按钮，模块上无任何本地显示，对模块的操作通过微机CRT上的软面板进行。设计时要考虑定位精度的保证。b采用编码器作为测量元件实现位置反馈。按偏差的比例（P），积分（I），微分（D）进行调节，以获得满意的控制效果，定位精度达到0.01(即0 .5mm)。（2）微波暗箱的设计雷达“向天线”辐射时，为了防止泄密和电磁波对人体造成伤害，要求从雷达天线上辐射出来的电磁波可以被微波暗箱全部吸收。微波暗箱的设计分高频部分和箱体结构两部分。高频部分设计的依据是从高频角度考虑，不影响雷达的性能测试 。首先进行天线辐射

15、场分析，确定喇叭天线口面尺寸。然后根据反射衰减和屏蔽效果进行吸波材料选取。微波暗箱总体结构由圆柱形箱体、箱体支架、举升器、箱体辐射天线组成。圆柱形箱体、箱体支架、举升器3个部分可以拆开，相对独立，增加使用、运输的灵活性。3.2.4 数据串口通讯和存储以RS-422电平标准、全双工串行数据通讯。采用综控箱中的I-7188E智能通讯控制器模块实时记录目标真实角度、距离、及雷达检测到的角度和距离信息，存入模块的存储器中，以便显示和事后处理相关参数。3.2.5 测试软件的设计通过在VXI设备主计算机上运行此软件，可实现计算机对各组合单元和VXI模块的访问和控制，从而控制雷达工作状态，进而对雷达各项指标

16、进行测试。 软件实现雷达的单项测试和连续测试；由软面板显示雷达的工作状态。测试结果进行屏幕显示和浏览，并可存盘和打印。该软件可实现数据的串口通讯和存储。此外，测试软件还提供汉字菜单形式的人机界面，便于雷达的调试和排除故障。（1）设备对测试软件的要求a实时性：即能够在雷达允许的时间内对设备进行控制和数据处理。b针对性：如程控目标模拟器其控制算法必须具有针对性，才能保证程控具有较高的调节品质。c灵活性：在雷达测试过程中，若被测参数不合格，测试软件不应出现死循环、浮点错误等异常现象，程序应能正常运行或在用户的干预下退出。d可靠性：即设计一个诊断程序，使其对设备的硬件和软件均能够检查，及时发现错误，通

17、常把调试好的应用软件固化在EPR0M中。e时间特性要求：在时间参数测试时，与被测时间参数相比，软件运行速度应足够快，以使因软件运行时间造成的误差远远小于被测参数值，保证时间参数测试精度。f故障处理要求：软件出现故障时，能显示提示信息，在操作人员干预下退出程序。g. 支持软件的环境；(1)软件全部功能的实现必须要完整的设备硬件作支持: 包括计算机内1394 PC -VXI接口板、GP-IB接口板及各单元和功能板、VXI模块、专用通讯电缆和连接电缆等。(2)支持软件，中文WIN95以上。4 主要技术措施4.1 提高可靠性措施：进行电磁兼容性设计（1）分析干扰源及传播：这里主要是指各种电气干扰。有的

18、来自设备外部，有的产生于设备内部。外部干扰如电磁干扰和交流电工频干扰。内部干扰由结构布局、生产工艺所决定的，如感应信号，长线传输，接地不良和热噪声干扰等；（2）为消除共态干扰，综合控制机箱内，雷达各输入信号采用光电隔离技术，设计机箱单独供电；（3）良好的接地:首先处理好屏蔽和接地问题。机柜、测试台与雷达应用良好的工作接地；（4）为解决长线传输中的干扰问题，如串口线采用专用通讯线等。（5）为减少回波等视频信号的失真和幅度变小，在综控箱内视频信号输入端口加了阻抗匹配电路；（6）对尖峰干扰的综合治理。所谓尖峰干扰是一种迭加于电网正弦波上的高能脉冲。设计中采用综合治理的途径有：a尽量避开干扰源，采用专用交流电源线。b用硬设备抑制尖峰干扰的影响，如计算机和控制机柜交流电源输入端，串入干扰抑制器。c对计算机采用“看门狗”技术，邦助系统自动恢复正常运行。4.2 测试性设计为了提高电路的可测试性，采取的具体措施有：a. 将需要直接控制或观察的节点由电路外引；b. 设置多路开关，以便新开信号或数据线；c. 设计专用接插件；d. 对没有使用的元件输入端和三态门及集电极开路的元件输出端作了适当处理；e. 合理安排PCB板的元件与走线；f. 为利于寻迹故障，计算机有开机自检，VXI机箱及模块等均有自检功能。4.3 可维修性