王學(xué)磊,胡文華,韓壯志

摘? 要： 針對雷達(dá)實(shí)裝訓(xùn)練時所產(chǎn)生的效率低、損耗大等問題，設(shè)計了一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器故障監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)為某雷達(dá)模擬器中的一部分，根據(jù)故障監(jiān)控需要完成的任務(wù)，對其控制信號、發(fā)射機(jī)監(jiān)控、故障指示和測試信號四個功能進(jìn)行設(shè)計，并設(shè)計了該系統(tǒng)上位機(jī)軟件控制流程。根據(jù)軟件控制流程，通過LabWindows/CVI編程實(shí)現(xiàn)了對雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器的故障監(jiān)控，為現(xiàn)代雷達(dá)裝備的故障監(jiān)控與模擬訓(xùn)練提供了一定的參考價值。

關(guān)鍵詞： 雷達(dá)發(fā)射機(jī)； 模擬器； 故障監(jiān)控； LabWindows/CVI

中圖分類號： TN957?34； TP277???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A??????????????????????? 文章編號： 1004?373X（2014）23?0041?03

Abstract： For the low efficiency， high cost and other problems in real radar training， a fault monitoring system in radar transmitter simulator was designed. This system was a part of a radar simulator. According to the tasks that the fault monitoring required， four functions （signal control， transmitter monitoring， fault indication and signal test） were devised. Control procedure of software in the upper computer was developed. With the procedure， fault monitoring of the radar transmitter simulator was realized through LabWindows/CVI programming. It could provide a reference for the fault monitoring and simulated training in modern radars.

Keywords： radar transmitter； simulator； fault monitoring； LabWindows/CVI

0? 引? 言

現(xiàn)代雷達(dá)裝備技術(shù)復(fù)雜，造價昂貴，列裝數(shù)量有限，僅靠實(shí)際裝備進(jìn)行訓(xùn)練，不僅會出現(xiàn)訓(xùn)練滯后、效率低等問題，還會因為裝備損耗大、故障率高等情況，產(chǎn)生高額的維護(hù)費(fèi)用。雷達(dá)模擬器[1?2]是針對實(shí)裝訓(xùn)練所產(chǎn)生的問題而研制和開發(fā)的一種模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，操作人員不僅可以在此系統(tǒng)下進(jìn)行雷達(dá)的常規(guī)操作訓(xùn)練，還可以通過設(shè)置相應(yīng)故障，進(jìn)行維修保障訓(xùn)練。

目前，基于LabWindows/CVI的虛擬儀器技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類模擬訓(xùn)練系統(tǒng)[3?6]。本文針對某雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器中的故障監(jiān)控模塊，設(shè)計了一種基于LabWindows/CVI的故障監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)故障監(jiān)控模塊的任務(wù)進(jìn)行所需的功能設(shè)計及上位機(jī)軟件的控制流程設(shè)計，最后通過LabWindows/CVI編程，實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)發(fā)射機(jī)故障的有效監(jiān)控。

1? 雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器組成

雷達(dá)模擬器一般采用軟硬件相結(jié)合的模擬方式，這種方式使得雷達(dá)模擬器通常具有逼真的硬件物理環(huán)境以及相應(yīng)的軟件平臺，采用虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的方式，構(gòu)建雷達(dá)工作物理環(huán)境，模擬雷達(dá)相應(yīng)的工作狀態(tài)。本文涉及的某雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器也采用軟硬件相結(jié)合的方法，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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圖1 模擬器結(jié)構(gòu)組成

整個模擬器是基于硬件模擬部分構(gòu)建的，硬件模擬部分由真實(shí)裝備的發(fā)射機(jī)部件構(gòu)成，在各部件之間設(shè)置控制單元及各種連接電纜，以提供組件正常工作所需的各種電源與信號。而操作控制系統(tǒng)、故障監(jiān)控系統(tǒng)、組網(wǎng)聯(lián)動系統(tǒng)均是在Windows平臺上進(jìn)行設(shè)計開發(fā)的，本文重點(diǎn)是對故障監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計。

2? 故障監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

對于故障監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn)，按照下列步驟進(jìn)行：

（1） 列出系統(tǒng)的主要任務(wù)；

（2） 設(shè)計系統(tǒng)所需功能；

（3） 設(shè)計系統(tǒng)軟件控制流程；

（4） 編程實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)控系統(tǒng)。

本節(jié)主要根據(jù)前三個步驟對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

2.1? 系統(tǒng)任務(wù)

故障監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)主要有以下幾點(diǎn)：

（1） 按照預(yù)定的時間順序接通雷達(dá)發(fā)射機(jī)。

（2） 保護(hù)行波管，防止由于錯誤操作而導(dǎo)致?lián)p壞。為此，發(fā)射機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測電路在大量“關(guān)鍵”點(diǎn)上進(jìn)行監(jiān)測。如果故障發(fā)生，發(fā)射機(jī)被暫時關(guān)斷，然后再接通。若按規(guī)定接通數(shù)次不成功后，發(fā)射機(jī)發(fā)出故障報警信號，并且完全關(guān)斷，等待排除故障后才可再次開機(jī)。

（3） 借助于硬件模擬部分指標(biāo)燈面板上的發(fā)光二極管指示故障。雷達(dá)發(fā)射機(jī)各部分電路都設(shè)置有相應(yīng)的故障監(jiān)測電路，該電路產(chǎn)生一系列檢測信號，用于判斷發(fā)射機(jī)的故障。

2.2? 功能設(shè)計

根據(jù)以上任務(wù)，故障監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)包含故障特征庫，從而可以根據(jù)注入的故障顯示出雷達(dá)的多種典型故障現(xiàn)象、參數(shù)特征；還應(yīng)能夠控制硬件模擬部分面板上的表頭、輸出插孔等，直接表現(xiàn)故障現(xiàn)象，結(jié)合專家知識庫的引導(dǎo)，操作人員可以在實(shí)裝面板上測量、比對信號，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬。具體功能設(shè)計如下。

2.2.1? 控制信號

故障監(jiān)控的實(shí)質(zhì)是通過產(chǎn)生相應(yīng)的信號實(shí)現(xiàn)的，因此首要的功能是對所需信號進(jìn)行控制：

（1） 來自中央配電箱的接通信號，即“預(yù)熱”、“準(zhǔn)備”、“工作”等控制信號，其中“準(zhǔn)備”和“工作”兩種狀態(tài)均通過主開關(guān)控制；

（2） 運(yùn)行中所需的定時信號，即發(fā)射機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的定時信號，保證行波管陰極被加熱到合適的工作溫度；

（3） 故障表征信號，包括各種短暫故障以及永久故障；

（4） 各種電源的控制信號，用于確定雷達(dá)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

2.2.2? 發(fā)射機(jī)監(jiān)測

在對發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)控中，如果分部件出現(xiàn)故障，相應(yīng)的檢測電路就將檢測到的故障信號送至內(nèi)存儲器；內(nèi)存儲器為每個故障信號設(shè)置了獨(dú)立的存儲電路（觸發(fā)器），每個存儲電路的輸出信號送至檢測連接器，同時產(chǎn)生故障表征信號，如行波管高壓斷掉引起的故障，啟動高壓電源可能引起的故障等。

當(dāng)故障持久存在時，即送至內(nèi)存儲器的輸入故障信號維持故障狀態(tài)，此時內(nèi)部的脈沖發(fā)生器開始計數(shù)；當(dāng)計數(shù)器達(dá)到一定脈沖數(shù)量（如設(shè)置4個脈沖）時，在其輸出端產(chǎn)生永久故障信號。

2.2.3? 故障指示

根據(jù)產(chǎn)生的故障表征信號，在硬件模擬部分指示燈面板上出現(xiàn)相應(yīng)的指示。指示燈分為電源單元、射頻振蕩器、波導(dǎo)單元、微波單元等，各單元的故障信號觸發(fā)相應(yīng)的指示燈；并且只要指示燈面板上出現(xiàn)一種指示，就產(chǎn)生檢測信號“F1”，此信號送至故障監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)顯示“雷達(dá)子系統(tǒng)故障”的指示。

2.2.4? 測試信號

發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)測電路提供給各部分連接器許多測試信號。所有送至內(nèi)存儲器的輸入故障信號都提供給“檢測信號緩沖存儲器”，即供給大量的檢測信號源。這些輸入故障信號經(jīng)過去耦電阻（測試信號緩沖存儲的主要基本元件），作為測試信號輸出至測試連接器。如果指示燈“電源單元”提示故障，借助于內(nèi)存儲器供給的檢測信號，就能確定故障信號來自哪個單元。

2.3? 軟件控制流程設(shè)計

為了使故障監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互顯控功能，根據(jù)2.2節(jié)中的任務(wù)功能，對系統(tǒng)的上位機(jī)軟件控制進(jìn)行設(shè)計。

整個雷達(dá)發(fā)射機(jī)在工作過程中，分為低壓和高壓兩部分。在顯示器中低壓部分主要以一個模塊（M1模塊）體現(xiàn)出來，高壓部分主要以燈絲的幾種狀態(tài)（M2～M6模塊）體現(xiàn)。在信號流向正常的情況下，從加電到發(fā)射機(jī)正常工作要經(jīng)過低壓正常工作（M1）、燈絲預(yù)熱（M2）、燈絲80%（M3）、燈絲120%（M4）、燈絲正常（M5）和高壓正常（M6）六個環(huán)節(jié)。在整個加電過程中，上位機(jī)軟件需要完成以下幾項動作：

（1） 從加電開始到低壓模塊，所有的低壓信號在顯示器上，只以一個模塊體現(xiàn)出來。這時，為具體體現(xiàn)其工作過程，又與實(shí)際情況貼近，軟件設(shè)計部分還要對各處信號監(jiān)測情況進(jìn)行具體體現(xiàn)。具體有：+4V1，[+4V2，]+12 V，-12 V，+12VK1，-12VK2，+24V1，[+24V2，]+24 V外電源。本部分設(shè)計有低壓故障指示燈。

（2） 從低壓模塊到發(fā)射機(jī)工作正常，要對發(fā)射機(jī)各部分模塊進(jìn)行監(jiān)測，同時根據(jù)實(shí)際需要，要對外部硬件進(jìn)行控制。具體要對發(fā)射機(jī)故障指示、輸出功率指示、電源指示、放電管電源指示、RF發(fā)生器指示、晶體電流1指示、晶體電流2指示、置位指示、開關(guān)電源K1、24V3、24V4、24V6、時鐘脈沖1、時鐘脈沖2進(jìn)行控制。本部分設(shè)計有故障選擇控制部分。

（3） 對以上的信號檢測和信號控制部分，要根據(jù)信號流程對面板信號走向進(jìn)行調(diào)整。

（4） 燈絲的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程對轉(zhuǎn)換時間有要求，要對時間和轉(zhuǎn)換進(jìn)度進(jìn)行體現(xiàn)。具體有：預(yù)熱過程為6 min，開關(guān)瞬間接通為40 s。

控制程序總流程如圖2所示。

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圖2 控制程序流程

3? 結(jié)? 論

故障監(jiān)控系統(tǒng)主要在Windows平臺上使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)控制顯示界面。

選用LabWindows/CVI進(jìn)行編程是由于它可以完成以下工作[7]：交互式程序開發(fā)；具有功能強(qiáng)大的函數(shù)庫，用來創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集和儀器控制的應(yīng)用程序；充分利用完備的軟件工具進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和顯示；為其他程序開發(fā)C目標(biāo)模塊、動態(tài)鏈接庫（DLL）、C語言庫。

根據(jù)設(shè)計要求和信號流程的分析，在設(shè)計面板時，以CVI中ListBox作為模塊（M1～M6）面板，代表信號流通過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在模擬器設(shè)計過程中，為符合實(shí)際情況，要有故障檢測指示、故障軟件設(shè)置選擇、故障說明等內(nèi)容。為達(dá)到此要求，在設(shè)計面板時，分別以Ring作為故障選擇部分，以TextBox作為故障說明部分，以LED作為低壓故障指示燈部分。此外，還有一個TWT控制開關(guān)用于控制信號從低壓到燈絲過程的流通。

故障選擇部分用來實(shí)現(xiàn)軟件故障控制。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求有軟件控制硬件模擬部分的故障設(shè)置環(huán)節(jié)。總共有20個故障點(diǎn)：發(fā)射機(jī)、輸出功率、電源等。當(dāng)選擇一個故障時，面板中會出現(xiàn)該故障的種類；同時，面板的信號流通也會發(fā)生相應(yīng)變化，并由面板和PCI向硬件送出5 V數(shù)字信號，由此結(jié)合硬件部分進(jìn)行控制。

最終界面實(shí)現(xiàn)如圖3所示，該圖是正常工作狀態(tài)下界面的顯示情況。

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圖3 系統(tǒng)界面

4? 結(jié)? 語

本文設(shè)計了一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器的故障監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)需要完成的任務(wù)，設(shè)計了應(yīng)具有的功能和上位機(jī)軟件控制流程；使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了具有人際交互操作界面的故障監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以為現(xiàn)代雷達(dá)裝備的故障監(jiān)控部分提供設(shè)計思路，還可以配備到部隊中，完成相關(guān)的保障訓(xùn)練，加速提高操作人員和保障人員的技術(shù)水平和維修技能，具有廣泛的軍事應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟慶虎，陶青長，梁志恒，等.一種基于FPGA的通用雷達(dá)回波實(shí)時模擬器[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（3）：82?84.

[2] 路文龍，王和明，張啟亮，等.基于FPGA+PC104的雷達(dá)目標(biāo)模擬器設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（4）：27?30.

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[6] 吳坤，蔡金燕，韓春輝.基于LabWindows/CVI和數(shù)據(jù)庫的雷達(dá)測試軟件系統(tǒng)的設(shè)計[J].儀表技術(shù)，2010（11）：29?31.

[7] 孫曉云.基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

2.2? 功能設(shè)計

根據(jù)以上任務(wù)，故障監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)包含故障特征庫，從而可以根據(jù)注入的故障顯示出雷達(dá)的多種典型故障現(xiàn)象、參數(shù)特征；還應(yīng)能夠控制硬件模擬部分面板上的表頭、輸出插孔等，直接表現(xiàn)故障現(xiàn)象，結(jié)合專家知識庫的引導(dǎo)，操作人員可以在實(shí)裝面板上測量、比對信號，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬。具體功能設(shè)計如下。

2.2.1? 控制信號

故障監(jiān)控的實(shí)質(zhì)是通過產(chǎn)生相應(yīng)的信號實(shí)現(xiàn)的，因此首要的功能是對所需信號進(jìn)行控制：

（1） 來自中央配電箱的接通信號，即“預(yù)熱”、“準(zhǔn)備”、“工作”等控制信號，其中“準(zhǔn)備”和“工作”兩種狀態(tài)均通過主開關(guān)控制；

（2） 運(yùn)行中所需的定時信號，即發(fā)射機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的定時信號，保證行波管陰極被加熱到合適的工作溫度；

（3） 故障表征信號，包括各種短暫故障以及永久故障；

（4） 各種電源的控制信號，用于確定雷達(dá)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

2.2.2? 發(fā)射機(jī)監(jiān)測

在對發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)控中，如果分部件出現(xiàn)故障，相應(yīng)的檢測電路就將檢測到的故障信號送至內(nèi)存儲器；內(nèi)存儲器為每個故障信號設(shè)置了獨(dú)立的存儲電路（觸發(fā)器），每個存儲電路的輸出信號送至檢測連接器，同時產(chǎn)生故障表征信號，如行波管高壓斷掉引起的故障，啟動高壓電源可能引起的故障等。

當(dāng)故障持久存在時，即送至內(nèi)存儲器的輸入故障信號維持故障狀態(tài)，此時內(nèi)部的脈沖發(fā)生器開始計數(shù)；當(dāng)計數(shù)器達(dá)到一定脈沖數(shù)量（如設(shè)置4個脈沖）時，在其輸出端產(chǎn)生永久故障信號。

2.2.3? 故障指示

根據(jù)產(chǎn)生的故障表征信號，在硬件模擬部分指示燈面板上出現(xiàn)相應(yīng)的指示。指示燈分為電源單元、射頻振蕩器、波導(dǎo)單元、微波單元等，各單元的故障信號觸發(fā)相應(yīng)的指示燈；并且只要指示燈面板上出現(xiàn)一種指示，就產(chǎn)生檢測信號“F1”，此信號送至故障監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)顯示“雷達(dá)子系統(tǒng)故障”的指示。

2.2.4? 測試信號

發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)測電路提供給各部分連接器許多測試信號。所有送至內(nèi)存儲器的輸入故障信號都提供給“檢測信號緩沖存儲器”，即供給大量的檢測信號源。這些輸入故障信號經(jīng)過去耦電阻（測試信號緩沖存儲的主要基本元件），作為測試信號輸出至測試連接器。如果指示燈“電源單元”提示故障，借助于內(nèi)存儲器供給的檢測信號，就能確定故障信號來自哪個單元。

2.3? 軟件控制流程設(shè)計

為了使故障監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互顯控功能，根據(jù)2.2節(jié)中的任務(wù)功能，對系統(tǒng)的上位機(jī)軟件控制進(jìn)行設(shè)計。

整個雷達(dá)發(fā)射機(jī)在工作過程中，分為低壓和高壓兩部分。在顯示器中低壓部分主要以一個模塊（M1模塊）體現(xiàn)出來，高壓部分主要以燈絲的幾種狀態(tài)（M2～M6模塊）體現(xiàn)。在信號流向正常的情況下，從加電到發(fā)射機(jī)正常工作要經(jīng)過低壓正常工作（M1）、燈絲預(yù)熱（M2）、燈絲80%（M3）、燈絲120%（M4）、燈絲正常（M5）和高壓正常（M6）六個環(huán)節(jié)。在整個加電過程中，上位機(jī)軟件需要完成以下幾項動作：

（1） 從加電開始到低壓模塊，所有的低壓信號在顯示器上，只以一個模塊體現(xiàn)出來。這時，為具體體現(xiàn)其工作過程，又與實(shí)際情況貼近，軟件設(shè)計部分還要對各處信號監(jiān)測情況進(jìn)行具體體現(xiàn)。具體有：+4V1，[+4V2，]+12 V，-12 V，+12VK1，-12VK2，+24V1，[+24V2，]+24 V外電源。本部分設(shè)計有低壓故障指示燈。

（2） 從低壓模塊到發(fā)射機(jī)工作正常，要對發(fā)射機(jī)各部分模塊進(jìn)行監(jiān)測，同時根據(jù)實(shí)際需要，要對外部硬件進(jìn)行控制。具體要對發(fā)射機(jī)故障指示、輸出功率指示、電源指示、放電管電源指示、RF發(fā)生器指示、晶體電流1指示、晶體電流2指示、置位指示、開關(guān)電源K1、24V3、24V4、24V6、時鐘脈沖1、時鐘脈沖2進(jìn)行控制。本部分設(shè)計有故障選擇控制部分。

（3） 對以上的信號檢測和信號控制部分，要根據(jù)信號流程對面板信號走向進(jìn)行調(diào)整。

（4） 燈絲的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程對轉(zhuǎn)換時間有要求，要對時間和轉(zhuǎn)換進(jìn)度進(jìn)行體現(xiàn)。具體有：預(yù)熱過程為6 min，開關(guān)瞬間接通為40 s。

控制程序總流程如圖2所示。

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圖2 控制程序流程

3? 結(jié)? 論

故障監(jiān)控系統(tǒng)主要在Windows平臺上使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)控制顯示界面。

選用LabWindows/CVI進(jìn)行編程是由于它可以完成以下工作[7]：交互式程序開發(fā)；具有功能強(qiáng)大的函數(shù)庫，用來創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集和儀器控制的應(yīng)用程序；充分利用完備的軟件工具進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和顯示；為其他程序開發(fā)C目標(biāo)模塊、動態(tài)鏈接庫（DLL）、C語言庫。

根據(jù)設(shè)計要求和信號流程的分析，在設(shè)計面板時，以CVI中ListBox作為模塊（M1～M6）面板，代表信號流通過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在模擬器設(shè)計過程中，為符合實(shí)際情況，要有故障檢測指示、故障軟件設(shè)置選擇、故障說明等內(nèi)容。為達(dá)到此要求，在設(shè)計面板時，分別以Ring作為故障選擇部分，以TextBox作為故障說明部分，以LED作為低壓故障指示燈部分。此外，還有一個TWT控制開關(guān)用于控制信號從低壓到燈絲過程的流通。

故障選擇部分用來實(shí)現(xiàn)軟件故障控制。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求有軟件控制硬件模擬部分的故障設(shè)置環(huán)節(jié)?？偣灿?0個故障點(diǎn)：發(fā)射機(jī)、輸出功率、電源等。當(dāng)選擇一個故障時，面板中會出現(xiàn)該故障的種類；同時，面板的信號流通也會發(fā)生相應(yīng)變化，并由面板和PCI向硬件送出5 V數(shù)字信號，由此結(jié)合硬件部分進(jìn)行控制。

最終界面實(shí)現(xiàn)如圖3所示，該圖是正常工作狀態(tài)下界面的顯示情況。

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圖3 系統(tǒng)界面

4? 結(jié)? 語

本文設(shè)計了一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器的故障監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)需要完成的任務(wù)，設(shè)計了應(yīng)具有的功能和上位機(jī)軟件控制流程；使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了具有人際交互操作界面的故障監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以為現(xiàn)代雷達(dá)裝備的故障監(jiān)控部分提供設(shè)計思路，還可以配備到部隊中，完成相關(guān)的保障訓(xùn)練，加速提高操作人員和保障人員的技術(shù)水平和維修技能，具有廣泛的軍事應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟慶虎，陶青長，梁志恒，等.一種基于FPGA的通用雷達(dá)回波實(shí)時模擬器[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（3）：82?84.

[2] 路文龍，王和明，張啟亮，等.基于FPGA+PC104的雷達(dá)目標(biāo)模擬器設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（4）：27?30.

[3] 宰辰熹.虛擬儀器技術(shù)在航空機(jī)載氣象雷達(dá)測試系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].測控技術(shù)，2012，31（1）：112?115.

[4] 唐大全，吳曉男，戴洪德，等.慣導(dǎo)模擬訓(xùn)練軟件的設(shè)計[J].儀表技術(shù)，2011（9）：7?10.

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[6] 吳坤，蔡金燕，韓春輝.基于LabWindows/CVI和數(shù)據(jù)庫的雷達(dá)測試軟件系統(tǒng)的設(shè)計[J].儀表技術(shù)，2010（11）：29?31.

[7] 孫曉云.基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

2.2? 功能設(shè)計

根據(jù)以上任務(wù)，故障監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)包含故障特征庫，從而可以根據(jù)注入的故障顯示出雷達(dá)的多種典型故障現(xiàn)象、參數(shù)特征；還應(yīng)能夠控制硬件模擬部分面板上的表頭、輸出插孔等，直接表現(xiàn)故障現(xiàn)象，結(jié)合專家知識庫的引導(dǎo)，操作人員可以在實(shí)裝面板上測量、比對信號，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬。具體功能設(shè)計如下。

2.2.1? 控制信號

故障監(jiān)控的實(shí)質(zhì)是通過產(chǎn)生相應(yīng)的信號實(shí)現(xiàn)的，因此首要的功能是對所需信號進(jìn)行控制：

（1） 來自中央配電箱的接通信號，即“預(yù)熱”、“準(zhǔn)備”、“工作”等控制信號，其中“準(zhǔn)備”和“工作”兩種狀態(tài)均通過主開關(guān)控制；

（2） 運(yùn)行中所需的定時信號，即發(fā)射機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的定時信號，保證行波管陰極被加熱到合適的工作溫度；

（3） 故障表征信號，包括各種短暫故障以及永久故障；

（4） 各種電源的控制信號，用于確定雷達(dá)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

2.2.2? 發(fā)射機(jī)監(jiān)測

在對發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)控中，如果分部件出現(xiàn)故障，相應(yīng)的檢測電路就將檢測到的故障信號送至內(nèi)存儲器；內(nèi)存儲器為每個故障信號設(shè)置了獨(dú)立的存儲電路（觸發(fā)器），每個存儲電路的輸出信號送至檢測連接器，同時產(chǎn)生故障表征信號，如行波管高壓斷掉引起的故障，啟動高壓電源可能引起的故障等。

當(dāng)故障持久存在時，即送至內(nèi)存儲器的輸入故障信號維持故障狀態(tài)，此時內(nèi)部的脈沖發(fā)生器開始計數(shù)；當(dāng)計數(shù)器達(dá)到一定脈沖數(shù)量（如設(shè)置4個脈沖）時，在其輸出端產(chǎn)生永久故障信號。

2.2.3? 故障指示

根據(jù)產(chǎn)生的故障表征信號，在硬件模擬部分指示燈面板上出現(xiàn)相應(yīng)的指示。指示燈分為電源單元、射頻振蕩器、波導(dǎo)單元、微波單元等，各單元的故障信號觸發(fā)相應(yīng)的指示燈；并且只要指示燈面板上出現(xiàn)一種指示，就產(chǎn)生檢測信號“F1”，此信號送至故障監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)顯示“雷達(dá)子系統(tǒng)故障”的指示。

2.2.4? 測試信號

發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)測電路提供給各部分連接器許多測試信號。所有送至內(nèi)存儲器的輸入故障信號都提供給“檢測信號緩沖存儲器”，即供給大量的檢測信號源。這些輸入故障信號經(jīng)過去耦電阻（測試信號緩沖存儲的主要基本元件），作為測試信號輸出至測試連接器。如果指示燈“電源單元”提示故障，借助于內(nèi)存儲器供給的檢測信號，就能確定故障信號來自哪個單元。

2.3? 軟件控制流程設(shè)計

為了使故障監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互顯控功能，根據(jù)2.2節(jié)中的任務(wù)功能，對系統(tǒng)的上位機(jī)軟件控制進(jìn)行設(shè)計。

整個雷達(dá)發(fā)射機(jī)在工作過程中，分為低壓和高壓兩部分。在顯示器中低壓部分主要以一個模塊（M1模塊）體現(xiàn)出來，高壓部分主要以燈絲的幾種狀態(tài)（M2～M6模塊）體現(xiàn)。在信號流向正常的情況下，從加電到發(fā)射機(jī)正常工作要經(jīng)過低壓正常工作（M1）、燈絲預(yù)熱（M2）、燈絲80%（M3）、燈絲120%（M4）、燈絲正常（M5）和高壓正常（M6）六個環(huán)節(jié)。在整個加電過程中，上位機(jī)軟件需要完成以下幾項動作：

（1） 從加電開始到低壓模塊，所有的低壓信號在顯示器上，只以一個模塊體現(xiàn)出來。這時，為具體體現(xiàn)其工作過程，又與實(shí)際情況貼近，軟件設(shè)計部分還要對各處信號監(jiān)測情況進(jìn)行具體體現(xiàn)。具體有：+4V1，[+4V2，]+12 V，-12 V，+12VK1，-12VK2，+24V1，[+24V2，]+24 V外電源。本部分設(shè)計有低壓故障指示燈。

（2） 從低壓模塊到發(fā)射機(jī)工作正常，要對發(fā)射機(jī)各部分模塊進(jìn)行監(jiān)測，同時根據(jù)實(shí)際需要，要對外部硬件進(jìn)行控制。具體要對發(fā)射機(jī)故障指示、輸出功率指示、電源指示、放電管電源指示、RF發(fā)生器指示、晶體電流1指示、晶體電流2指示、置位指示、開關(guān)電源K1、24V3、24V4、24V6、時鐘脈沖1、時鐘脈沖2進(jìn)行控制。本部分設(shè)計有故障選擇控制部分。

（3） 對以上的信號檢測和信號控制部分，要根據(jù)信號流程對面板信號走向進(jìn)行調(diào)整。

（4） 燈絲的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程對轉(zhuǎn)換時間有要求，要對時間和轉(zhuǎn)換進(jìn)度進(jìn)行體現(xiàn)。具體有：預(yù)熱過程為6 min，開關(guān)瞬間接通為40 s。

控制程序總流程如圖2所示。

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圖2 控制程序流程

3? 結(jié)? 論

故障監(jiān)控系統(tǒng)主要在Windows平臺上使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)控制顯示界面。

選用LabWindows/CVI進(jìn)行編程是由于它可以完成以下工作[7]：交互式程序開發(fā)；具有功能強(qiáng)大的函數(shù)庫，用來創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集和儀器控制的應(yīng)用程序；充分利用完備的軟件工具進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和顯示；為其他程序開發(fā)C目標(biāo)模塊、動態(tài)鏈接庫（DLL）、C語言庫。

根據(jù)設(shè)計要求和信號流程的分析，在設(shè)計面板時，以CVI中ListBox作為模塊（M1～M6）面板，代表信號流通過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在模擬器設(shè)計過程中，為符合實(shí)際情況，要有故障檢測指示、故障軟件設(shè)置選擇、故障說明等內(nèi)容。為達(dá)到此要求，在設(shè)計面板時，分別以Ring作為故障選擇部分，以TextBox作為故障說明部分，以LED作為低壓故障指示燈部分。此外，還有一個TWT控制開關(guān)用于控制信號從低壓到燈絲過程的流通。

故障選擇部分用來實(shí)現(xiàn)軟件故障控制。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求有軟件控制硬件模擬部分的故障設(shè)置環(huán)節(jié)?？偣灿?0個故障點(diǎn)：發(fā)射機(jī)、輸出功率、電源等。當(dāng)選擇一個故障時，面板中會出現(xiàn)該故障的種類；同時，面板的信號流通也會發(fā)生相應(yīng)變化，并由面板和PCI向硬件送出5 V數(shù)字信號，由此結(jié)合硬件部分進(jìn)行控制。

最終界面實(shí)現(xiàn)如圖3所示，該圖是正常工作狀態(tài)下界面的顯示情況。

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圖3 系統(tǒng)界面

4? 結(jié)? 語

本文設(shè)計了一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器的故障監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)需要完成的任務(wù)，設(shè)計了應(yīng)具有的功能和上位機(jī)軟件控制流程；使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了具有人際交互操作界面的故障監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以為現(xiàn)代雷達(dá)裝備的故障監(jiān)控部分提供設(shè)計思路，還可以配備到部隊中，完成相關(guān)的保障訓(xùn)練，加速提高操作人員和保障人員的技術(shù)水平和維修技能，具有廣泛的軍事應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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