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(shù)的發(fā)展, 近年來列裝部隊的雷達(dá)都采用了較為先進(jìn)的技術(shù),數(shù)字化、集成化程度越來越高,造價昂貴。當(dāng)雷達(dá)發(fā)生故障后,立即失去了作戰(zhàn)效能。當(dāng)雷達(dá)產(chǎn)品發(fā)生故障后,及時修復(fù)雷達(dá)裝備故障,保持雷達(dá)裝備正常工作,對于保障戰(zhàn)爭勝利至關(guān)重要。如果單一依靠雷達(dá)本身的自檢系統(tǒng)(BIT),但由于受系統(tǒng)的設(shè)計的可靠性和成本的限制, 雷達(dá)BITE功能很有限,實際上很難達(dá)到很高的故障檢測率和隔離率, 無法滿足雷達(dá)產(chǎn)品維修的需要。

因此研究開發(fā)高效的維修檢測設(shè)備,提供雷達(dá)的綜合檢測、診斷和維修能力很有必要。

本文以某雷達(dá)維修為研究對象,研制開發(fā)了包括雷達(dá)總站、信號處理系統(tǒng)、頻率綜合系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等檢測設(shè)備。主要用于搜索雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)總站標(biāo)定和功能驗證,搜索雷達(dá)天線座、穩(wěn)定跟蹤器、信號處理機(jī)、頻綜、接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理機(jī)等系統(tǒng)模塊或分系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防性維修期間以及更換部分單元后,對其進(jìn)行功能、性能檢測、故障檢測、隔離、定位等,為現(xiàn)場檢測、維修、調(diào)試和交驗提供便捷條件。該產(chǎn)品以智能、簡單實用、快速檢測等設(shè)計思想為總體設(shè)計原則,可以快速對測試產(chǎn)品進(jìn)行性能測試、故障檢測以及雷達(dá)站參數(shù)標(biāo)定等[1]。

1 國內(nèi)維修檢測方法

目前國內(nèi)雷達(dá)維修設(shè)備的的主要技術(shù)大致有三種[2]:

1) 依托雷達(dá)自身的自檢系統(tǒng)(BIT)?？梢栽诶走_(dá)工作過程中,快速自動檢出雷達(dá)的故障并進(jìn)行隔離可更換單元,可以實現(xiàn)快速的換件維修。但由于受系統(tǒng)的設(shè)計的可靠性和成本的限制, 雷達(dá)BITE功能很有限, 實際上很難達(dá)到很高的故障檢測率和隔離率, 無法滿足雷達(dá)產(chǎn)品維修的需要。

2) 基于通用儀器儀表構(gòu)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(gòu)建測試平臺,通過人工按照設(shè)備的工作原理進(jìn)行檢測、記錄、進(jìn)行故障判斷和故障隔離。這種方法相對第一種技術(shù),可以達(dá)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(jìn)行大面積推廣[3]。

3) 研發(fā)專用的檢測維修設(shè)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(shù)帶來的很低的故障檢測率、隔離率的問題,和第二種技術(shù)對維修人員專業(yè)知識較高的要求。在專用檢測軟件的控制下,可以輕松準(zhǔn)確地進(jìn)行故障檢測和隔離。

2 主要功能

為了全面保障維修該產(chǎn)品兩型雷達(dá)(包括搜索雷達(dá)和跟蹤雷達(dá)),提高產(chǎn)品維修較高的覆蓋率。該系統(tǒng)不但覆蓋了搜索雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)總站標(biāo)定和調(diào)試維修等功能外,還覆蓋了搜索雷達(dá)天線座、穩(wěn)定跟蹤器、搜索雷達(dá)信號處理機(jī)、跟蹤雷達(dá)信號處理機(jī)、搜索雷達(dá)頻綜、跟蹤雷達(dá)頻綜、搜索雷達(dá)接收機(jī)、跟蹤雷達(dá)接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理機(jī)等分系統(tǒng)。檢測的深度可以到達(dá)各個分系統(tǒng)的最小可更換單元[4]。其主要功能如下:

1)在雷達(dá)信號模擬器的配合下,完成搜索雷達(dá)接收機(jī)和差相位的調(diào)整;完成搜索雷達(dá)搜索、截獲目標(biāo)功能檢驗,以及雷達(dá)威力范圍、精度指標(biāo)測試。

2)在雷達(dá)信號模擬器的配合下,完成跟蹤雷達(dá)總站參數(shù)標(biāo)定;完成跟蹤雷達(dá)截獲、跟蹤目標(biāo)功能檢驗,以及雷達(dá)威力范圍、精度指標(biāo)測試。

3)實現(xiàn)搜索雷達(dá)天線座的驅(qū)動特性測試,采集編碼數(shù)據(jù),完成編碼器工作特性測試。

4)實現(xiàn)搜索雷達(dá)接收機(jī)動態(tài)范圍、接收靈敏度、噪聲電平、帶寬等測試。

5)實現(xiàn)跟蹤雷達(dá)接收機(jī)動態(tài)范圍、接收靈敏度、噪聲電平、帶寬等測試。

6)實現(xiàn)搜索雷達(dá)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(biāo)性能檢測。

7)實現(xiàn)搜索雷達(dá)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(biāo)性能檢測。

8)能產(chǎn)生搜索雷達(dá)信號處理機(jī)輸出的航跡數(shù)據(jù),實現(xiàn)對數(shù)據(jù)處理機(jī)的數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行檢測。

9)產(chǎn)生所需要的目標(biāo)回波信號,實現(xiàn)對搜索雷達(dá)信號處理機(jī)信號處理能力檢測。

10)產(chǎn)生所需要的目標(biāo)回波信號,實現(xiàn)對跟蹤雷達(dá)信號處理機(jī)信號處理能力檢測。

11)實現(xiàn)對跟蹤雷達(dá)穩(wěn)定跟蹤器的最小平穩(wěn)速度、階躍響應(yīng)、最大加速度等指標(biāo)檢測。

3 系統(tǒng)組成

根據(jù)產(chǎn)品功能要求,按照各自功能進(jìn)行劃分,整個系統(tǒng)劃分為搜索雷達(dá)總站調(diào)試專用設(shè)備、跟蹤雷達(dá)總站調(diào)試專用設(shè)備、搜索雷達(dá)天線座專用檢測設(shè)備、搜索雷達(dá)接收機(jī)專用檢測設(shè)備、搜索雷達(dá)頻率綜合器專用檢測設(shè)備、搜索雷達(dá)數(shù)據(jù)處理專用檢測設(shè)備、搜索雷達(dá)信號處理機(jī)專用檢測設(shè)備、跟蹤雷達(dá)信號處理機(jī)用檢測設(shè)備、搜索跟蹤雷達(dá)信號模擬器、跟蹤雷達(dá)中視頻接收機(jī)專用檢測設(shè)備、跟蹤雷達(dá)頻率綜合模塊專用檢測設(shè)備及穩(wěn)定跟蹤器專用檢測設(shè)備等12個子系統(tǒng)[5]。系統(tǒng)組成詳表見圖1所示。

4 工作原理

4.1 總站調(diào)試設(shè)備

在外場條件下,為了滿足遠(yuǎn)場條件,保證模擬信號的角度精度,將專用靶板和雷達(dá)信號模擬器架設(shè)在距離被試?yán)走_(dá)總站100多m遠(yuǎn),30多m高的的高臺上。雷達(dá)總站、調(diào)試控制計算機(jī)與目標(biāo)模擬器、專用靶板之間采用光纖連接。在工作中,雷達(dá)信號模擬器實時接收雷達(dá)總站發(fā)送的同步脈沖信號和相參時鐘信號?？傉菊{(diào)試設(shè)備工作原理框圖見圖2所示。

圖2 總站調(diào)試設(shè)備工作原理框圖

4.1.1 雷達(dá)接收機(jī)相位測量

通過調(diào)試控制計算機(jī)控制雷達(dá)信號模擬器直接產(chǎn)生不同波段點頻連續(xù)波信號,經(jīng)過調(diào)試專用靶板上的輻射天線由特定角度向被試?yán)走_(dá)輻射。將接收機(jī)的輸出信號連接到示波器,借助示波器測量雷達(dá)中頻接收機(jī)和差通道輸出信號幅度,調(diào)整搜索雷達(dá)接收機(jī)和差相位。

4.1.2 目標(biāo)模擬跟蹤

第一種方法:雷達(dá)正常開機(jī)工作(開發(fā)射機(jī)),通過調(diào)試控制計算機(jī)控制雷達(dá)信號模擬器處于存儲轉(zhuǎn)發(fā)工作模式。設(shè)置目標(biāo)的頻率、距離、幅度、速度等參數(shù),雷達(dá)信號模擬器通過靶板天線接收雷達(dá)的激勵信號,并對信號下變頻、進(jìn)行距離、速度、功率調(diào)制,再上變頻,通過靶板天線輻射出去。雷達(dá)接收目標(biāo)回波信號,即可進(jìn)行正常的目標(biāo)搜索、截獲和跟蹤。

第二種方法:也可以通過主動發(fā)射的方式產(chǎn)生目標(biāo)回?fù)苄盘枴＠走_(dá)正常開機(jī)工作(不開發(fā)射機(jī)),通過調(diào)試控制計算機(jī)控制雷達(dá)信號模擬器處于主動發(fā)射工作模式。設(shè)置目標(biāo)的頻率、距離、幅度、速度等參數(shù),雷達(dá)信號模擬器不接收雷達(dá)的激勵信號。根據(jù)雷達(dá)總站提供的零距離同步脈沖和參考時鐘直接根據(jù)本地存儲的雷達(dá)波形信號產(chǎn)生所需的目標(biāo)回信號,再上變頻,通過靶板天線輻射出去。雷達(dá)接收目標(biāo)回波信號,即可進(jìn)行正常的目標(biāo)搜索、截獲和跟蹤。

4.2 信號處理檢測設(shè)備

信號處理機(jī)是雷達(dá)中最重要、最復(fù)雜的分系統(tǒng),各個模塊之間關(guān)聯(lián)性很強(qiáng),時序和邏輯很復(fù)雜,采用進(jìn)行單個模塊進(jìn)行測試的方法無法實現(xiàn)。因此信號處理機(jī)檢測設(shè)備將一套完整的信號處理機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,采取替換式方式進(jìn)行組合級的檢測。

信號處理檢測設(shè)備主要由機(jī)箱、信號處理機(jī)、母板、數(shù)據(jù)處理計算機(jī)、視頻目標(biāo)模擬器、控制計算機(jī)、專用電源模塊及專用測試附件等組成。視頻目標(biāo)模擬器產(chǎn)生信號處理機(jī)檢測所需的模擬回波信號;控制計算機(jī)主要用于模擬信號產(chǎn)生器的控制;數(shù)據(jù)處理機(jī)進(jìn)行信號處理機(jī)的數(shù)據(jù)處理及上報處理結(jié)果給控制計算機(jī)。

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(biāo)準(zhǔn)的信號處理機(jī)中,在視頻模擬器中運行目標(biāo)模擬器控制軟件產(chǎn)生模擬回波信號,信號處理機(jī)對目標(biāo)信號進(jìn)行處理后將報告送給數(shù)據(jù)處理計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,上報結(jié)果給控制計算機(jī)顯示。信號處理機(jī)檢測原理框圖見圖3所示。

5 試驗情況

將專用靶板和雷達(dá)信號模擬器架設(shè)在距離被試?yán)走_(dá)總站100多m遠(yuǎn),30多m高的的高臺上。在雷達(dá)信號模擬器的配合下,總站調(diào)試設(shè)備直接產(chǎn)生X波段點頻連續(xù)波信號,通過X波段專用靶板上的天線由特定角度向被試?yán)走_(dá)輻射,借助示波器測量雷達(dá)中頻接收機(jī)和差通道輸出信號幅度,可進(jìn)行調(diào)整雷達(dá)接收機(jī)和差相位。

在雷達(dá)信號模擬器的配合下,總站調(diào)試設(shè)備通過存儲轉(zhuǎn)發(fā)和主動產(chǎn)生的方式產(chǎn)生所需的的目標(biāo)回波信號,很方便實現(xiàn)對雷達(dá)的搜索、截獲、跟蹤目標(biāo)功能檢驗以及總站性能指標(biāo)測試。總站調(diào)試設(shè)備操作界面見圖4所示。

圖4 總站調(diào)試設(shè)備操作界面

信號處理機(jī)為一套完整的信號處理機(jī),作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備;將某一被測模塊(運算板、級控板、A/D板、全局板)插入標(biāo)準(zhǔn)的信號處理機(jī)中。通過檢信處專用測軟件控制目標(biāo)模擬器產(chǎn)生不同距離和速度的目標(biāo)回波信號。信號處理機(jī)根據(jù)總站時序信號的控制下能完成對目標(biāo)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(jī)的距離處理范圍、速度處理范圍、距離精度、動態(tài)范圍的測試等。信處調(diào)試設(shè)備操作界面見圖5所示。

圖5 信處調(diào)試設(shè)備操作界面

6 結(jié)束語

雷達(dá)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的電子系統(tǒng),隨著技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化、集成化程度越來越高。因此當(dāng)雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)生故障,維修的難題也隨之增大。因此研究開發(fā)高效的維修檢測設(shè)備,提供雷達(dá)的綜合檢測、診斷和維修能力很有必要[6]。本文以某雷達(dá)維修為研究對象,研制開發(fā)了包括搜索雷達(dá)總站、跟蹤雷達(dá)總站、搜索雷達(dá)天線座、搜索雷達(dá)接收機(jī)、搜索雷達(dá)頻率綜合器、搜索雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、搜索雷達(dá)信號處理機(jī)、跟蹤雷達(dá)信號處理機(jī)、搜索跟蹤雷達(dá)信號模擬器、跟蹤雷達(dá)中視頻接收機(jī)、跟蹤雷達(dá)頻率綜合模塊及穩(wěn)定跟蹤器等12項專用檢測設(shè)備。該產(chǎn)品在專用檢測軟件的控制下,可以簡單、快速、準(zhǔn)確對測試產(chǎn)品進(jìn)行性能測試、故障檢測、故障隔離以及雷達(dá)站參數(shù)標(biāo)定等,大大提高了產(chǎn)品檢測效率和準(zhǔn)確度。