基于半实物仿真的舰员级雷达维修训练系统设计＊

钟春华 许炎义 刘 峰

（海军工程大学电子工程学院1） 武汉 430033）（95118部队2） 当阳 444100）

1 引言

近些年来，由于电子技术的飞速发展，新型雷达不断采用各种先进的技术手段，比如频率捷变技术、多种抗干扰技术、光学跟踪与测量技术等［1］。新型雷达装备在增强部队战斗力的同时，由于其技术复杂、价格昂贵，数量有限，也给部队的维修保障带来了一定的难题，因为这对维修人员的技术水平要求更高了。而要使维修人员拥有更高的技术状态和维修水平，必须要进行大量的、长期的训练，因此迫切需要一种有效的训练方式。

传统的训练方式主要是依靠实装来进行［2］，维修即训练，特点是能获得良好的动手操作能力，但也存在不少弊端，比如容易损坏装备、训练受到场地等因素制约、实际工作中出现的故障现象和检测维修操作种类有限，多数只能从教材中抽象理解，而雷达装备结构功能复杂，造价较高，实装检测维修成本太高，训练中畏惧装备损坏等心理负担较为普遍［3］。使用维修模拟训练系统训练则可以弥补上述这些缺陷，通过在系统中设置各种故障，使维修人员能较好的掌握各种故障的排除方法。而在各种模拟维修训练方式中，用虚拟式的维修训练系统［4］训练与实装的训练有较大的区别，它往往只能获得感性上的知觉，对于学习装备的原理方面可以取得较好的效果，但是却无法获得良好的实践能力，故一般难以达到预期的效果。而半实物［5～6］的维修模拟训练系统通过模拟实装的结构特点，使得其维修训练基本与实装上一致，它可以给维修人员带来良好的实践动手能力，增强维修人员发现故障、排除故障的能力，因而训练效果明显，可在很大程度上满足部队维修训练需要。本文即是采用了半实物的方式设计了某型雷达维修模拟训练系统。

2 系统设计

通过对雷达装备的结构功能及信号走向［7～8］研究，结合实际维修训练需要，本文设计的半实物维修模拟训练系统以硬件形式实现，主要由配电箱、收发机柜、显控分机组成，其组成框图如图1所示。系统工作原理是：配电箱给收发机柜和显控分机供电，控保分机依次接通发射机低压、Ⅱ级高压、Ⅲ级高压模拟产生大功率射频信号，接收分机接收发射分机产生的模拟回波并进行中频放大和检波，后将信号通过电缆传到显控分机进行显示或者进一步处理。系统与真实装备的工作主要区别在于：真实装备所获得的回波信号均由天线接收返回，而维修模拟训练系统的回波是通过模拟的方式产生于发射分机的内部电路［9］；此外，考虑到成本和训练必要性，维修模拟训练系统也没有设计真实的高压电路，但其工作状态在面板上有对应显示。基于上述原因，系统在设计中并未设置伺服和天线系统，其方位信号通过收发分机模拟产生。

2.1 配电箱

根据维修模拟训练系统的实际供电需要，本着简化设计和功能完善的原则，配电箱在设计中内部元器件主要采用空气开关和保险丝，面板上安装各种开关、表头、指示灯，主要实现的是将三相380V市电经过配电箱转换为多路AC 220V输出供显控台和收发机柜使用，同时在面板上通过表头及指示灯对各种电源的状态进行指示。

2.2 收发机柜

收发机柜是系统设计的重点，是进行维修模拟训练主要的状态显示机柜，由控保分机、发射分机、接收分机、电源分机组成。

2.2.1 控保分机

控保分机的设计依据实装，面板设置有15个LED指示灯，多个相关仪表表头，发射机低压、II级高压、III级高压的通断按钮开关及其它相关旋钮等。该分机用于监视发射机工作状态，完成发射分机开关、延时控制与保护，显示相关电流电压值与故障信息等。与功能对应，控保分机内部电路中设计了故障检测接口板，开关控制逻辑板，信号设置板等。来自发射机不同部位的故障信号，其类型、幅度等特性各不相同，故障检测接口板对其中的某些故障信号进行转换，以驱动面板上的LED故障指示灯。当操作面板上（或遥控信号）的“通”、“断”按钮按下时，开关控制逻辑板起作用，使相应的大功率开关元件接通或断开，以控制发射机各部分的供电。维修模拟训练系统的部分训练故障来源由本分机的信号设置板产生。

2.2.2 发射分机

结合维修训练需求，发射分机的设计并未按实际发射机的对应部件一一设计，而是有针对性的设计了相关必要部件，从而更能体现发射机中的典型故障及其排除方法，基于此，发射分机只是模拟了行波管放大器中脉冲调制器和快速保护电路的相应功能。

为达到训练逼真性，调制器的设计［10］跟实装大体一致，采用插拔式电路板组合实现，由脉冲放大电路板、触发板、开关板和偏置板4块电路板组成。来自定时器的起始和截尾脉冲信号由脉冲放大电路放大，经触发板变换为起始和截尾触发信号，随后触发开关板的开关管产生初级调制脉冲，最后在偏置板去除直流偏置，加上偏置电压后形成栅极调制脉冲加到行波管栅极上。快速保护电路由调制器开关管击穿保护电路和浮源保护、脉冲形成条件信号产生电路组成，其作用是起到浮源保护和调制器开关管击穿保护。

2.2.3 接收分机

接收分机的功能是产生全机时序信号和雷达辐射所需信号，接收雷达回波并进行处理。为了实现这些功能，接收机内部设置了定时器板、信号源板、中频放大器板和检波视放板，各电路板统一安装于插箱中，所需电源和控制信号通过机箱母板提供。为了实现和发射机之间的信号连接，在接收分机面板上设计了起始脉冲、截尾脉冲、射频输出、回波入四个同轴插座，定时器板产生的发射机调制器起始和截尾脉冲以及信号源板产生的射频信号通过对应的同轴插座由同轴电缆传递给发射机，而由发射分机射频放大链和高频组合模块产生的模拟回波信号则由同轴电缆通过回波入插座引入到中频放大板和检波视放板，经过中频放大和视放检波处理后送标显台。此外，在接收分机面板上还设置了多个电源和信号测试孔，方便受训人员训练过程中测试。

2.2.4 电源分机

电源分机用于将来自配电箱的AC 220V交流电转换为多种满足要求的直流电压供收发机柜的其它分机使用。因此，内部主要采用各种电压转换模块，包括多个直流电源模块和变压器模块，为了对各种输出电压提供保护，在分机面板上安装了输出电压对应的保险丝座，此外还在分机背板上设置多个插座，以便通过电缆把经过转换输出的多种直流电压送到收发机柜的其它分机使用。

2.3 显控分机

显控分机分显控设备和数据处理设备。其中显控设备完成人机交互、显控台控制、通信管理、信息存储与管理等功能。为满足控制、存储及显示需要，显控设备核心采用高性能工控机作为主机，以液晶显示器作为显示设备，并在其控制面板上配置标准化的触摸式按键、摸球、数字键盘和热键等，通过多串口扩展方式实现相互之间的信息交换，其设计布局和该实装雷达显控台一致。数据处理设备位于显控设备下方，主要完成对收发分机送来的回波信号和方位信号进行处理、转换形成数字化的目标信息和显示信息。依据功能需要，数据处理设备内部设计了对空检测板、对海检测板、显示控制板、方位接口板、扫描变换板、视频处理板、处理器板、接口板。各板安装在插箱中，通过母板上的总线连接。

3 功能验证

图2 维修训练流程图

以该系统发射机中的浮动电源到高压控制之间的通路故障导致高压加不上为例验证故障的排除过程：训练开始，受训人员依次接通配电箱电源并分别为显控台和收发机柜供电，显控台和收发机柜各状态指示均正常，打开显控台，按程序依次接通发射机低压和Ⅱ高压、Ⅲ高压，此时发现Ⅱ高压指示灯灭，控保分机电流表“TWT电流”和发射分机电流表“栅极电流”都没有指示，初步判断故障为高压加不上，再仔细查看发现浮源故障指示灯亮（装备正常时接通低压后该指示灯应该熄灭），故障有可能是由于浮源故障导致高压加不上，于是使用万用表测试发射分机面板上的浮源电压测试孔，发现电压指示正常，进一步推断故障可能出现于浮动电源到高压控制之间的通路上，在该通路上有线与电路、调制器开关管击穿保护电路板，更换该电路板，重新按程序加低压，此时浮源故障指示灯熄灭，再加Ⅱ级高压，控保分机电流表“TWT电流”和发射分机电流表“栅极电流”指示正常，Ⅱ级高压指示灯亮，再加Ⅲ级高压，显示器有回波，故障得到排除。其流程如图2所示。

4 结语

论文结合新形势下雷达专业维修训练需要，以半实物方式设计了某雷达维修模拟训练系统，该系统的设计紧密结合实装，在外观和接口关系上与实装基本一致，训练效果逼真［13］。系统虽是专门针对某型警戒搜索雷达而设计，但又兼具有一般警戒搜索雷达的特点，只要局部增加或改变对应模块的有关功能，就可研制成其它型号警戒搜索雷达的维修训练系统，通用性好。系统的设计考虑到教与学的需要，一方面可用于维修训练，另一方面还可用于雷达装备的原理教学，方便学员进一步加深对雷达装备原理的理解。经过比赛的考验，证明该系统确实能够极大地提高维修人员的实际动手排故能力，解决了以往的虚拟训练带来的重感性轻实践的不足，给雷达专业领域训练维修人员提供了一个好的解决方案。

［1］全厚德，王春平，孙书鹰，等.雷达模拟器的设计与实现［J］.火力与指挥控制，2002，27（2）：79～81

［2］王娟，樊智勇，蔡成仁，等.机载气象雷达维护模拟系统的设计［J］.计算机测量与控制，2009，17（8）：1632～1637

［3］杨雨迎，高玉水，王晓栋，等.某型导弹检测维修训练的半实物仿真［J］.科技导报，2010，28（11）：29～32

［4］李林，陈旭，王利明.虚拟维修训练系统设计研究［J］.科技信息，2010（11）：47～48

［5］刘延斌，金光.半实物仿真技术的发展现状［J］.光机电信息，2003（1）：27～32

［6］张强.电子战半实物仿真系统设计［J］.舰船电子工程，2006，26（4）：111～114

［7］丁鹭飞.雷达原理［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2002

［8］向敬成，张明友.雷达系统［M］.北京：电子工业出版社，2001

［9］李海华，赵炳义，王旭志.气象探测雷达模拟训练系统的研制［J］.测试技术学报，2003，17（3）：207～211

［10］郑德民.雷达发射机全固态浮动板调制器的研制［J］.雷达与对抗，2003（2）：38～41

［11］李永杰，胡坚，汪厚祥.舰艇装备维修信息数据仓库的建立与数据挖掘［J］.计算机与数字工程，2010，38（10）：59

［12］王志成，贾希胜，孙宝琛，等.集群装备战时维修保障业务优化排序模型研究［J］.计算机与数字工程，2010，38（6）

［13］李昊，李志刚，李运祯.一种基于某型雷达对抗装备的模拟训练系统［J］.电子对抗，2005（3）：25～28