雷达接收机故障诊断辅助系统的设计研究

蔡云龙，潘红兵，朱启龙

（海军工程大学，武汉430033）

0 引 言

雷达接收机是雷达系统的关键组成部分，长期以来一直是雷达整机中故障频率较高的分机。传统的接收机故障诊断方法是维修人员根据接收机一些关键部件上有限的机内检测（BIT）和自身的经验进行分析、猜测、判断，缺乏故障推理机制，对多故障并发的情况较难进行隔离定位［1－2］。如果能提供接收机模块适当的电源和信号激励，使接收机模块在仿真的环境下工作，维修人员就可以直观地对模块的输出信号和模块内部中间的信号进行检测，那么雷达接收机故障诊断难度将会降低，诊断效率将会提高［3］。基于这一目的，研究设计一种可以模拟、仿真雷达接收机工作环境的故障诊断辅助系统具有重要的意义［4］。

1 系统硬件

系统以嵌入式微处理器小系统作为中心处理器，通过相应接口分别控制现场可编程门阵列（FPGA）信号发生系统、信号调理系统、电源系统。依据接收机模块的电源和信号激励要求，嵌入式微处理器系统发送指令给FPGA，控制FPGA信号发生系统产生标准仿真信号。仿真信号进入信号调理电路进行调制、放大等处理后，作为雷达接收机模块的激励信号。电源系统根据嵌入式微处理器传来的指令产生相应的电压，作为接收机模块的电源输入［5－6］。系统结构框图如图1所示。

1.1 信号发生系统

信号发生系统主要由FPGA、晶振及相应的外围电路组成。FPGA采用的是EP2C8Q208C8芯片，管脚电平和嵌入式微处理器是一致的，和嵌入式微处理器通信不需电平转换电路。FPGA根据嵌入式微处理器的指令有选择性地输出相应的脉冲信号。其中FPGA信号发生系统顶层设计框图如图2所示。嵌入式微处理器根据平台需要输出的信号激励启动地址译码电路，来自微处理器的地址信号经译码电路译码后形成控制信号，选择启动相应的脉冲产生模块，输出对应的脉冲信号［7］。

图1 系统结构框图

图2 FPGA信号发生系统顶层设计框图

图3 为FPGA脉冲产生模块的原理图，来自地址译码电路的控制选通信号选通频率控制单元和脉宽控制单元，脉冲产生模块开始工作。频率控制单元对系统时钟信号clk进行分频得到周期分频信号，此分频信号的频率和输出脉冲的频率相同。脉宽控制单元在分频信号的上升沿作用下，开始对系统时钟计数，计数期间输出高电平，当计数N，满足式N·T＝τ（τ为输出脉冲的脉宽，T为系统时钟周期，）时，停止计数，计数器置0，输出低电平。脉宽控制计数完毕后，保持输出低电平，等待频率控制单元输出的分频信号的下一个上升沿到来。

图3 FPGA信号产生模块原理图

图4 为信号发生系统仿真结果图.住址设定信号产生模块为4个，系统时钟clk为12MHz，地址码为00、01、10、11，依次选通4个信号产生模块。

图4 信号发生系统仿真结果

1.2 信号调理系统

信号调理系统主要包括振荡电路、信号调制电路和信号放大电路。振荡电路由有源晶振电路构成，振荡产生的信号通过衰减和滤波网络作为中频载波。如图5所示为幅移键控（ASK）调制波发生电路的原理框图。由有源晶体振荡电路关系产生特定频率周期信号作为载波信号，由FPGA产生的脉冲信号作为调制信号，2路信号在AD835构成的调制电路进行ASK调制，产生平台所需的ASK中频调制波。

由于信号放大电路一方面要放大信号产生系统产生的脉冲信号，一方面要放大调制电路调制好的中频调制波，所以要求放大电路具有较宽的带宽和良好的放大性能。本系统采用低噪声、宽带宽的高频放大芯片AD8009，作为放大电路的核心芯片［8］。如图6所示为AD8009信号放大电路的框图，放大电路输出的信号经过滤波作为辅助平台待测接收机模块的激励信号。

图5 ASK调制波发生电路原理框图

图6 AD8009信号放大电路框图

1.3 电源系统

雷达接收机采用直流供电，鉴于它是接收、放大和处理雷达微弱电磁中频信号的，对电源噪声要求较高，本系统采用以下措施对电源系统进行了处理：

（1）在电源输出端采用大电容和扼流圈等措施扼制纹波电压；

（2）运用电磁兼容等技术手段，合理布线，减少外来干扰和内部串扰；

（3）将数字地和模拟地分开处理，最后再集中到一点接地，减少接地电阻。

2 系统软件

本系统软件包括嵌入式微处理器系统程序和FPGA信号产生程序。图7所示为嵌入式微处理器程序流程框图。

嵌入式微处理器控制键盘输入、液晶显示、FPGA信号产生、电源供给，是整个系统的控制中心，也是人机交互的接口。系统启动后，嵌入式微处理器对各模块进行初始化，并根据不同的接收机模块进入对应的检测程式，仿真产生对应的电源和信号激励。首先，系统启动电源对模块供电。如果电源监测系统报警，则待检测模块可能发生短路、断路等故障，断开电源，结束检测。而后，系统启动FPGA信号产生系统，生成对应脉冲到信号调理电路进行信号调制和放大，作为接收机模块的中频输入［9－10］。

图7 嵌入式微处理器程序流程框图

3 结束语

本系统可以实现对雷达接收机工作状态的模拟和仿真。维修人员可以对接收机所有输入输出进行离线检测，进而进行故障诊断和故障隔离。经实际使用，本系统可以提高雷达接收机故障定位速度和精度。由于本系统能直观地仿真接收机各模块信号的特征，它也可以帮助维修人员增强对雷达接收机工作原理的理解，进而帮助他们提高雷达维修能力。

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