雷达分机自动测试系统设计

姜 智 ， 王耀华 ， 宋 东 ， 陈 杰

（1.西北工业大学 航空学院，陕西 西安 710072；2.中航飞机西安飞机分公司特设处，陕西 西安 710089）

机载雷达从初期设计、生产到最终交于使用方，涉及人员和单位众多，一旦雷达在使用过程中发生故障，那么将要付出很大的人力、物力去发现和解决问题。因此，出厂调试机载雷达所采用的维护手段对将来部队批量装备后的使用有重要的影响。由于机载雷达系统复杂，设备量大，采用专用设备加手动调试无法胜任系统的测试任务。因此，构造一套机载雷达通用自动测试系统，充分发挥自动测试对武器装备的生产、调试以及维护保障等支撑作用是十分必要的。

雷达分机是机载雷达的重要组成单元，其中雷达发射机是雷达系统的重要组成部分。本文通过对雷达发射机测试系统信号分析及测试方法的研究，对雷达发射机自动测试系统进行了设计，并通过实验对测试结果进行了分析，测试结果表明，该雷达分机自动测试系统在提高测试效率和质量、准确发现和定位故障以及降低维修费用方面发挥着极大的作用。

1 机载雷达组成

机载雷达基本组成如图1所示，它主要由天线/扫描仪、低功率射频单元、发射机、处理机及显控系统组成[1]。

图1 雷达基本组成原理图Fig.1 The basic composition diagram of radar

天线的作用是将发射机产生的导波场转换成空间辐射场，并接收目标反射的空间回波，将回波能量转换成导波场，由传输线馈送给雷达接收机。低功率射频单元接收、放大和处理雷达接收到的回波信号，通过预选、放大、变频、滤波、解调和A/D变换后形成包含目标幅度、相位等信息的数字或视频信号，经信号处理和数据处理，显示相关目标信息。发射机是为雷达系统提供符合要求的射频发射信号，将低频交流能量（少数也可是直流电能）转换成射频能量，经馈线系统传输到天线并辐射到空间的设备。综合处理机是由几十个处理器（CPU）组成的多级并行系统，分为信号处理单元和数据处理单元两个部分[2]。

2 发射机分系统测试方法研究

2.1 发射机分系统组成

发射机一般分为连续波发射机和脉冲发射机，最常用的是脉冲发射机。采用频率合成技术的主振放大式发射机的原理框图如图2所示。

图2 采用频率合成技术的主振放大式发射机的原理框图Fig.2 The functional block diagram of the main vibration amplification transmitter which uses frequency synthesis technology

2.2 发射机分系统信号测试方法研究

发射机分系统信号测试主要是对发射波导信号脉冲包络特性的测试，指被测设备在规定的工作频率范围内处于发射状态时，天线端口输出射频脉冲所具有的包络特性，一般包括周期、脉冲宽度、前沿上升时间、后沿下降时间、顶降和延迟。

周期是测量50%电平处发射波导信号的脉冲周期；脉宽是测量70%电平处发射波导信号的脉冲宽度；脉冲前后沿总时间是测量10%～90%电平处发射波导信号脉冲前沿及后沿宽度；顶部降落记录发射脉冲检波包络最大幅度Vmax与Vmin最小幅度，计算发射脉冲检波包络顶部降落，顶峰=（Vmax－Vmin）/Vmax。 测试方法如图 3 所示。

雷达的耗电是指被测雷达在开机后，工作于规定的工作方式和工作频率下，在开启雷达发射机辐射时雷达的功耗值。在测试时可以通过读出供电控制台上的电压U和电流I来计算测量。功率P=U*I。

2.3 发射机分系统测试用例设计

1）激励信号

发射机的激励信号如表1所示。

2）测试信号

发射机的测试信号如表2所示。

图3 发射机分系统信号测试方法Fig.3 Signal test method of transmitter subsystem

表1 发射机激励信号Tab.1 Excitation signal of transmitter

3 发射机分机测试系统设计

3.1 雷达自动测试系统总体设计

雷达自动测试系统由待测件（天线/扫描器、低功率射频单元、发射机和综合处理机分系统）、通用测试仪器、专用测试仪器、雷达控制柜以及电源控制单元等部分组成，以VXI总线仪器组成为主，以必要的带有GPIB接口的分离信号源、频谱分析仪等为高精度测试的补充，该系统安放在仪器设备柜上，完成雷达整机及分机功能和性能的测试[3]，其组成原理图如图4所示。

在测试系统上使用活动适配器，可以使不同的雷达分机方便的连接到统一的测试系统平台上，实现多组件共享测试资源。当有新的待测组件时，仅需更改相应的活动适配器和测试软件模块，就可以对雷达分机进行测试，而不需要重新设计测试系统，提高了测试系统的通用性[3－4]。

表2 发射机测试信号Tab.2 Test signal of transmitter

图4 雷达分机自动测试系统硬件组成框图Fig.4 The hardware block diagram of radar extension automatic test syste

3.2 发射机分系统测试流程

发射机测试流程为：由微波信号源提供所需频率和功率的激励信号，脉冲信号发生器提供调制触发脉冲，测试信号为发射机的大功率射频。输出信号经过定向耦合器衰减后送到脉冲功率计测量峰值功率，用示波器测量峰值功率的视频检波信号，万用表测量各类离散量的ATE状态信号。由于发射机在辐射状态下发射功率较大，测试信号时应全程接大功率负载[6-7]。总测试流程如图5所示。

3.3 发射机分系统测试程序设计

图5 发射机单元总测试流程Fig.5 The total testing process of transmitter units

主控机控制微波信号源输出模拟发射激励信号，脉冲信号源输出模拟发射触发信号。分机开初通、全通和辐射，在发射机辐射状态下，发射波导口接功率计（直接耦合），测试发射波导的功率值、顶降和发射信号品质（上升沿、下降沿，脉宽，周期）；功率计输出一路触发信号与引至示波器的发射波导信号测延迟。测试完成，主控机通信雷达控制柜关辐射。在全通状态下，主控机控制脉冲信号源改变输出模拟发射触发信号的脉宽和周期，设置分机开辐射，再次用功率计测量发射波导的功率值、顶降和发射信号品质（上升沿、下降沿，脉宽，周期），示波器测量延迟。测试结束后，输出结果和报表。测试流程安排如图6所示：

4 发射机分系统测试及结果分析

发射机是雷达系统的重要组成部分，其性能指标与雷达系统的性能指标关系密切。从雷达系统的角度考虑，对发射机输出波形的要求项目有：上升沿、下降沿、周期、脉宽、顶降和延迟。测试原理为：发射波导信号直接耦合而不经过开关切换与功率计相连，在发射机辐射状态下，由功率计测其上升沿、下降沿、周期、脉宽和顶降。测试完成，功率计一方面输出测试数据，另一方面输出与发射波导信号同步的触发信号，并由开关切换至示波器通道。雷达A信号经过系统导引和开关切换，被引至示波器通道，作为基准测量发射信号延迟。实际测试结果如表3所示，均满足技术指标要求。

表3 发射信号检波包络测试结果Tab.3 Transmitted signal envelope detection test results

5 结 论

机载雷达作为飞机航电系统的重要组成部分，对其实现自动化测试对雷达的科研、生产和维护工作具有重要意义。本文通过对发射机分系统的研究与设计，结合先进的自动测试技术，完成了雷达分机自动系统测试的研制、开发和调试，较好的实现了系统原理及其性能、功能指标测试。测试结果表明，雷达发射机分机自动测试系统在提高测试效率和质量、准确发现和定位故障以及降低维修费用方面发挥着极大的作用。为雷达系统的生产和维护提供了重要的保障手段。

图6 分机发射脉冲包络检查流程图Fig.6 Transmit pulse envelope detection flow diagram

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