X波段有源子阵自动测试系统的构建

李晓静

（南京国睿安泰信科技股份有限公司，南京　210013）



X波段有源子阵自动测试系统的构建

李晓静

（南京国睿安泰信科技股份有限公司，南京210013）

摘要：

关键词：

0　引言

有源子阵是雷达的重要组成部分，它对雷达的性能指标起着至关重要的作用。有源子阵的批生产中，测试品种繁多，测试参数复杂，测试数量巨大。雷达有源子阵自动测试系统的构建为有源子阵测试提供了重要保障手段。它大大提高了雷达有源子阵测试的准确度和测量速度，解决了有源子阵测试中人工测试周期长、速度慢、测量重复性差等技术瓶颈。

1　有源子阵原理

有源子阵主要由若干个T/R组件及与之匹配的驱动延时组件组成。而T/R组件主要由发射部分的驱动放大器、功率放大器，接收部分的低噪声放大器、收发开关、环流器、限幅器，以及移相器和波束控制、开关控制等组成。对于有源子阵的大部分指标的测试都可归结为单个T/R组件的测试。

雷达通过专用控制器信号控制有源子阵工作在发射状态或是接收状态。当有源子阵工作在发射状态时，激励信号经过T/R开关、移相器，到驱动放大器，驱动高功率放大器将小信号放大后输出到天线辐射单元。当有源子阵工作在接收状态时，从天线接收到的信号经过开关转换进入限幅器，再由低噪声放大器（LNA）、衰减器、移相器最后通过收发开关进入接收机，从而实现接收信号的放大。通过收发转换开关实现移相器的收发共用。通过计算机发送控制信号，按约定的工作方式进行波束指向和形状的相位控制。

2　系统硬件的构建［1］

设计有源子阵自动测试系统（ATS），是一项复杂的系统工程。既有硬件平台的设计，也有软件系统的开发。下面先介绍硬件平台的设计。有源子阵自动测试系统硬件组成如图1所示。

有源子阵自动测试系统信号采用集中互连模式，集中管理全系统测试信号。系统中的各种激励源连接到微波开关接口装置，被测设备的输入端口通过夹具与微波开关接口装置的激励源端口相连，输出端口经夹具与微波开关接口装置的测试端口相连。

对于发射通道及接收通道的测试，小信号直接进行测试，大信号则在衰减后，再连接至各测试仪器进行测试。

2.1微波开关接口装置设计

微波开关接口装置系统原理图如图2所示，微波开关接口装置的连接端口主要包括：测试端口、激励端口、设备端口、源端口。

图1　ATS基本硬件组成

图2　微波开关接口装置原理图

微波开关接口装置是创建测试通路的关键，以下将给出其设计原理。微波开关接口装置中包括：微波高性能开关矩阵、驱动放大器、衰减器、调制器、微波连接电缆、微波转接头等。在有源子阵测试中，由于DUT测试通道、输入信号和测试项目会有所不同，因此开关矩阵通过开关矩阵构建实现了SCMM（单次连接多次测量）测试。

微波开关接口装置的设计中充分考虑了系统和被测设备的安全性，采用现代仿真技术并结合实际经验，设计时减少信号转接次数，缩短测试通道，以降低测试误差。采用了耐功率好、驻波比小、重复性指标高的开关矩阵，为有源子阵的测试建立了RF测试通道。同时，根据雷达有源子阵的特点和测试要求，输入和输出端口都进行了足够的预留，方便增加新的测试项目。

自动测试系统中的激励信号和测试仪器的测试端口均连接到微波开关接口装置，被测设备的输入、输出端口也通过夹具连接到该设备。被测设备需要测试的性能参数有若干项，使用到不同的测试仪器，而被测设备通过夹具连接到微波开关接口装置后，不再需要用户进行其他连接，就可实现全部的性能参数的测试。信号通路的建立是通过微波开关接口装置中的微波开关切换完成的。

2.2专用控制器

专用控制器是ATS中模拟、控制有源子阵工作状态的重要仪器。雷达有源子阵常用控制方式有：串行控制、并行控制、电平控制、脉冲同步控制、混合控制等，包括各种时序的控制信号。

专用控制器和数据采集板由控制电路、驱动电路、电源组成，模拟雷达控制信号实现对被测设备工作状态的控制等。波束控制器通过计算机模拟雷达工作状态，发送命令到DUT，为DUT提供脉冲信号、触发信号，调制信号等，控制DUT工作在发射、接收等状态。

3　系统软件构建［2-4］

通用软件平台在体系结构和信息架构的构建上充分考虑平台的开放性和通用性，遵循相关的国内外通用标准，能够实现强大的信息管理，满足不同领域不同阶段的不同设计、保障单位之间产品测试信息的互联互通，使测试信息在产品的不同阶段间自由流通，实现共享，提升产品的全寿命周期的信息化能力。软件总体框架如图3所示，系统软件采用分层设计，其内部可分为测试应用层、测试程序层、资源管理层和物理设备层。

图3　软件总体框架

软件系统的物理层包括仪器驱动程序、VISA库及由此开发的仪器接口文件及其它底层驱动程序，提供硬件、仪器的直接驱动。物理层是自动测试软件的硬件基础，本层具有很高的稳定性，以保证测试软件顺利进行硬件测试。仪器接口的设计是实现仪器互换性的关键。为了保证TP的复用和仪器的互换，总结多年雷达测试经验，合理设计仪器接口的粒度。保证实现了相同接口的仪器可以直接替换原有测试仪器，提高了自动测试系统的使用率。

测试应用层顾名思义是提供给测试开发者进行测试开发的人机接口层。针对测试开发者的需求提供相应的功能。应用层提供给用户图形化构建测试策略、测试配置、显示测试数据并能进行测试数据处理。自动测试系统在完成测试之余，最重要的工作就是实现测试结果的数据分析和统计。有源子阵自动测试系统的数据处理应可对数百万条数据中分析得到单个有源子阵测试或多个有源子阵间的数据统计结果，并能把这些统计结果以表格的形式导出形成报表，便于所有相关人员了解有源子阵的实际情况。

测试程序层以逻辑仪器的操作和测试配置构成TP（测试程序），用图形化的方式把测试策略和测试配置转变为TP（测试程序）。经过对载体语言编译链接后，形成动态链接库执行仪器操作，从而完成仪器的读写操作，以得到DUT的测试数据。

资源管理层是测试环境中的最关键的层次，是实现TPS（测试程序集）可移植的关键和仪器互换性的基础，资源管理层的实现主要体现在运行时引擎（RTS）的实现上，它将完成逻辑仪器与物理仪器的映射。

4　设计实例

4.1测试项目

某型号X波段有源子阵有几十个测试通道，共需完成一百多万条测试数据的采集，其测试项目如表1和表2所示。

有源子阵的发射测量参数如表1所示。

表1　宽带发射测试项目

表2　接收宽带、窄带测试项目

为了保证有源子阵的研发和生产时的测试任务，使用本文提出的自动测试系统的构建思路，该有源子阵测试项目的TPS开发和调试仅使用3个月就已完成。本文提出的构建软硬件设计充分考虑了通用性和可扩展性，因此在接下来的另一型号的有源子阵自动测试系统的研制不足2月既已完成。

ATS的测试项目的测试方法在确保准确性和精度的同时，必须提高测试效率。尽可能一次测试完成多个测试项目的测试，并减少计算机与测试仪器间的通信次数，以缩短测试时间。在本项目中使用PNA-X矢量网络分析仪多迹线测量方式，一次性完成一个通道的所有关注频率点的增益、插入相移、输入驻波测试，并能在全通道测量完成后计算得到相位线性度。波形参数和输出功率通常分别使用示波器和功率计测试。本项目中使用P-Series功率计一次性完成输出功率和波形参数的测试。经实验优化后的测试方法可为一个有源子阵缩短2小时的测试时间。

5　结语

雷达有源子阵自动测试系统的构建，使有源子阵测试有了一个通用性的系统，大多数有源子阵可以通过该系统完成宽带的发射和接收、窄带的接收的所有参数的自动测试。为提高有源子阵研制调试效率，节省资源，打下了很好的基础，也对其他集成测试系统的研究与开发具有指导意义。

参考文献：

［1］路辉．自动测试系统测试描述语言［M］．北京：机械工业出版社，2011，136-138.

［2］张风均等．可互换虚拟仪器的驱动器的关键技术［J］．上海．电子技术，2001，No．9：56-59

［3］秦红磊等．自动测试系统硬件及软件技术［M］．北京：高等教育出版社，2007，324-326．

［4］李立功等．现代电子测试技术［M］．北京：国防工业出版社，2008，425-432．

Construction of the Active Sub Array Auto Test System

LI Xiao-jing
（Nanjing Glarun-Atten Technology Co.，Ltd.，Nanjing 210013）

Abstract：

Keywords：

在雷达研制与生产过程中，有源子阵的测试技术是影响产品研制与生产进度及产品质量的关键技术之一。通过对有源子阵原理的分析，提出基于系统测试仪器、微波开关接口装置、波束控制器和数据采集板的硬件解决方案，并着重介绍微波开关接口装置和波束控制器和数据采集板的设计，最后给出自动测试系统具有开放性和通用性的软件解决途径。实践表明，X波段有源子阵自动测试系统稳定可靠，通用性强，为有源子阵的研制生产提供重要技术保障。

雷达；有源子阵；自动测试系统

文章编号：1007-1423（2016）13-0056-04

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.13.015

作者简介：

李晓静（1980～），女，硕士研究生学位

收稿日期：2016-02-25修稿日期：2016-04-17

Active sub array test technique which influences the product process and quality is one of the key techniques in the progress of radar research and manufacture. After analyzing the principle of Active sub array，raises a hardware project which bases on system testing instruments，microwave interface equipment，beam controller and data acquisition panel. Introduces the design method of microwave interface equipment and beam controller and data acquisition panel. Gives a pathway to develop open and general auto test system（ATS）software. The auto test system for X band active sub array is proved reliable，general-purpose. Through experiment，it can be found that the X band active sub array ATS can provide strong technique guarantee for Active sub array research and manufacture.

Shipboard Radar；Active Sub Array；Auto Test System