雷达数字监控插件的实现与测试

□ 王明辉

中国电子科技集团第三十八研究所 合肥 230088

1 研究背景

中高空目标指示三坐标雷达监控系统是现代雷达实现整机系统工作状态监测、自动控制、遥控、遥测、图像监视，并向智能化无人值守方向发展的重要组成部分[1]。雷达监控系统主要用于实时监视雷达整机系统的工作状态，遥控开关发射机，遥控天线驱动装置的工作模式，协助整机进行干扰分析和雷达受干扰时自动跳频，发生故障时进行报警提示等[2-3]。

数字监控插件是雷达监控系统的一个重要组成部分，由于其位于天线顶部的监控分机内，不便于外场测试，因此笔者研究了对其硬件电路进行测试的方法。

2 数字监控插件的功能和组成

数字监控插件具有以下功能：采集天线阵面各单元的工作状态数据，通过RS 422总线送至监控分机的第一块监控插件，再由此监控插件送至计算机，上报至光栅显示；通过相反的流程，雷达系统接收光栅显示下达的控制命令，控制开关发射组件等。在PC 104计算机模块（BPC-Y5041L-B）和低电压晶体管逻辑电路信号输入输出模块的相互作用下，可以控制相关的晶体管逻辑电路接口状态。在PC104计算机模块和差分信号输入输出模块的相互作用下，可以对各个差分信号接口进行故障状态采集与控制操作。在PC104计算机模块和EMM-4M-XT通信扩展模块的相互作用下，可以与外界进行串口通信。在PC104计算机模块和模拟信号输入模块的相互作用下，可以处理输入的环境温度模拟信号，并经过RS422总线送至主控分机的主控计算机，再送至光栅显示。

数字监控插件的结构如图1所示。

图1 监控插件结构示意图

3 硬件电路工作原理

3.1 低电压晶体管逻辑电路端口设置

数字监控插件的命令控制和故障状态采集，主要通过设置插件上的可擦除可编程逻辑器件控制各个端口的方向控制管脚来实现。以数字监控插件的第一个端口为例，具体设置如图2所示。

图2 低电压晶体管逻辑电路端口设置

（1）故障状态采集的设置。D1的1号脚（1OE）为低电平，48号脚（2OE）为低电平，这样就可以监测输入信号。

（2）命令控制输出的设置。D1的25号脚（3OE）为低电平，24号脚（4OE）为低电平，这样就可以输出控制信号。

3.2 差分信号端口设置

监控对外有56路差分信号接口，每一路接口均可任意配置输入、输出。差分信号输出接口可以输出所需型式的门套、方波信号，以及可以作为通用异步收发传输器控制口使用。差分信号输入接口可以监测输入的差分信号电平，经计算机和可擦除可编程逻辑器件处理后，上报至光栅显示。具体的方向控制由可擦除可编程逻辑器件输出方向控制管脚来实现。以数字监控插件的第一个差分接口为例，具体设置如图3所示。

（1）输入端口使能端的设置。D7的4号脚（1，2EN）为高电平，12号脚（3，4EN）为高电平，这样就可以监测输入信号。

（2）输出端口使能端的设置。D21的4号脚（1，2EN）为高电平，12号脚（3，4EN）为高电平，这样就可以输出控制信号。

图3 差分信号端口设置

3.3 微处理器模块

BPC-Y5041L-B是与IBM-PC/AT标准完全兼容的高可靠、高集成度PC 104计算机模块，采用高性能、低功耗嵌入式专用处理器，主频为500 MHz，主板包含直接内存存取控制器、中断控制器、定时器、实时时钟、256 MB DDR内存，外部有4个串口、1个10 Mbit/100 Mbit自适应网口、2个通用串行总线2.0接口，以及阴极射线管显示器接口、便携式数据存储设备插座、硬盘驱动器接口[4]。

BPC-Y5041L-B的设计充分考虑了恶劣环境下的应用，采取了多种措施，确保系统在各种应用环境中均能稳定、可靠、高效的运行[5]。它采用工业级器件，高智能布线系统，应用防静电及抗干扰电路，尽可能地降低功耗，提高了可靠性及宽温操作能力。此外，还专门为嵌入式应用在单板上设计了一系列附加特性，使功能大大增加[5]。

3.4 通信扩展模块

EMM-4M-XT通信扩展模块具有高性能特性，无需任何驱动程序就可扩展系统的COM3、COM4、COM5和COM6接口，可根据需要通过板上的跨接跳线，自由选择RS 232、RS 422或RS 485通信协议，自由设定BIOS/DOS中规定的扩展串行通信口地址。对于每个通信口的中断请求，也可以通过板上的跨接自由选择[6]。

4 测试方法

数字监控插件供电有两种方式：一是直接插入监控分机210芯插座供电，观察监控界面插件的状态，红色为故障，灰色为串口不通，绿色为正常；二是通过XS15插座外接5 V电源直接供电。计算机模块在DOS系统下运行TRANS测试程序，如图4所示。在被测试芯片的输入端发送写信号，测试程序检测输出端的读信号是否一致，并测试4个串口的收发通道。测试数据10s变换一次，使数据位全部覆盖，保证测试的准确性[7]。测试数据界面如图5所示。

图4 测试程序执行界面

图5 测试数据界面

（1）数字输入输出接口测试。数字输入输出接口包括晶体管逻辑电路输入输出接口和RS 422输入输出接口。测试时主要利用插件自身的自闭环设计，无需任何外部接线。用中央处理器模块对数字输入输出接口分别注入逻辑0、逻辑1信号，并回读对比，即可判断相应接口电路是否正常[8]。

（2）插件热测试。插件热测试主要利用MAX6673数字式板载温度传感芯片完成。如图6所示，MAX6673芯片支持单5 V或3.3 V供电，直接输出脉冲宽度调制温度检测脉冲，由现场可编程门阵列完成解算后直送PC104计算机模块。测试软件根据现场可编程门阵列送达的数据进行显示。一般在实验室环境下，监控单板测试温度不超过50℃，否则应检查该批次印制电路板是否合格[9]。

图6 数字式板载温度传感芯片

（3）串口通信测试。对数字监控插件板载4路RS 422串口进行测试，需要在插件的管脚上进行收、发短接。RS422串口管脚如图7所示。测试软件定时发送秒级计时数据，中断接收串口数据，并在测试界面上进行显示，可以人工比对收、发数据是否一致[10-11]。

图7 RS 422串口管脚

（4）插件身份标志号测试。在雷达产品中，共有6块数字监控插件，硬件完全相同，通过软件读取插件身份标志号来选择不同的执行程序。利用现场可编程门阵列模拟产生插件1～6的地址序列编码，测试软件读取该编码，并在测试界面上进行显示，工作原理如图8所示。

通过上述4个步骤，可以实现对插件的100%测试覆盖，并在分系统调试之前完成模块级测试，因而可以减少系统调试时间，提高产品可靠性。

图8 地址序列模拟工作原理

5 结束语

笔者所述数字监控插件在实际应用中很好地发挥了功能，状态监视具备极高的准确性和可靠性。通过便捷的测试方法，可以快速检测数字监控插件的功能及性能。这一数字监控插件及相关测试具有实用推广价值。

[1] 李春化，张汉祥.雷达监控系统的设计[J].兵工自动化，1994（1）：14-17.

[2] 丁鹭飞，耿富录，陈建春.雷达原理[M].5版.北京：电子工业出版社，2014.

[3] 都学新，张宏伟，许东兵.数字系统的故障诊断、可测性设计与可靠性[J].火力与指挥控制，2002，27（S1）：61-63.

[4] 吕杨，郗莹，韩丁丁，等.某雷达终端系统维修软件的设计与应用[J].火控雷达技术，2002，31（2）：50-60.

[5] 宋小安，曹子剑，王燕.雷达嵌入式测试系统的开发和应用[J].计算机测量与控制，2015，23（11）：3683-3686.

[6] 丁学明，张培仁，徐勇明.通用雷达数字插件测试仪的研制[J].现代雷达，2004，26（2）：6-8.

[7] 陈忠新.雷达机内测试（BIT）系统的设计[J].电子测量技术，2008，31（3）：134-137.

[8] 杨龙祥.雷达数字电路板故障诊断系统研究[J].现代雷达，1994，16（2）：37-43.

[9] 席泽敏.军用电子装备数字系统自动测试技术[J].雷达与对抗，2001（1）：20-24.

[10]王建虹.雷达数字电路板故障测试技术研究[J].国外电子测量技术，2010，29（1）：53-55.

[11]王飞.浅析雷达终端系统的调试方法[J].装备机械，2016（2）：30-31.