虚拟仪器在天气雷达发射机脉冲测试中的应用

辛强　陈生泽

摘 要：我国在新时期发展下，天气雷达达到广泛布置。对雷达进行维修的时候将面对很大工作量。因此，引入虚拟仪器对其测试，分析雷达的各个指标和参数，能达到测试工作的有效性。基于此，文章中对其做出相关探讨。

关键词：虚拟仪器；天气雷达；发射机；脉冲测试；应用

天气雷达能对台风、暴雨等灾害进行监测和预警。在新时期社会发展下，新一代雷达广发应用和覆盖，所以，对其维修也十分必要。维修工作中，故障的诊断和监测需要更精确的仪器。引入虚拟仪器，能对其数据进行储存和测试，达到整体的优化发展。

一、发射机和射频脉冲包络

雷达发射机能根据系统要求，完成射频发射信号。基于低频交流能量，为其转换为射频能量，在系统中传输天线或者空间设备中。雷达发射机类型为连续波发射机和脉冲发射机，其中，脉冲发射机最为常用，通过高频放大链和脉冲调制器组成，能达到有效控制，也能输出功率、波形、频谱宽带等。输出的信号为脉冲式高峰数值、射频信号，能通过收发开关向空间发射。

对于射频脉冲包络，当射频脉冲经过检波器后，产生视频脉冲波形。一般情况下，更为理想的波形为脉冲幅度、宽度。但是，实际上发射的信号都不够理想。根据天气雷法测试规范的分析，射频脉冲包络参数分别为脉冲宽度、脉冲顶峰、上升沿和下降沿[1]。

如图一所示，其中的Um代表脉冲包络。其中的r10代表半功率脉冲宽度。射频脉冲包络中的参数和发射信号质量存在很大关系，在一定程度上也会影响雷达的探测距离，所以，要对分辨率、最小探测距离指标进行分析。射频脉冲包络的形状也能对分析出速调管工作性能，所以，在对大气雷法维修期间，引入射频脉冲包络是十分必要的，能达到有效测量。因此，引入虚拟仪器对其测试，分析雷达的各个指标和参数，能达到测试工作的有效性。在下文中，基于虚拟仪器的使用，做出一系列思考。

二、虚拟仪器测试系统

（一）硬件组成

该系统的组成为机箱、控制器和模块化仪器等。其中的机箱为系统设备的集成工作环境，能为仪器的运行提供电源、集成总线和散热设备等。对于系统中的控制器，为其中的工作枢纽，具备更高性能的双核处理器，其内存更高速，能达到高级射频和无线测试。模块化为系统中测试任务载体，在使用的时候，组成部分包括发生器、分析仪等。虚拟测试系统还需要基于计算机实现，利用打印机、显示器、键盘等组成一个交互系统。

（二）软件构成

虚拟测试系统软件使用的为LabVIEW2011图形化编程语言，和传统的编程语言进行比较分析，LabVIEW2011图形化编程语言在执行的时候，能促进函数图形、数据之间的相互联系，达到自动化测试目的。在测试行业内，LabVIEW2011图形化编程语言为专业软件，能达到600多个函数集成，也能使工作人员更好的执行信号生成、预算和处理工作，达到整体的优化应用。因此，基于对LabVIEW2011图形化编程语言的应用，完成系统的界面设计，并在框图中发挥各个功能。

三、脉冲包络测试

脉冲包络测试虚拟仪器系统是根据我国的天气雷达测试要求来设计的，能对其存在的技术参数详细测试。在测试的时候，受到实验条件的限制，为了给数据测试工作提供方便，可以在该系统中应用虚拟仪器，促进其充分应用。

（一）测试线路连接

在对天气雷达进行现场测试的时候，将S波段作为案例分析，其中的速调放大器输出通过定向耦合器，达到射频信号，并在固定检波器和示波器上分析与观察射频包络波形。发射器输出的射频脉冲信号，在对其频率和波形测量的时候，要经过对检验，才能对其观察，以达到参数的合理测量。如果发射机正常工作，会发现射频脉冲包络的轮廓更清晰，未存在抖动现象，双线断裂。在现场进行测试的时候，为了对检波器、示波器设备等实施保护，避免其功率过大，被损坏。要在线路测试的时候，对定向耦合度、衰弱器的减量进行分析。在实验测试工作中，基于信号发生器，利用小功率在耦合器、固定衰减器向天气雷达发射机发出信号，并将其与虚拟仪器进行结合，达到系统可靠性的提升。

（二）設计测试系统

虚拟仪器和传统的仪器设备存在很大差异，在应用的时候，经过软件编程和自定义，达到产品功能界面的形成。比如：基于LabVIEW图形化语言编程，基于函数的控制，能促进模拟仪器的运行，保证其功能的发挥，在整体上，也可以获得更为准确的射频脉冲包络参数，达到数据信息的储存和处理，形成测试程序界面。LabVIEW程序的应用，其程序为框图和程序前面板。其中的程序框图能代替传统的编程工具文本代码，面板能代替显示界面。

在系统的测试程序框图中，其中示波器能对其控制，也能测量脉冲参数。通过对函数的控制，仪器将达到初始化配置，促使其运行和关闭，也能完成各个参数的测量工作，生成报表等。程度前面板界面，在测量的时候为系统的直观窗口，在该系统下，不仅能对仪器设备参数进行设置、显示出波形，也能保证系统终端任务的完成。

（三）分析测试结果

检波器获得的射频脉冲信号被输入到示波器，点击程序的前面板，促使其运行，将得到脉冲包络波形图和参数指标。这种波形能以图片的方式保存，测试是的数据也能基于报表的生成，为程序的打印工作、表格生成等提供方便。在对软件程序框图进行编程的时候，为了保证参数设置的简单化，也可以在测量工作中应用电平。利用示波器采集参数的时候，在天气雷达测试要求下，要保证程序的固定化，达到参数的有效性，以满足脉冲包络性质。脉冲包络测试虚拟仪器系统的使用，能对发生器下的射频脉冲信号测量，比如：重复频率、脉宽、下降沿等。基于实验分析，发现低脉冲重复频率得到良好测量，根据图像的分析，发现虚拟仪器测试的脉冲包络参数和传统示波器是一致的，该软件适合广泛推广和应用。

总结：

通过以上的分析和研究，我国的虚拟仪器设备发展处于初期阶段，需要在国外引进先进技术和手段，促进测试系统的形成，以达到天气雷法发射机射频脉冲包络参数的分析。在这种技术应用下，不仅能获得更准确结果，也能促进测试效率的提升，为数据的储存和处理工作提供更大方便。

参考文献：

[1] 刘光普，梁莺，李效东， 等.虚拟仪器在新一代天气雷达发射系统测试中的应用[C].2014年全国气象观测技术交流会论文集.福建省大气探测技术保障中心，2014：486-489.