雷达收发通道实时监测系统设计与实现

闫永宝，刘健鹏，武 翔，刘明通

（解放军61191 部队，杭州 310023）

0 引言

通常，雷达在交付用户时都有BIT 检测功能，然而，此功能一般配置不全面，特别是在发射、接收信号通道上缺少信号实时监测设备。当信号通道出现停机性故障时，排查程序异常繁琐，停机时间较长，严重影响雷达值班任务［1-3］。另外，当雷达系统中某个或某些接收通道出现故障时，由于不能及时发现故障情况，常常会导致雷达系统性能下降，影响雷达效能的发挥。实际工作中，常常出现部分接收通道无回波信号和发射通道信号带宽不足等情况，这会导致雷达系统目标捕获率下降和测量数据质量降低，而这些情况在现有的雷达监测设备上都无法监测出来［4-7］。本文基于上述问题进行了监测设备系统设计与实现。实际使用过程中发现，本系统使用方便简洁，自动化程度高，为雷达正常运转提供了有力的保障。

1 总体方案

系统总体方案如图1 所示。在信号实时监测系统主控计算机的控制下，微波信号中枢将特定雷达工作信号切换至宽带示波器或信号分析仪等测试仪器，信号监测系统根据预先的设置对测试仪器的测试参数进行合理设定，即可获取测试信号的参数，后经过分析、比对等处理后将其存入数据库。实时监测平台同时获取雷达控制计算机和控制保护计算机的多种组播信息，经过信息融合、过滤优化后转发给工况信息汇总平台，从而达到实时全面掌握雷达工作状态的目的。

图1 系统总体方案

该系统采用雷达信号的自适应监测技术，能够将雷达的可监测信号接口配置、测量仪器参数配置、信号参数、测试线路插损、测试方法集等复杂信息固化于该监测设备内，通过高效的软件系统，完成对信号分析仪、示波器、微波信号中枢等设备的合理调度和高效控制，实现对多种信号的快速测试和参数提取，大大提升了该信号监测设备的灵活性和扩展性。

1.1 系统硬件组成

雷达实时状态监测系统由测试仪器组、测试信号中枢、主控和数据存储分机、外场天线和云台等设备组成，它们安装在同一个机柜中，测试仪器组包 括 N9020A 信 号 分 析 仪、AgilentInfiniiumMSO9404A 数字信号示波器；测试信号中枢主要由电源、多路微波继电器、驱动控制器、微波连接电缆等组成；主控和数据存储分机主要由实时监测平台软件和信号存储数据库组成。

1.2 系统软件组成

实时监测软件系统采用组件化和分层设计技术构建，结构清晰，使用方便。系统软件平台提供测试资源管理、设备驱动、测试程序管理、文件输入输出、数据和信息显示、数据分析、辅助故障诊断等功能，软件结构框图如下页图2 所示。

图2 系统软件框图

根据分层设计思想，系统软件的内部层次结构可分为物理层、抽象层、数据层和应用层。

软件系统的物理层包括仪器驱动程序、VISA 库及其他底层驱动程序，提供硬件和仪器的直接驱动。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，这样才能保证测试软件顺利进行硬件测试，本测试软件的驱动程序采用仪器厂商提供的驱动程序（VISA 及I/O 库等），以保证硬件能正常和稳定的工作。

抽象层通过软件完成系统多种复杂功能的抽象，是测试对象的本质。软件系统的抽象层包括软件系统的主控核心程序（接口管理程序），由它来解释、分析用户的操作，确定软件系统应调用的功能函数，组织测试流程。

软件系统的数据层是由仪器参数配置数据、测试信号参数库、系统配置文件和参数存储数据库等构成。

应用层包括系统配置服务程序、用户交互界面等。应用层通过抽象层的接口来调用数据层和物理层的资源完成系统各项功能。

2 雷达发射和接收通道监测方法

2.1 发射通道监测方法

雷达发射通道由激励通道、双工前级、子阵放大、T/R 组件等设备组成。发射通道所需监测的关键工作信号主要是前级激励信号、双工前放、天线阵辐射等信号特性。测试设备由N9020A 信号分析仪、MSO9404A 示波器、1/16 射频开关与测试喇叭天线、测试转台及控制等组成，发射通道测试框图如图3所示。

图3 发射通道信号测试组成框图

测试项目主要包括：

1）雷达发射上变频输出波形、频谱、杂散、带宽及脉冲特性测试与信号分析；

2）双工前放输出波形、频谱、带宽、杂散及脉冲特性测试与信号分析；

3）子阵放大波形、频谱、带宽、杂散、幅度与相位一致性、脉冲特性测试与信号分析测试；

4）天线阵发射近场固定点电磁辐射场强测试、波形、频谱、带宽；

5）雷达站周边电磁干扰辐射信号场强测试、波形、频谱、带宽等。

2.2 接收通道监测方法

接收通道在线进行功能测试、性能测试，并进行辅助故障诊断，提供雷达工作时接收通道性能实时监测，其利用开关、宽带示波器硬件及控制与处理分析软件组成测试平台，可实现雷达接收通道在线测试性能参数数据的实时收集和分析。性能测试的实时显示可简单直观地实时掌握雷达接收的性能变化，为实时评估接收通道的性能提供技术保障。测试框图如下页图4 所示。接收通道测试主要包括：通道信号波形、频谱、幅度、带内起伏、幅度一致性、相位一致性、隔离度等。

图4 接收通道信号测试组成框图

3 系统工作流程

实时监测软件将监测雷达发射接收通道中多个关键节点的工作信号情况，准确判断存在故障的信号，快速定位相关故障设备。图5 为监测软件界面，其工作流程如图6 所示，研制的原理样机如图7所示。

图5 系统监测软件

图6 实时监测软件工作流程

图7 雷达实时状态监测原理样机

该系统在执行监测前，首先进行系统自检，确保监测仪器在线，系统具备执行监测任务环境。实时监测平台通过自检后，才能执行自动监测或手动监测。信号监测将通过选择监测信号、设定仪器参数、获取测试参数、判定测试参数、显示及存储测试参数和退出监测，共6 个过程来完成。

本信号监测系统为适应不同监测环境，提供了自动和手动两种信号监测方式。自动监测模式可在无人值守的情况下，按照既定监测流程完成对发射接收通道内的关键工作信号进行自动轮询监测。手动监测则可对特定工作信号、特定监测点进行不间断监测。微波信号中枢和通用测试仪器仪表都内置了通用VISA 控制模块，在执行监测时，实时监测系统通过GPIB 通信总线控制信号中枢，实现多路被测信号的选通监测。同时，该平台也通过GPIB通信总线与测量仪器通信，调用功能强大的Agilent VISA 仪器驱动引擎来控制仪器，测量得到信号参数。

工作信号的监测数据与门限比较后，在监控窗口实时显示监测值和判断结果，并存储到监测数据库。当监测值一旦超出门限范围并触发报警条件后，软件将立即实时显示在监测界面，并发出警报，提示用户尽快分析查看雷达状态，确保雷达正常工作。

4 结论

本系统主要用于监测雷达发射与接收通道内关键工作信号的工作状态，为雷达工作状态的全面在线监测提供重要手段，可以大大提高雷达设备故障的维修效率，减少系统停机时间，充分发挥雷达工作潜力，为判断雷达系统是否保持最佳工作状态提供依据。在实际工作中，当雷达某个设备出现问题时，可以快速准确定位故障位置，缩短系统停机时间，保障雷达正常运转；另一方面，可以通过分析关键节点的监测积累数据，完成对雷达关键工作部件的性能评估，及时预知有可能会发生故障的部位，从而指导雷达检修工作，本文设计的系统已应用于某型雷达，并成功发现了多次故障问题。