一種海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)工作性能檢查方法

薛 霞，丁友峰，孫 斌

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 210003)

0 引言

在現(xiàn)代海洋活動(dòng)中，海上移動(dòng)平臺(tái)組成工作群體，協(xié)同工作，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行共同探測(cè)和跟蹤。為了在工作群體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息資源共享，使整個(gè)工作群體能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行快速定位、跟蹤和監(jiān)控，海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)由此應(yīng)運(yùn)而生。隨著微波通訊系統(tǒng)大批量配備海上移動(dòng)平臺(tái)，在使用過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種各樣的故障。由于海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)自身特點(diǎn)，在修復(fù)系統(tǒng)局部故障后，整個(gè)系統(tǒng)的工作性能測(cè)試比較困難。筆者結(jié)合工作實(shí)踐，提出了一種在幾乎不增加硬件的前提下實(shí)現(xiàn)海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)工作性能檢查的方法。

1 海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)重要性

海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)是一種基于自身和其他平臺(tái)產(chǎn)生的信息進(jìn)行處理、交換的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以用于海上移動(dòng)平臺(tái)的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，也可以在進(jìn)行工作群體協(xié)同活動(dòng)時(shí)集中采集和處理水面態(tài)勢(shì)信息，在工作群體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息資源共享，使整個(gè)工作群體能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行快速定位、跟蹤和監(jiān)控。海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)是工作群體信息交換的匯集和數(shù)據(jù)處理中心，它可以工作在主導(dǎo)平臺(tái)或附屬平臺(tái)兩種方式下。

圖1 現(xiàn)行海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)工作原理框圖

2 海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)工作原理

海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)原理如圖1所示。

為了保證工作時(shí)信號(hào)不受干擾，海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)的信號(hào)接收和信號(hào)發(fā)送模塊在時(shí)域和頻域上是分開的。主導(dǎo)平臺(tái)是整個(gè)工作群體通信系統(tǒng)的核心，控制主導(dǎo)平臺(tái)與工作群體各附屬平臺(tái)的聯(lián)系順序，并確定各附屬平臺(tái)接收和發(fā)送信息的順序。

在主導(dǎo)平臺(tái)方式下，海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)向空中輻射帶有各附屬平臺(tái)系統(tǒng)同步信號(hào)和附屬平臺(tái)編號(hào)的高頻微波信號(hào)。發(fā)射分系統(tǒng)主要完成海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)頻率分集編碼射頻信號(hào)的產(chǎn)生、放大;接收分系統(tǒng)主要完成接收其他海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)射頻信號(hào)，以便進(jìn)行接收、放大、解碼處理。數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)主要完成工作群體各平臺(tái)之間通過微波鏈路發(fā)送的各種指令、信息傳輸和交換的功能。

在附屬平臺(tái)工作方式下，利用接收天線尋找主導(dǎo)平臺(tái)發(fā)射的輻射信號(hào)，將接收天線指向主導(dǎo)平臺(tái)方向，截獲主導(dǎo)平臺(tái)的信息并進(jìn)行相關(guān)信息處理。

3 當(dāng)前系統(tǒng)工作性能檢查存在的問題和不足

當(dāng)前常規(guī)故障檢查系統(tǒng)主要由狀態(tài)監(jiān)測(cè)、測(cè)試、故障診斷、設(shè)備自檢、管理控制、通訊監(jiān)視等組成。狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)裝備各種狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè);測(cè)試模塊主要完成被測(cè)對(duì)象的性能測(cè)試，并實(shí)現(xiàn)報(bào)表的自動(dòng)生成;故障診斷模塊主要功能是根據(jù)測(cè)試模塊測(cè)試結(jié)果信息或狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障信息，將故障迅速定位到現(xiàn)場(chǎng)可更換單元，或給測(cè)試模塊提供故障診斷測(cè)試建議，確定故障部件;設(shè)備自檢模塊完成測(cè)試診斷設(shè)備的自檢，并在設(shè)備自身出現(xiàn)故障時(shí)給出故障模塊的位置，指導(dǎo)設(shè)備維修人員進(jìn)行設(shè)備維修;管理控制模塊主要完成實(shí)時(shí)監(jiān)視主控機(jī)與測(cè)試分機(jī)的通訊狀態(tài);通訊監(jiān)視模塊的主要功能是檢測(cè)和監(jiān)視主控機(jī)和各個(gè)分機(jī)之間的通訊狀況［1］。當(dāng)前海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)的故障檢查系統(tǒng)都是對(duì)單一部件或模塊進(jìn)行定性檢查，只能檢查系統(tǒng)的局部工作情況，無法檢查整個(gè)系統(tǒng)的工作性能，不能反映整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。由于各模塊之間存在相互耦合和匹配問題，所以即使每個(gè)模塊檢測(cè)都正常，也不能保證整個(gè)系統(tǒng)工作正常。

另外，海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射和信號(hào)接收是相互獨(dú)立的系統(tǒng)，所接收的信號(hào)并不是自身發(fā)送出去的高頻信號(hào)回波，而是其他平臺(tái)海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)發(fā)送的特定形式的高頻信號(hào)。一般情況下，檢查本平臺(tái)系統(tǒng)工作性能時(shí)需要額外配備與海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)相配套的信號(hào)模擬器。信號(hào)模擬器架設(shè)需要配備電源，并與試驗(yàn)對(duì)象之間的距離一般需要2～3 km，且兩者之間不能有遮擋。在實(shí)際調(diào)試和使用中，上述條件有時(shí)難以滿足，而且在使用前需要完成方向?qū)?zhǔn)、方位角測(cè)定設(shè)置、數(shù)據(jù)裝訂等準(zhǔn)備工作，這些都給海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)的調(diào)試和使用中的工作性能檢查帶來不便。

4 新式海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)工作性能檢查方法

4.1 海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)工作性能檢查方法

當(dāng)前海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)形式:一種是使用兩個(gè)振蕩器，一個(gè)用于形成發(fā)射高頻信號(hào)，另一個(gè)作為接收混頻本振;另一種是上述兩者是同一振蕩器。本文針對(duì)這兩種形式分別給出不同的設(shè)計(jì)構(gòu)思。

對(duì)于第一種結(jié)構(gòu)形式(工作原理如圖2所示），信號(hào)發(fā)射和信號(hào)接收系統(tǒng)相互獨(dú)立，可以通過對(duì)應(yīng)的控制關(guān)系使信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)模擬其他平臺(tái)海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)發(fā)送來的高頻調(diào)制信號(hào)，利用可控轉(zhuǎn)換開關(guān)將發(fā)射系統(tǒng)的信號(hào)送入工作在工作性能檢查狀態(tài)下的接收機(jī)。

圖2 獨(dú)立本振海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)工作性能檢查原理框圖

海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)工作性能檢查的基本思路是:使檢測(cè)調(diào)制信息通過海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)，然后與設(shè)定信息進(jìn)行比較。為了形成通信回路，將計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)定好檢測(cè)調(diào)制信息通過接口電路送入編碼和同步模塊，再經(jīng)過調(diào)制模塊后通過可控轉(zhuǎn)換開關(guān)送入工作在工作性能檢查狀態(tài)下的接收機(jī)。在接收機(jī)內(nèi)，再次經(jīng)過解碼和同步通道后返回計(jì)算機(jī)。

在工作性能檢查狀態(tài)下，由控制信號(hào)形成器模塊產(chǎn)生控制信號(hào)，將計(jì)算機(jī)內(nèi)的檢測(cè)調(diào)制信息輸出到高頻信號(hào)形成器模塊中?？刂菩盘?hào)使高頻信號(hào)形成器模塊工作，模擬輸出與正常工作狀態(tài)下不同頻率的高頻信號(hào);同時(shí)，控制信號(hào)使轉(zhuǎn)換開關(guān)1和轉(zhuǎn)換開關(guān)2 動(dòng)作，高頻信號(hào)形成器模塊的輸出信號(hào)送入到接收機(jī)內(nèi)，然后經(jīng)接口電路送入解碼、同步通道后到達(dá)計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)中對(duì)收到的信息進(jìn)行處理，結(jié)果送到顯示系統(tǒng)顯示，供操作員判斷是否與設(shè)定信息相符。

對(duì)于第二種結(jié)構(gòu)形式(工作原理如圖3所示），通過對(duì)應(yīng)的控制關(guān)系，利用發(fā)射和接收系統(tǒng)相互獨(dú)立這一點(diǎn)，采用雙T 橋部件，將模擬的接收中頻信號(hào)送入接收機(jī)。

圖3中雙T 橋部件的特性:當(dāng)3、4 端口中只有一個(gè)端口有信號(hào)輸入時(shí)，1、2 端口各3dB 功分輸出其輸入信號(hào)，且3、4 端口相互隔離;當(dāng)3、4 端口都有信號(hào)輸入時(shí)，1、2 端口各3dB 功分輸出3、4 端口兩路輸入信號(hào)混頻后的差頻信號(hào)，且3、4 端口相互隔離［2］。

在工作狀態(tài)下，由控制信號(hào)形成器給出相應(yīng)控制信號(hào)，使高頻發(fā)射信號(hào)形成器B1和高頻發(fā)射信號(hào)形成器B2 其中之一工作，這樣雙T 橋部件端口1、2 平均輸出3、4 端口中一路的輸入信號(hào)，其中端口2信號(hào)通過可控轉(zhuǎn)換開關(guān)1，再通過調(diào)制模塊1 加載調(diào)制信號(hào)后，作為發(fā)射機(jī)激勵(lì)信號(hào)?？煽亻_關(guān)2 使檢測(cè)調(diào)制信號(hào)與調(diào)制模塊2 隔離。端口1信號(hào)則作為接收機(jī)本振信號(hào)送給接收機(jī)。在接收機(jī)內(nèi)與接收天線接收的信號(hào)進(jìn)行混頻，形成中頻信號(hào)。中頻信號(hào)進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)過放大等相關(guān)處理后進(jìn)入信息解調(diào)部件，解調(diào)之后的數(shù)據(jù)信息送到顯控臺(tái)顯示。

圖3 共有本振海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)工作性能檢查原理框圖

在工作性能檢查狀態(tài)下，控制信號(hào)形成器給出相應(yīng)控制信號(hào)，使高頻發(fā)射信號(hào)形成器B1和高頻發(fā)射信號(hào)形成器B2 同時(shí)工作。可控開關(guān)1 使發(fā)射機(jī)與雙T 橋部件端口2 隔離，可控開關(guān)2 使檢測(cè)調(diào)制信號(hào)送到調(diào)制模塊2 內(nèi)，這樣雙T 橋部件端口1 輸出混頻后的中頻信號(hào)在調(diào)制模塊2 內(nèi)加載檢測(cè)調(diào)制信息后，到達(dá)接收機(jī)的本振信號(hào)輸入端。在接收機(jī)內(nèi)由于此時(shí)接收天線沒有接收信號(hào)，所以在本振輸入端的中頻信號(hào)直接進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)過放大等相關(guān)處理后進(jìn)入信息解調(diào)部件，解調(diào)之后送到顯示系統(tǒng)顯示，供操作員判斷是否與設(shè)定信息相符。

4.2 優(yōu)點(diǎn)和不足

對(duì)比圖1和圖2 可知，在原有海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)上僅增加了檢測(cè)調(diào)制信息儲(chǔ)存器和2個(gè)可控轉(zhuǎn)換開關(guān);在軟件方面則增加了相應(yīng)控制關(guān)系，就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的工作性能檢測(cè)，為使用人員和維修人員提供了一種有效的檢測(cè)手段，提高了系統(tǒng)的維修保障能力。由于當(dāng)前海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)的發(fā)射系統(tǒng)多采用固態(tài)化發(fā)射模塊，且與接收天線及波導(dǎo)傳輸系統(tǒng)一樣具有可靠性高、故障率低和故障容易檢測(cè)等特點(diǎn)，所以工作性能檢測(cè)系統(tǒng)沒有檢測(cè)這3個(gè)系統(tǒng)的工作性能，但也可以根據(jù)工程實(shí)際需要改變2個(gè)可控轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置和增加相關(guān)輔助模塊把信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)、信號(hào)接收天線及波導(dǎo)傳輸系統(tǒng)包含在工作性能檢測(cè)系統(tǒng)中，可完成全系統(tǒng)的工作性能檢測(cè)。

圖3 并沒有增加硬件，僅利用雙T 橋部件的特性就巧妙地實(shí)現(xiàn)了工作和檢測(cè)狀態(tài)的切換。而在工作性能檢測(cè)狀態(tài)下，也是利用雙T 橋部件的特性使雙T 橋部件端口1 輸出中頻信號(hào)，解決了工作性能檢測(cè)問題。

經(jīng)實(shí)踐證明，該方法能夠方便、快捷地檢查海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)的工作性能，保障了系統(tǒng)的正常使用，提高了故障維修效率，同時(shí)也為海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)后續(xù)改進(jìn)、產(chǎn)品升級(jí)提供設(shè)計(jì)參考。

5 結(jié)束語

本文簡(jiǎn)要介紹了海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)，并針對(duì)當(dāng)前海上移動(dòng)平臺(tái)微波通訊系統(tǒng)的兩種結(jié)構(gòu)形式，提出了一種幾乎無需增加額外硬件即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作性能檢測(cè)的方法。實(shí)踐證明該方法簡(jiǎn)單可行，可有效提高系統(tǒng)維修工作效率，降低維修中對(duì)儀器儀表的依賴，同時(shí)也減輕維修人員的工作負(fù)擔(dān)。

［1］陳軍，楊光.艦載雷達(dá)自動(dòng)性能測(cè)試與故障診斷系統(tǒng)技術(shù)研究［J］.雷達(dá)與對(duì)抗，2009(1）:2-3.

［2］吳明英，毛秀華.微波技術(shù)［M］.西北電訊工程學(xué)院出版社，1987:259-263.