多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要： 多波段可重構(gòu)雷達(dá)是目前較為先進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)，其接收機(jī)的傳統(tǒng)人工測(cè)試弊端很多，由于多波段的指標(biāo)很多，各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)指標(biāo)都需要測(cè)試，如果人工逐一測(cè)試，需要花費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用非常巨大，這樣將導(dǎo)致雷達(dá)的開發(fā)成本非常高。在研究多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出設(shè)計(jì)了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成，多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、可視化，系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)圖形化，該系統(tǒng)具有成本低、操作簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)試效率高、測(cè)試精度高等優(yōu)點(diǎn)，在其他系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)計(jì)上也具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞： 相互依存網(wǎng)絡(luò)； 體系破擊； 仿真試驗(yàn)； 多波段可重構(gòu)雷達(dá)

中圖分類號(hào)： TN957.5?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）11?0013?03

Abstract： The multiband reconfigurable radar is a current relatively?advanced radar system， whose traditional manual test of the receiver has many shortcomings. Since the multiband has many indexes， and the implementation index of each function should be tested， it will spend a lot of time and cost， and the development cost of radar is extremely high if the indexes are ma?nually tested one by one. On the basis of studying the structure system of multiband reconfigurable radar receiver， an automatic test system was designed. The system is mainly composed of hardware and software. The test system of the multiband reconfigurable radar receiver can realize the automation， visualization and test data graphic expression. The system has the advantages of low cost， easy operation， convenient use， high test efficiency and high test accuracy， and has the reference significance for the automatic test design of other systems.

Keywords： interdependent network； system damage； simulation experiment； multiband reconfigurable radar

多波段可重構(gòu)雷達(dá)是目前較為先進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)，“多波段”是指雷達(dá)設(shè)備工作在多個(gè)頻段上，以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的多種功能，如目標(biāo)搜索和成像、電子對(duì)抗以及通信等；“可重構(gòu)”是指為了協(xié)調(diào)多波段帶來的信號(hào)帶寬和解調(diào)方式不同而采取的編程接收機(jī)，即在原來硬件設(shè)備不變的情況下，通過軟件控制實(shí)現(xiàn)多種功能。多波段可重構(gòu)雷達(dá)的特有優(yōu)勢(shì)，使其應(yīng)用的范圍非常廣泛，它可以同時(shí)完成警告、干擾、偵察和數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N功能。在應(yīng)用廣泛的同時(shí)，研發(fā)和測(cè)試多波段可重構(gòu)雷達(dá)的重要性就更加凸顯。雷達(dá)接收的測(cè)試在整個(gè)雷達(dá)的研制和試驗(yàn)階段占有重要地位，另外，多波段可重構(gòu)雷達(dá)在測(cè)試階段需要測(cè)試的指標(biāo)很多，各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)指標(biāo)都需要測(cè)試，如果人工逐一測(cè)試，需要花費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用會(huì)非常巨大，這樣將導(dǎo)致雷達(dá)的開發(fā)成本非常高。開發(fā)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多波段可重構(gòu)雷達(dá)的多項(xiàng)指標(biāo)的全自動(dòng)測(cè)試，即節(jié)省了測(cè)試時(shí)間和人員資質(zhì)，又提高了測(cè)試的效率，降低測(cè)試成本。

1 雷達(dá)接收機(jī)的構(gòu)型

雷達(dá)接收機(jī)是整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的前端，只有先接收了信號(hào)才可以進(jìn)行下一步的信號(hào)處理和判斷，進(jìn)而根據(jù)信號(hào)采取一系列的措施，比如預(yù)警、干擾等。

1.1 常規(guī)雷達(dá)接收機(jī)

常規(guī)雷達(dá)接收機(jī)一般為超外差接收機(jī)，如圖1所示，它利用本振、混頻器和濾波器將信號(hào)做2～3次的變換后轉(zhuǎn)換為一個(gè)中頻信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行采樣處理。在這2～3次的轉(zhuǎn)換中，每一次都需要一組本振、混頻器和濾波器，因此，雖然這一結(jié)構(gòu)形式的接收機(jī)的抗干擾性能特別好，但是隨著信號(hào)轉(zhuǎn)換次數(shù)的增加，接收機(jī)的結(jié)構(gòu)會(huì)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)的消耗也會(huì)驟增，另外，制造的成本也就跟著提高，這些缺點(diǎn)會(huì)抵消它的優(yōu)點(diǎn)，基于這一點(diǎn)，目前常規(guī)雷達(dá)接收機(jī)的信號(hào)變換最多為4次，如果超過這一數(shù)值，接收機(jī)的優(yōu)勢(shì)將大大減少。

1.2 多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)

根據(jù)常規(guī)雷達(dá)接收機(jī)的原理，如果想實(shí)現(xiàn)多波段信號(hào)的接收，最直接的接收機(jī)構(gòu)造就是在系統(tǒng)中設(shè)置多個(gè)接收機(jī)，針對(duì)每一預(yù)接收的信號(hào)設(shè)置一個(gè)接收機(jī)，這樣雖然可以達(dá)到接收多種波段信號(hào)的目的，但是帶來的問題就是使系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、消耗大，而且這也不符合“可重構(gòu)”的概念?！翱芍貥?gòu)”是指在不改變接收機(jī)硬件的前提下，利用軟件和程序使接收機(jī)達(dá)到處理不同波段信號(hào)的能力。

目前常用的低中頻多波段接收機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。多波段的信號(hào)被接收后會(huì)被轉(zhuǎn)換為低中頻，這一頻率稱為信號(hào)基帶，其頻率大約為輸入信號(hào)頻率的2倍，之后經(jīng)過采樣然后再解調(diào)，這樣一來，信號(hào)的所有處理都可以在一個(gè)電子芯片中實(shí)現(xiàn)。

2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)的測(cè)試指標(biāo)很多，而且頻率跨度大，接收通道也較多，如果采用傳統(tǒng)的測(cè)試方法，不僅花費(fèi)的時(shí)間和人力會(huì)很大，而且人工采集的數(shù)據(jù)精確度也不高，制約著測(cè)試的質(zhì)量，這樣很不利于測(cè)試工作的開展，因此，如果采用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，可以很好地解決這些問題。

2.1 測(cè)試指標(biāo)

多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)的測(cè)試技術(shù)指標(biāo)主要包括：噪聲系數(shù)、增益、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、信號(hào)帶寬、平衡度，還有一些輔助測(cè)試包括頻率源類的功率及雜波測(cè)試、內(nèi)部信號(hào)調(diào)制測(cè)試以及數(shù)字部分的綜合測(cè)試等。

2.2 系統(tǒng)框圖

為了實(shí)現(xiàn)上述多項(xiàng)測(cè)試技術(shù)指標(biāo)的自動(dòng)測(cè)試，設(shè)計(jì)了如圖3所示的多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分：硬件主要是測(cè)試臺(tái)的搭建，該測(cè)試臺(tái)為一整套接收機(jī)性能指標(biāo)的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)；軟件主要包括控制和數(shù)據(jù)處理程序，保證所有測(cè)試設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)作、迅速準(zhǔn)確地響應(yīng)，并且保證所有測(cè)試數(shù)據(jù)的有效采集、安全存儲(chǔ)和準(zhǔn)確運(yùn)算處理。

2.2.1 硬件部分

多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件部分主要包括一個(gè)噪聲信號(hào)源、標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)源、掃頻信號(hào)源、噪聲測(cè)試儀、頻譜儀以及連接各個(gè)硬件設(shè)備的測(cè)試電纜等。

控制硬件是控制程序的載體，依據(jù)預(yù)先編制的程序的功能運(yùn)行，對(duì)各項(xiàng)硬件設(shè)備進(jìn)行控制，并且采集、存儲(chǔ)各個(gè)設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后把測(cè)試和運(yùn)算得出的結(jié)果以合理的方式顯示出來，供測(cè)試人員研究使用。在整個(gè)硬件系統(tǒng)中，顯示器就是一個(gè)窗口，完成測(cè)試人員與測(cè)試系統(tǒng)的交互。噪聲信號(hào)源的主要作用是為測(cè)試多波段可重構(gòu)雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的噪聲系數(shù)提供噪聲信號(hào)，而標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)源的主要作用是提供標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，便于測(cè)試多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)和增益情況，掃頻信號(hào)源提供的信號(hào)是為了測(cè)試信號(hào)帶寬和帶內(nèi)平坦度。另外，系統(tǒng)還有打印機(jī)，主要是把各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)數(shù)據(jù)打印出來，方便后續(xù)的研究和分析。

2.2.2 軟件部分

多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟件部分包括控制軟件、計(jì)算顯示軟件和狀態(tài)監(jiān)視軟件。

控制軟件是指系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的功能程序，方便參數(shù)的設(shè)置，控制各項(xiàng)硬件設(shè)備，并且采集、存儲(chǔ)各個(gè)設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

計(jì)算顯示軟件是指數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理程序，并把計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)換，便于存儲(chǔ)和送到顯示器顯示，另外，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像化的轉(zhuǎn)化，把大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像化處理，方便研究和分析。

狀態(tài)監(jiān)視軟件主要是監(jiān)控和預(yù)警，監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行自動(dòng)的定位和記錄，方便系統(tǒng)的更正和設(shè)備的檢測(cè)，并且在整個(gè)測(cè)試項(xiàng)目結(jié)束時(shí)或在出現(xiàn)異常情況時(shí)時(shí)，自動(dòng)發(fā)出預(yù)警。

3 自動(dòng)測(cè)試實(shí)現(xiàn)

3.1 測(cè)試的實(shí)現(xiàn)

測(cè)試的實(shí)現(xiàn)主要包括兩個(gè)部分：一是模擬指標(biāo)參數(shù)量的測(cè)試實(shí)現(xiàn)；二是數(shù)字指標(biāo)參數(shù)量的測(cè)試實(shí)現(xiàn)。

模擬指標(biāo)參數(shù)量測(cè)試主要包括：噪聲系數(shù)測(cè)試、接收機(jī)帶寬測(cè)試和接收系統(tǒng)動(dòng)態(tài)增益測(cè)試。噪聲系數(shù)測(cè)試有放大器模式測(cè)試和下變頻模式測(cè)試兩種模式，放大器測(cè)試模式需要對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，采用“字符串”格式，下變頻測(cè)量模式的數(shù)據(jù)相對(duì)簡(jiǎn)單。對(duì)于接收機(jī)帶寬測(cè)試，則利用不同通道的切換，記錄和保存動(dòng)態(tài)頻譜曲線的數(shù)據(jù)。而系統(tǒng)動(dòng)態(tài)增益測(cè)試，則要保證信號(hào)源和頻譜儀的同步，還要保證循環(huán)控制的準(zhǔn)確，另外，系統(tǒng)設(shè)備本身要保證測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差在合理范圍內(nèi)。數(shù)字指標(biāo)參數(shù)量的測(cè)試主要針對(duì)多通道的中頻接收插件的測(cè)試，保證準(zhǔn)確、穩(wěn)定地處理數(shù)據(jù)。

3.2 控制的實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)預(yù)定的測(cè)試功能，除了需要硬件的支持，軟件控制也十分必要。好的控制，可以使硬件測(cè)試平臺(tái)的設(shè)備協(xié)調(diào)配合。在控制方面，首先要設(shè)定控制系統(tǒng)的內(nèi)部延遲，合理的內(nèi)部延遲時(shí)間，既能保證測(cè)試的精確，又有利于提高測(cè)試的效率；其次要考慮單獨(dú)控制的可能性，由于多波段信號(hào)的差別較大，針對(duì)一些專門的測(cè)試指標(biāo)需要單獨(dú)的測(cè)試，這時(shí)就需要在系統(tǒng)控制設(shè)置時(shí)考慮單獨(dú)控制的功能；最后通過計(jì)算機(jī)并口實(shí)現(xiàn)頻點(diǎn)控制，保證系統(tǒng)頻點(diǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)切換。

3.3 過程的實(shí)現(xiàn)

首先校正自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的所有儀表，保證儀表的正常和完好，確保各個(gè)儀表的測(cè)量誤差在合理的范圍內(nèi)。其次，設(shè)置多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)的初始參數(shù)，如工作的特定波段頻率、各個(gè)波段的步進(jìn)頻率以及系統(tǒng)設(shè)備的測(cè)試電纜對(duì)測(cè)試的影響等，然后啟動(dòng)接收機(jī)的自動(dòng)測(cè)試程序，開始自動(dòng)測(cè)試。

在自動(dòng)測(cè)試開始后，系統(tǒng)首先利用掃頻信號(hào)源和頻譜儀測(cè)試多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)的信號(hào)的帶寬和接收信號(hào)的平坦度，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄下所有的數(shù)據(jù)，然后選定標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源與頻譜儀，自動(dòng)控制測(cè)試從起始頻率的波段開始，按照最初設(shè)定好的步進(jìn)波段頻率，逐一進(jìn)行測(cè)試，并且記錄每一頻段信號(hào)的接收增益和動(dòng)態(tài)的測(cè)試數(shù)據(jù)，最后選擇噪聲源與噪聲測(cè)試儀，按最初設(shè)定的波段步進(jìn)頻率記錄頻率范圍內(nèi)接收機(jī)的噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在自動(dòng)記錄這些數(shù)據(jù)的同時(shí)會(huì)把數(shù)據(jù)都反饋到控制系統(tǒng)，計(jì)算、顯示和存儲(chǔ)。

當(dāng)接收機(jī)預(yù)設(shè)的接收波段都測(cè)試完成之后，控制系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出終止信號(hào)，系統(tǒng)所有設(shè)備都自動(dòng)停止運(yùn)行，整個(gè)測(cè)試過程結(jié)束，狀態(tài)監(jiān)視軟件會(huì)發(fā)出預(yù)警，提醒操作人員。

4 結(jié) 語

目前，多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、可視化的趨勢(shì)越來越明顯，其優(yōu)勢(shì)也越來越明顯，自動(dòng)測(cè)試成為未來雷達(dá)接收機(jī)測(cè)試發(fā)展的主流方向。另外，系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)的圖形化也越來越廣泛地被應(yīng)用，在本文設(shè)計(jì)的多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中運(yùn)用的不合格數(shù)據(jù)突顯技術(shù)和數(shù)據(jù)格式化輸出存儲(chǔ)技術(shù)，都是圖形化的主要應(yīng)用，這對(duì)以后類似測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)具有普遍的借鑒意義。另外，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)進(jìn)行了全面的測(cè)試，自動(dòng)化程度高、測(cè)試效率高、測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性好，極大地縮短了測(cè)試時(shí)間，節(jié)省了測(cè)試的人力和費(fèi)用，提高了多波段雷達(dá)的測(cè)試效率，改善了測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理問題。該系統(tǒng)具有成本低、操作簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)試效率高、測(cè)試精度高等優(yōu)點(diǎn)，在其他系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)計(jì)上也具有借鑒意義。

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