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

逄淑蕾，李　帥

（1.南京信息工程大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，江蘇 南京　210044；2.黑龍江省大氣探測技術(shù)保障中心，黑龍江 哈爾濱　150030）

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

逄淑蕾1，2，李帥2

（1.南京信息工程大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，江蘇 南京210044；2.黑龍江省大氣探測技術(shù)保障中心，黑龍江 哈爾濱150030）

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)人工測試弊端很多，由于多波段的指標(biāo)很多，各個功能的實(shí)現(xiàn)指標(biāo)都需要測試，如果人工逐一測試，需要花費(fèi)的時間和費(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)了自動測試系統(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)的測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化、可視化，系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)圖形化，該系統(tǒng)具有成本低、操作簡單、使用方便、測試效率高、測試精度高等優(yōu)點(diǎn)，在其他系統(tǒng)的自動測試設(shè)計(jì)上也具有借鑒意義。

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)

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，使其應(yīng)用的范圍非常廣泛，它可以同時完成警告、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，研發(fā)和測試多波段可重構(gòu)雷達(dá)的重要性就更加凸顯。雷達(dá)接收的測試在整個雷達(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)在測試階段需要測試的指標(biāo)很多，各個功能的實(shí)現(xiàn)指標(biāo)都需要測試，如果人工逐一測試，需要花費(fèi)的時間和費(fèi)用會非常巨大，這樣將導(dǎo)致雷達(dá)的開發(fā)成本非常高。開發(fā)自動測試系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對多波段可重構(gòu)雷達(dá)的多項(xiàng)指標(biāo)的全自動測試，即節(jié)省了測試時間和人員資質(zhì)，又提高了測試的效率，降低測試成本。

1　雷達(dá)接收機(jī)的構(gòu)型

雷達(dá)接收機(jī)是整個雷達(dá)系統(tǒng)的前端，只有先接收了信號才可以進(jìn)行下一步的信號處理和判斷，進(jìn)而根據(jù)信號采取一系列的措施，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做2～3次的變換后轉(zhuǎn)換為一個中頻信號，然后對其進(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，但是隨著信號轉(zhuǎn)換次數(shù)的增加，接收機(jī)的結(jié)構(gòu)會越來越復(fù)雜，系統(tǒng)的消耗也會驟增，另外，制造的成本也就跟著提高，這些缺點(diǎn)會抵消它的優(yōu)點(diǎn)，基于這一點(diǎn)，目前常規(guī)雷達(dá)接收機(jī)的信號變換最多為4次，如果超過這一數(shù)值，接收機(jī)的優(yōu)勢將大大減少。

圖1　常規(guī)雷達(dá)接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖

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)置多個接收機(jī)，針對每一預(yù)接收的信號設(shè)置一個接收機(jī)，這樣雖然可以達(dá)到接收多種波段信號的目的，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。多波段的信號被接收后會被轉(zhuǎn)換為低中頻，這一頻率稱為信號基帶，其頻率大約為輸入信號頻率的2倍，之后經(jīng)過采樣然后再解調(diào)，這樣一來，信號的所有處理都可以在一個電子芯片中實(shí)現(xiàn)。

圖2　低中頻多波段接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2　自動測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

2.1測試指標(biāo)

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

2.2系統(tǒng)框圖

為了實(shí)現(xiàn)上述多項(xiàng)測試技術(shù)指標(biāo)的自動測試，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)的自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分：硬件主要是測試臺的搭建，該測試臺為一整套接收機(jī)性能指標(biāo)的自動測試平臺；軟件主要包括控制和數(shù)據(jù)處理程序，保證所有測試設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)作、迅速準(zhǔn)確地響應(yīng)，并且保證所有測試數(shù)據(jù)的有效采集、安全存儲和準(zhǔn)確運(yùn)算處理。

圖3　多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)自動測試系統(tǒng)

2.2.1硬件部分

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

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，對各項(xiàng)硬件設(shè)備進(jìn)行控制，并且采集、存儲各個設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后把測試和運(yùn)算得出的結(jié)果以合理的方式顯示出來，供測試人員研究使用。在整個硬件系統(tǒng)中，顯示器就是一個窗口，完成測試人員與測試系統(tǒng)的交互。噪聲信號源的主要作用是為測試多波段可重構(gòu)雷達(dá)自動測試系統(tǒng)的噪聲系數(shù)提供噪聲信號，而標(biāo)準(zhǔn)輸入信號源的主要作用是提供標(biāo)準(zhǔn)信號，便于測試多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)的動態(tài)和增益情況，掃頻信號源提供的信號是為了測試信號帶寬和帶內(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)自動測試系統(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、存儲各個設(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，便于存儲和送到顯示器顯示，另外，對數(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)測整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，對系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行自動的定位和記錄，方便系統(tǒng)的更正和設(shè)備的檢測，并且在整個測試項(xiàng)目結(jié)束時或在出現(xiàn)異常情況時時，自動發(fā)出預(yù)警。

3　自動測試實(shí)現(xiàn)

3.1測試的實(shí)現(xiàn)

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

模擬指標(biāo)參數(shù)量測試主要包括：噪聲系數(shù)測試、接收機(jī)帶寬測試和接收系統(tǒng)動態(tài)增益測試。噪聲系數(shù)測試有放大器模式測試和下變頻模式測試兩種模式，放大器測試模式需要對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，采用“字符串”格式，下變頻測量模式的數(shù)據(jù)相對簡單。對于接收機(jī)帶寬測試，則利用不同通道的切換，記錄和保存動態(tài)頻譜曲線的數(shù)據(jù)。而系統(tǒng)動態(tài)增益測試，則要保證信號源和頻譜儀的同步，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)量的測試主要針對多通道的中頻接收插件的測試，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)自動測試系統(tǒng)預(yù)定的測試功能，除了需要硬件的支持，軟件控制也十分必要。好的控制，可以使硬件測試平臺的設(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)部延遲時間，既能保證測試的精確，又有利于提高測試的效率；其次要考慮單獨(dú)控制的可能性，由于多波段信號的差別較大，針對一些專門的測試指標(biāo)需要單獨(dú)的測試，這時就需要在系統(tǒng)控制設(shè)置時考慮單獨(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)的自動切換。

3.3過程的實(shí)現(xiàn)

首先校正自動測試系統(tǒng)的所有儀表，保證儀表的正常和完好，確保各個儀表的測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、各個波段的步進(jìn)頻率以及系統(tǒng)設(shè)備的測試電纜對測試的影響等，然后啟動接收機(jī)的自動測試程序，開始自動測試。

在自動測試開始后，系統(tǒng)首先利用掃頻信號源和頻譜儀測試多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收機(jī)的信號的帶寬和接收信號的平坦度，這時系統(tǒng)會自動記錄下所有的數(shù)據(jù)，然后選定標(biāo)準(zhǔn)信號源與頻譜儀，自動控制測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)行測試，并且記錄每一頻段信號的接收增益和動態(tài)的測試數(shù)據(jù)，最后選擇噪聲源與噪聲測試儀，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)的噪聲測試數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在自動記錄這些數(shù)據(jù)的同時會把數(shù)據(jù)都反饋到控制系統(tǒng)，計(jì)算、顯示和存儲。

當(dāng)接收機(jī)預(yù)設(shè)的接收波段都測試完成之后，控制系統(tǒng)自動發(fā)出終止信號，系統(tǒng)所有設(shè)備都自動停止運(yùn)行，整個測試過程結(jié)束，狀態(tài)監(jiān)視軟件會發(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)的測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化、可視化的趨勢越來越明顯，其優(yōu)勢也越來越明顯，自動測試成為未來雷達(dá)接收機(jī)測試發(fā)展的主流方向。另外，系統(tǒng)測試數(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)自動測試系統(tǒng)中運(yùn)用的不合格數(shù)據(jù)突顯技術(shù)和數(shù)據(jù)格式化輸出存儲技術(shù)，都是圖形化的主要應(yīng)用，這對以后類似測試系統(tǒng)的開發(fā)具有普遍的借鑒意義。另外，該自動測試系統(tǒng)對多波段可重構(gòu)雷達(dá)接收系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)進(jìn)行了全面的測試，自動化程度高、測試效率高、測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性好，極大地縮短了測試時間，節(jié)省了測試的人力和費(fèi)用，提高了多波段雷達(dá)的測試效率，改善了測試數(shù)據(jù)的存儲和處理問題。該系統(tǒng)具有成本低、操作簡單、使用方便、測試效率高、測試精度高等優(yōu)點(diǎn)，在其他系統(tǒng)的自動測試設(shè)計(jì)上也具有借鑒意義。

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Design and im p lem entation of autom atic test system for m u ltiband recon figurab le radar receiver

PANG Shulei1，2，LIShuai2
（1.School of Electronic and Information Engineering，Nanjing University of Information Science&Technology，Nanjing 210044，China；2.Heilongjiang Atmospheric Sounding and Technical Support Center，Harbin 150030，China）

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 manually tested one by one.On the basis of studying the structure system ofmultiband reconfigurable radar receiver，an automatic test system was designed.The system ismainly 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.

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

TN957.5-34

A

1004-373X（2016）11-0013-03

10.16652/j.issn.1004-373x.2016.11.004

2015-08-28

逄淑蕾（1987—），女，碩士，工程師。研究方向?yàn)殡娮优c通信工程。李帥（1984—），男，碩士，工程師。研究方向?yàn)閮x器儀表工程。