適用于機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

仇雅芳，吳 健，劉 琳

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第51研究所，上海 201802)

?

適用于機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

仇雅芳，吳 健，劉 琳

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第51研究所，上海 201802)

對(duì)機(jī)載電子偵察設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，是研制開發(fā)、批量生產(chǎn)、綜合保障和戰(zhàn)時(shí)維護(hù)中必不可少的手段。在簡(jiǎn)述研制自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)背景及意義的基礎(chǔ)上，首先對(duì)面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，介紹了系統(tǒng)組成和工作原理,給出了誤差校準(zhǔn)總體思路，對(duì)誤差校準(zhǔn)工作流程進(jìn)行了詳細(xì)闡述。然后對(duì)自動(dòng)測(cè)試軟件組成及各模塊的功能進(jìn)行了闡述，對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行了詳細(xì)說明。最后通過對(duì)電子偵察設(shè)備測(cè)頻和測(cè)向能力的測(cè)試，驗(yàn)證了面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)的可行性。調(diào)試結(jié)果表明，面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試極大提高了機(jī)載電子偵察設(shè)備性能測(cè)試的工作效率和設(shè)備測(cè)向精度，同時(shí)避免了微波輻射對(duì)測(cè)試人員身體的傷害。

電子偵察；自動(dòng)測(cè)試；誤差校準(zhǔn)；測(cè)向

0 引 言

機(jī)載電子偵察設(shè)備可對(duì)敵雷達(dá)信號(hào)輻射源進(jìn)行截獲、識(shí)別、分析和定位，以獲取戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)所需的情報(bào)[1]。在敵方威脅即將到來時(shí)能夠及時(shí)提供告警信息，并引導(dǎo)干擾設(shè)備對(duì)敵方雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行電子攻擊[2]。如何對(duì)機(jī)載電子偵察設(shè)備的性能進(jìn)行測(cè)試，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行科學(xué)合理的分析，則是研制機(jī)載電子偵察設(shè)備時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問題。

目前，對(duì)機(jī)載電子偵察設(shè)備的性能測(cè)試主要是通過測(cè)試人員手動(dòng)來完成，這種手動(dòng)操作儀器和紙質(zhì)記錄數(shù)據(jù)不但效率低下，而且測(cè)試人員整個(gè)身體都裸露在微波輻射的環(huán)境之下，這對(duì)測(cè)試人員身體的傷害是十分巨大的[3]。為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，這里研究并設(shè)計(jì)了一種適用于機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。同時(shí)考慮在實(shí)際工程中，由于制造工藝和裝配等問題總會(huì)造成各通道間相位響應(yīng)不一致，信道失衡，最終會(huì)對(duì)電子偵察系統(tǒng)測(cè)向性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響[4]，故自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)還兼顧了誤差校準(zhǔn)功能。論文從系統(tǒng)總體構(gòu)成、誤差校準(zhǔn)、系統(tǒng)軟件組成、系統(tǒng)工作流程等幾個(gè)方面對(duì)自動(dòng)測(cè)試進(jìn)行了詳細(xì)闡述，結(jié)合自動(dòng)測(cè)試結(jié)果對(duì)自動(dòng)測(cè)試、誤差校準(zhǔn)的可行性進(jìn)行分析和說明。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要由雷達(dá)信號(hào)模擬器、發(fā)射天線、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、伺服控制器、工控計(jì)算機(jī)、伺服轉(zhuǎn)臺(tái)和設(shè)備安裝架等幾部分組成，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。為了防止外界信號(hào)及信號(hào)反射對(duì)系統(tǒng)測(cè)試造成影響，被測(cè)機(jī)載電子偵察設(shè)備、雷達(dá)信號(hào)模擬器、發(fā)射天線、伺服轉(zhuǎn)臺(tái)和設(shè)備安裝架被安置在微波暗室內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、伺服控制器和工控計(jì)算機(jī)被安置在工控室。雷達(dá)信號(hào)模擬器為電子偵察設(shè)備提供所需的各種形式的雷達(dá)信號(hào)，雷達(dá)信號(hào)通過發(fā)射天線對(duì)外輻射。伺服轉(zhuǎn)臺(tái)可以根據(jù)工控機(jī)的控制旋轉(zhuǎn)任意角度，從而考核電子偵察設(shè)備的測(cè)向能力，通過安裝支架將電子偵察設(shè)備安裝在伺服轉(zhuǎn)臺(tái)上。工控計(jì)算機(jī)、伺服控制器、雷達(dá)信號(hào)模擬器通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成局域網(wǎng)，設(shè)備之間的通訊遵循傳輸控制協(xié)議/英特網(wǎng)互連協(xié)議(TCP/IP)[5]。

圖1 面向機(jī)載電子電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

在圖1中的工控計(jì)算機(jī)上裝有基于Labwindows/CVI的自動(dòng)測(cè)試軟件，測(cè)試人員依據(jù)雷達(dá)對(duì)抗設(shè)備驗(yàn)收時(shí)所需考核的各種雷達(dá)信號(hào)，在自動(dòng)測(cè)試軟件上設(shè)置好各種雷達(dá)信號(hào)所對(duì)應(yīng)的相關(guān)參數(shù)。待自動(dòng)測(cè)試軟件運(yùn)行后，工控計(jì)算機(jī)把相關(guān)參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)模擬器。雷達(dá)模擬器依據(jù)收到的相關(guān)參數(shù)信息自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的雷達(dá)信號(hào)并通過發(fā)射天線將產(chǎn)生的雷達(dá)信號(hào)發(fā)射出來。機(jī)載電子偵察設(shè)備安裝在設(shè)備安裝架上，測(cè)試人員在工控計(jì)算機(jī)的自動(dòng)測(cè)試軟件上設(shè)置好電子偵察設(shè)備旋轉(zhuǎn)角度信息。待自動(dòng)測(cè)試軟件運(yùn)行后，工控計(jì)算機(jī)把角度信息通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給伺服控制器，伺服控制器將收到的角度參數(shù)信息轉(zhuǎn)換成RS-232C標(biāo)準(zhǔn)并發(fā)送給伺服轉(zhuǎn)臺(tái)。伺服轉(zhuǎn)臺(tái)按照收到的角度信息帶動(dòng)機(jī)載電子偵察設(shè)備進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。機(jī)載電子偵察設(shè)備的接收天線探測(cè)到發(fā)射天線發(fā)出的雷達(dá)信號(hào)后，經(jīng)過測(cè)量和計(jì)算得到該雷達(dá)信號(hào)的相關(guān)參數(shù)的測(cè)量值以及來波到達(dá)方位角度的計(jì)算值，機(jī)載電子偵察設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將上述測(cè)量值和計(jì)算值上報(bào)給工控計(jì)算機(jī)。工控計(jì)算機(jī)上的自動(dòng)測(cè)試軟件將機(jī)載電子偵察設(shè)備的上報(bào)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算并和雷達(dá)模擬器的設(shè)置值以及伺服轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度值進(jìn)行對(duì)比，最終判定機(jī)載電子偵察設(shè)備的相關(guān)指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，判定結(jié)果及測(cè)試的詳細(xì)信息在自動(dòng)測(cè)試主界面上顯示。

2 誤差校準(zhǔn)

機(jī)載電子偵察設(shè)備瞬時(shí)工作頻帶屬于窄帶系統(tǒng)，可以認(rèn)為其相位誤差不隨頻率變化，即各通道只有一個(gè)相位誤差因子[5]。因此，只要在中心頻率上進(jìn)行校準(zhǔn)即可，而不考慮帶內(nèi)頻率特性失配。然而，當(dāng)接收機(jī)覆蓋一個(gè)寬頻段時(shí)，不平衡度將是頻率的函數(shù)，也就是說接收通道在不同的頻率下會(huì)對(duì)應(yīng)有不同的相位偏移。因此，對(duì)于機(jī)載電子偵察設(shè)備這樣一個(gè)寬帶系統(tǒng)，需要在其每個(gè)頻段內(nèi)記下其對(duì)應(yīng)的相位偏移，最終形成一個(gè)相位校準(zhǔn)表。

機(jī)載電子偵察設(shè)備校準(zhǔn)總體思路為：將接收通道在整個(gè)信號(hào)帶寬內(nèi)分頻段處理，用校準(zhǔn)源信號(hào)對(duì)每個(gè)頻段分別進(jìn)行窄帶校準(zhǔn)，再將相位誤差存入存儲(chǔ)器。當(dāng)接收機(jī)工作時(shí)，查表進(jìn)行校準(zhǔn)?？紤]到器件老化、工作環(huán)境變化及維護(hù)操作等問題，系統(tǒng)在使用過程中每隔一段時(shí)間還要進(jìn)行一次自動(dòng)校準(zhǔn)。

自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由雷達(dá)信號(hào)模擬器、發(fā)射天線、路由器、機(jī)載電子偵察設(shè)備等幾個(gè)部分構(gòu)成。自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的工作過程為：首先將相位測(cè)試校準(zhǔn)設(shè)備按圖1進(jìn)行搭建，借助激光器使得發(fā)射天線方向和系統(tǒng)天線陣軸線一致，打開雷達(dá)信號(hào)模擬器確認(rèn)整個(gè)鏈路暢通。

在圖1所示的工控計(jì)算機(jī)上裝有基于Labwindows/CVI的自動(dòng)控制軟件，在進(jìn)行相位校準(zhǔn)測(cè)試時(shí)，測(cè)試人員將2～18GHz頻段范圍內(nèi)的雷達(dá)信號(hào)以10MHz為間隔抽取測(cè)試點(diǎn),并將這些點(diǎn)記錄在樣本表格中。待自動(dòng)測(cè)試軟件運(yùn)行后，工控計(jì)算機(jī)把樣本表格中記錄的頻點(diǎn)通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)模擬器。雷達(dá)模擬器依據(jù)收到的相關(guān)參數(shù)信息自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的雷達(dá)信號(hào),并通過發(fā)射天線將產(chǎn)生的雷達(dá)信號(hào)發(fā)射出來。

機(jī)載電子偵察設(shè)備在接收到雷達(dá)模擬器發(fā)出的雷達(dá)信號(hào)后，經(jīng)過測(cè)量和計(jì)算就可確定出電子偵察系統(tǒng)在法線方向上針對(duì)各個(gè)頻點(diǎn)的相位誤差。在自動(dòng)控制軟件的控制下,系統(tǒng)軟件自動(dòng)將上述相位差記錄發(fā)送給工控計(jì)算機(jī)，工控計(jì)算機(jī)對(duì)相位差進(jìn)行記錄和存儲(chǔ),并最終形成相位校準(zhǔn)表。待整個(gè)頻段測(cè)試完成后，自動(dòng)控制軟件將相位校準(zhǔn)表傳輸回機(jī)載電子偵察設(shè)備，并將系統(tǒng)切換至工作模式，對(duì)機(jī)載電子偵察設(shè)備法線方向上的測(cè)向能力進(jìn)行驗(yàn)證。機(jī)載電子偵察設(shè)備誤差校準(zhǔn)工作流程圖如圖2所示。

圖2 誤差校準(zhǔn)工作流程圖

3 軟件設(shè)計(jì)

機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件利用Labwindows/CVI開發(fā)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件運(yùn)行在工控計(jì)算機(jī)上，軟件的組成框圖如圖3所示。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件主要完成對(duì)雷達(dá)模擬器、伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制,同時(shí)完成電子偵察設(shè)備與工控計(jì)算機(jī)之間的交互，將電子偵察設(shè)備上報(bào)的偵察結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并與儀器設(shè)置值進(jìn)行對(duì)比分析。

圖3 機(jī)載電子電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件組成圖

通訊管理模塊是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的通訊橋梁，測(cè)試系統(tǒng)與雷達(dá)模擬器的通訊、測(cè)試系統(tǒng)與電子偵察設(shè)備的通訊、測(cè)試系統(tǒng)與轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)的通訊都通過通訊管理模塊來完成。測(cè)試系統(tǒng)與雷達(dá)模擬器的通訊、測(cè)試系統(tǒng)與電子偵察設(shè)備的通訊都遵循TCP/IP協(xié)議，測(cè)試系統(tǒng)與轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)通訊遵循RS422協(xié)議。

儀表控制模塊主要完成對(duì)雷達(dá)模擬器的控制，按照電子偵察系統(tǒng)研制總要求，產(chǎn)生與研制總要求匹配的雷達(dá)模擬信號(hào)。具體來說儀表控制模塊主要完成對(duì)產(chǎn)生雷達(dá)模擬信號(hào)模式的控制，如可以控制產(chǎn)生連續(xù)波或脈沖信號(hào)等等，同時(shí)儀表控制模塊還可以對(duì)雷達(dá)模擬信號(hào)的工作參數(shù)進(jìn)行控制與修改，如可以修改雷達(dá)模擬信號(hào)的頻率、脈寬、重復(fù)周期、功率等。

轉(zhuǎn)臺(tái)控制模塊主要完成測(cè)試系統(tǒng)與轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)間的交互等工作。具體來說轉(zhuǎn)臺(tái)控制模塊主要完成對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制。

設(shè)備控制模塊主要完成測(cè)試系統(tǒng)與電子偵察系統(tǒng)間的交互工作。具體來說設(shè)備控制模塊主要完成對(duì)電子偵察系統(tǒng)工作模式的控制，對(duì)電子偵察系統(tǒng)工作頻段的控制，偵察結(jié)果的上報(bào)控制等。

報(bào)表生成模塊主要完成對(duì)測(cè)試表格的管理工作。具體來說報(bào)表生產(chǎn)管理模塊主要對(duì)測(cè)試樣本表進(jìn)行解析，控制自測(cè)系統(tǒng)將電子偵察系統(tǒng)上報(bào)的偵察結(jié)果按照測(cè)試結(jié)果格式進(jìn)行記錄。

面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件工作流程如圖4所示。

圖4 面向機(jī)載電子電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件工作流程圖

利用Labwindows/CVI開發(fā)環(huán)境開發(fā)的面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件主界面如圖5所示。

圖5 面向機(jī)載電子電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件主界面

4 測(cè)試系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果及分析

機(jī)載電子偵察設(shè)備對(duì)雷達(dá)信號(hào)頻率的測(cè)量是其重要的功能，由于機(jī)載電子偵察設(shè)備工作頻段很寬(0.8～18GHz)，所以傳統(tǒng)人工對(duì)機(jī)載電子偵察設(shè)備測(cè)頻能力的考核十分繁瑣，耗時(shí)也十分長(zhǎng)。利用本文介紹的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，以100MHz為一個(gè)步長(zhǎng)，3min就可以完成0.8～18GHz范圍內(nèi)所有頻點(diǎn)的測(cè)試和統(tǒng)計(jì)，測(cè)試系統(tǒng)依據(jù)測(cè)頻結(jié)果獲得的測(cè)頻誤差曲線如圖6所示。

圖6 測(cè)頻誤差曲線圖

機(jī)載電子偵察設(shè)備對(duì)雷達(dá)信號(hào)方位的測(cè)量也是其核心功能，對(duì)來波方位的傳統(tǒng)人工測(cè)量主要依靠人工移動(dòng)雷達(dá)信號(hào)模擬器或電子偵察設(shè)備，這種做法不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且測(cè)試人員還存在被微波輻射的危險(xiǎn)。利用本文介紹的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，依據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)所帶來的電子偵察設(shè)備和發(fā)射天線間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和電子偵察設(shè)備上報(bào)的測(cè)量角度就可以對(duì)電子偵察設(shè)備的測(cè)向能力進(jìn)行定量分析。利用本文介紹的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，讓伺服轉(zhuǎn)臺(tái)在215°～325°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，依據(jù)電子偵察設(shè)備上報(bào)的測(cè)向結(jié)果，獲得電子偵察設(shè)備在215°～325°范圍內(nèi)測(cè)向誤差曲線如圖7所示。

圖7 測(cè)向誤差曲線圖

為了驗(yàn)證誤差校準(zhǔn)的可行性，在進(jìn)行誤差校準(zhǔn)時(shí)，記錄下校準(zhǔn)前和校準(zhǔn)后測(cè)向數(shù)據(jù)，根據(jù)校準(zhǔn)前后的測(cè)向數(shù)據(jù)得到校準(zhǔn)前后測(cè)向誤差曲線如圖8、圖9所示。

從圖8可以看出校準(zhǔn)前測(cè)向誤差較大，誤差曲線趨于發(fā)散。從圖9可以看出校準(zhǔn)后測(cè)向誤差得到明顯改善，誤差曲線基本在±0.8°之間波動(dòng)。

圖8 校準(zhǔn)前測(cè)向誤差曲線

圖9 校準(zhǔn)后測(cè)向誤差曲線

5 結(jié)束語

介紹了一種適用于機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成對(duì)機(jī)載電子偵察設(shè)備的性能指標(biāo)的測(cè)試，整個(gè)過程無需測(cè)試人員全程參與，該系統(tǒng)極大地提高了機(jī)載電子偵察設(shè)備性能測(cè)試工作效率，同時(shí)還避免了微波輻射對(duì)測(cè)試人員身體的傷害，誤差校準(zhǔn)功能為機(jī)載電子偵察設(shè)備的高精度測(cè)向和無源定位提供了強(qiáng)有力的保障，促進(jìn)了電子偵察設(shè)備鑒定試飛的順利進(jìn)行。

[1] 趙國(guó)慶.雷達(dá)對(duì)抗原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.

[2]ROCKWELLDL.AirborneRWR/ESMforecast:strongpast,growingfuture[J].TheJournalElectronicDefense，2009,11(5):28-34.

[3] 賴根,肖明清，夏銳，等.國(guó)外自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].探測(cè)與控制學(xué)報(bào)，2005,27(3):26-29.

[4] 肖秀麗.干涉儀測(cè)向原理[J].中國(guó)無線電,2006(5):43- 49.

[5] 謝東.干涉儀測(cè)向技術(shù)研究[D].成都:四川大學(xué),2003.

DesignofAutomaticCalibrationTestSystemforAirborneElectronicReconnaissanceEquipment

QIUYa-fang,WUJian,LIULin

(51stResearchInstituteofCETC,Shanghai201802,China)

Automatictestofthetechnicalindexesforairborneelectronicreconnaissanceequipmentisanessentialmeansforresearchanddevelopment,batchproduction,syntheticalguaranteeandwartimemaintenance.Basedonbrieflydescribingthebackgroundandsignificanceofdevelopingautomatictestsystem,thispaperfirstlyperformsoveralldesignofautomaticcalibrationtestsystemforairborneelectronicreconnaissanceequipment,introducesthesystemcompositionandoperatingprinciple,thengivesthegeneralideaoferrorcalibration,anddescribestheoperatingflowoferrorcalibrationsystemindetail,thenexpatiatestheautomatictestsoftwarecompositionandthefunctionofeachmodule,introducestheoperatingprocessofautomatictestsystemdetailedly,finally,validatesthefeasibilityofautomaticcalibrationtestsystemforairborneelectronicreconnaissanceequipmentthroughthetestoffrequencymeasurementanddirectionfindingcapabilitytoelectronicreconnaissanceequipment.Testresultsshowthattheautomatictestofairborneelectronicreconnaissanceequipmentgreatlyimprovestheoperatingefficiencyofairborneelectronicreconnaissanceequipmentperformancetestandthedirectionfinding(DF)accuracyofequipment,aswellasavoidesthemicrowaveradiationdamageonthetesterbody.

electronicreconnaissance;automatictest;errorcalibration;directionfinding

2016-04-20

TN

B

CN32-1413(2016)03-0093-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.03.024