虛擬儀器在天氣雷達(dá)發(fā)射機(jī)脈沖測(cè)試中的應(yīng)用

辛強(qiáng)　陳生澤

摘 要：我國(guó)在新時(shí)期發(fā)展下，天氣雷達(dá)達(dá)到廣泛布置。對(duì)雷達(dá)進(jìn)行維修的時(shí)候?qū)⒚鎸?duì)很大工作量。因此，引入虛擬儀器對(duì)其測(cè)試，分析雷達(dá)的各個(gè)指標(biāo)和參數(shù)，能達(dá)到測(cè)試工作的有效性。基于此，文章中對(duì)其做出相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；天氣雷達(dá)；發(fā)射機(jī)；脈沖測(cè)試；應(yīng)用

天氣雷達(dá)能對(duì)臺(tái)風(fēng)、暴雨等災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警。在新時(shí)期社會(huì)發(fā)展下，新一代雷達(dá)廣發(fā)應(yīng)用和覆蓋，所以，對(duì)其維修也十分必要。維修工作中，故障的診斷和監(jiān)測(cè)需要更精確的儀器。引入虛擬儀器，能對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和測(cè)試，達(dá)到整體的優(yōu)化發(fā)展。

一、發(fā)射機(jī)和射頻脈沖包絡(luò)

雷達(dá)發(fā)射機(jī)能根據(jù)系統(tǒng)要求，完成射頻發(fā)射信號(hào)。基于低頻交流能量，為其轉(zhuǎn)換為射頻能量，在系統(tǒng)中傳輸天線或者空間設(shè)備中。雷達(dá)發(fā)射機(jī)類型為連續(xù)波發(fā)射機(jī)和脈沖發(fā)射機(jī)，其中，脈沖發(fā)射機(jī)最為常用，通過(guò)高頻放大鏈和脈沖調(diào)制器組成，能達(dá)到有效控制，也能輸出功率、波形、頻譜寬帶等。輸出的信號(hào)為脈沖式高峰數(shù)值、射頻信號(hào)，能通過(guò)收發(fā)開關(guān)向空間發(fā)射。

對(duì)于射頻脈沖包絡(luò)，當(dāng)射頻脈沖經(jīng)過(guò)檢波器后，產(chǎn)生視頻脈沖波形。一般情況下，更為理想的波形為脈沖幅度、寬度。但是，實(shí)際上發(fā)射的信號(hào)都不夠理想。根據(jù)天氣雷法測(cè)試規(guī)范的分析，射頻脈沖包絡(luò)參數(shù)分別為脈沖寬度、脈沖頂峰、上升沿和下降沿[1]。

如圖一所示，其中的Um代表脈沖包絡(luò)。其中的r10代表半功率脈沖寬度。射頻脈沖包絡(luò)中的參數(shù)和發(fā)射信號(hào)質(zhì)量存在很大關(guān)系，在一定程度上也會(huì)影響雷達(dá)的探測(cè)距離，所以，要對(duì)分辨率、最小探測(cè)距離指標(biāo)進(jìn)行分析。射頻脈沖包絡(luò)的形狀也能對(duì)分析出速調(diào)管工作性能，所以，在對(duì)大氣雷法維修期間，引入射頻脈沖包絡(luò)是十分必要的，能達(dá)到有效測(cè)量。因此，引入虛擬儀器對(duì)其測(cè)試，分析雷達(dá)的各個(gè)指標(biāo)和參數(shù)，能達(dá)到測(cè)試工作的有效性。在下文中，基于虛擬儀器的使用，做出一系列思考。

二、虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)

（一）硬件組成

該系統(tǒng)的組成為機(jī)箱、控制器和模塊化儀器等。其中的機(jī)箱為系統(tǒng)設(shè)備的集成工作環(huán)境，能為儀器的運(yùn)行提供電源、集成總線和散熱設(shè)備等。對(duì)于系統(tǒng)中的控制器，為其中的工作樞紐，具備更高性能的雙核處理器，其內(nèi)存更高速，能達(dá)到高級(jí)射頻和無(wú)線測(cè)試。模塊化為系統(tǒng)中測(cè)試任務(wù)載體，在使用的時(shí)候，組成部分包括發(fā)生器、分析儀等。虛擬測(cè)試系統(tǒng)還需要基于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，利用打印機(jī)、顯示器、鍵盤等組成一個(gè)交互系統(tǒng)。

（二）軟件構(gòu)成

虛擬測(cè)試系統(tǒng)軟件使用的為L(zhǎng)abVIEW2011圖形化編程語(yǔ)言，和傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言進(jìn)行比較分析，LabVIEW2011圖形化編程語(yǔ)言在執(zhí)行的時(shí)候，能促進(jìn)函數(shù)圖形、數(shù)據(jù)之間的相互聯(lián)系，達(dá)到自動(dòng)化測(cè)試目的。在測(cè)試行業(yè)內(nèi)，LabVIEW2011圖形化編程語(yǔ)言為專業(yè)軟件，能達(dá)到600多個(gè)函數(shù)集成，也能使工作人員更好的執(zhí)行信號(hào)生成、預(yù)算和處理工作，達(dá)到整體的優(yōu)化應(yīng)用。因此，基于對(duì)LabVIEW2011圖形化編程語(yǔ)言的應(yīng)用，完成系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)，并在框圖中發(fā)揮各個(gè)功能。

三、脈沖包絡(luò)測(cè)試

脈沖包絡(luò)測(cè)試虛擬儀器系統(tǒng)是根據(jù)我國(guó)的天氣雷達(dá)測(cè)試要求來(lái)設(shè)計(jì)的，能對(duì)其存在的技術(shù)參數(shù)詳細(xì)測(cè)試。在測(cè)試的時(shí)候，受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，為了給數(shù)據(jù)測(cè)試工作提供方便，可以在該系統(tǒng)中應(yīng)用虛擬儀器，促進(jìn)其充分應(yīng)用。

（一）測(cè)試線路連接

在對(duì)天氣雷達(dá)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的時(shí)候，將S波段作為案例分析，其中的速調(diào)放大器輸出通過(guò)定向耦合器，達(dá)到射頻信號(hào)，并在固定檢波器和示波器上分析與觀察射頻包絡(luò)波形。發(fā)射器輸出的射頻脈沖信號(hào)，在對(duì)其頻率和波形測(cè)量的時(shí)候，要經(jīng)過(guò)對(duì)檢驗(yàn)，才能對(duì)其觀察，以達(dá)到參數(shù)的合理測(cè)量。如果發(fā)射機(jī)正常工作，會(huì)發(fā)現(xiàn)射頻脈沖包絡(luò)的輪廓更清晰，未存在抖動(dòng)現(xiàn)象，雙線斷裂。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，為了對(duì)檢波器、示波器設(shè)備等實(shí)施保護(hù)，避免其功率過(guò)大，被損壞。要在線路測(cè)試的時(shí)候，對(duì)定向耦合度、衰弱器的減量進(jìn)行分析。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作中，基于信號(hào)發(fā)生器，利用小功率在耦合器、固定衰減器向天氣雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)出信號(hào)，并將其與虛擬儀器進(jìn)行結(jié)合，達(dá)到系統(tǒng)可靠性的提升。

（二）設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)

虛擬儀器和傳統(tǒng)的儀器設(shè)備存在很大差異，在應(yīng)用的時(shí)候，經(jīng)過(guò)軟件編程和自定義，達(dá)到產(chǎn)品功能界面的形成。比如：基于LabVIEW圖形化語(yǔ)言編程，基于函數(shù)的控制，能促進(jìn)模擬儀器的運(yùn)行，保證其功能的發(fā)揮，在整體上，也可以獲得更為準(zhǔn)確的射頻脈沖包絡(luò)參數(shù)，達(dá)到數(shù)據(jù)信息的儲(chǔ)存和處理，形成測(cè)試程序界面。LabVIEW程序的應(yīng)用，其程序?yàn)榭驁D和程序前面板。其中的程序框圖能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的編程工具文本代碼，面板能代替顯示界面。

在系統(tǒng)的測(cè)試程序框圖中，其中示波器能對(duì)其控制，也能測(cè)量脈沖參數(shù)。通過(guò)對(duì)函數(shù)的控制，儀器將達(dá)到初始化配置，促使其運(yùn)行和關(guān)閉，也能完成各個(gè)參數(shù)的測(cè)量工作，生成報(bào)表等。程度前面板界面，在測(cè)量的時(shí)候?yàn)橄到y(tǒng)的直觀窗口，在該系統(tǒng)下，不僅能對(duì)儀器設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、顯示出波形，也能保證系統(tǒng)終端任務(wù)的完成。

（三）分析測(cè)試結(jié)果

檢波器獲得的射頻脈沖信號(hào)被輸入到示波器，點(diǎn)擊程序的前面板，促使其運(yùn)行，將得到脈沖包絡(luò)波形圖和參數(shù)指標(biāo)。這種波形能以圖片的方式保存，測(cè)試是的數(shù)據(jù)也能基于報(bào)表的生成，為程序的打印工作、表格生成等提供方便。在對(duì)軟件程序框圖進(jìn)行編程的時(shí)候，為了保證參數(shù)設(shè)置的簡(jiǎn)單化，也可以在測(cè)量工作中應(yīng)用電平。利用示波器采集參數(shù)的時(shí)候，在天氣雷達(dá)測(cè)試要求下，要保證程序的固定化，達(dá)到參數(shù)的有效性，以滿足脈沖包絡(luò)性質(zhì)。脈沖包絡(luò)測(cè)試虛擬儀器系統(tǒng)的使用，能對(duì)發(fā)生器下的射頻脈沖信號(hào)測(cè)量，比如：重復(fù)頻率、脈寬、下降沿等?；趯?shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)低脈沖重復(fù)頻率得到良好測(cè)量，根據(jù)圖像的分析，發(fā)現(xiàn)虛擬儀器測(cè)試的脈沖包絡(luò)參數(shù)和傳統(tǒng)示波器是一致的，該軟件適合廣泛推廣和應(yīng)用。

總結(jié)：

通過(guò)以上的分析和研究，我國(guó)的虛擬儀器設(shè)備發(fā)展處于初期階段，需要在國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和手段，促進(jìn)測(cè)試系統(tǒng)的形成，以達(dá)到天氣雷法發(fā)射機(jī)射頻脈沖包絡(luò)參數(shù)的分析。在這種技術(shù)應(yīng)用下，不僅能獲得更準(zhǔn)確結(jié)果，也能促進(jìn)測(cè)試效率的提升，為數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和處理工作提供更大方便。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉光普，梁鶯，李效東， 等.虛擬儀器在新一代天氣雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)測(cè)試中的應(yīng)用[C].2014年全國(guó)氣象觀測(cè)技術(shù)交流會(huì)論文集.福建省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，2014：486-489.