雷達(dá)接收機(jī)故障檢測(cè)訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

蔡云龍 潘紅兵 朱啟龍

（海軍工程大學(xué) 武漢 430033）

1 引言

在雷達(dá)故障檢測(cè)和維修培訓(xùn)過(guò)程中，如果采用實(shí)裝對(duì)學(xué)員進(jìn)行訓(xùn)練，不僅裝備的配置成本高難度大，而且對(duì)雷達(dá)裝備的損傷程度大，維護(hù)費(fèi)用高。為了在有限的條件下滿足學(xué)員雷達(dá)故障診斷訓(xùn)練的需求，尋求在仿真環(huán)境下進(jìn)行訓(xùn)練成為一條有效的途徑。雷達(dá)接收機(jī)是雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，長(zhǎng)期以來(lái)一直是雷達(dá)整機(jī)中故障頻率較高的分機(jī)。本文就以接收機(jī)故障檢測(cè)仿真訓(xùn)練介紹一個(gè)方案，對(duì)雷達(dá)整機(jī)仿真訓(xùn)練也有一定的研究意義。

傳統(tǒng)的接收機(jī)故障診斷方法是維修人員根據(jù)接收機(jī)一些關(guān)鍵部件上有限的BIT和自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析、猜測(cè)、判斷，缺乏故障推理機(jī)制，對(duì)多故障并發(fā)的情況較難進(jìn)行隔離定位［1］。如果能提供接收機(jī)模塊適當(dāng)?shù)碾娫春托盘?hào)激勵(lì)，使接收機(jī)模塊在仿真的環(huán)境下工作，這樣學(xué)員就可以直觀地對(duì)模塊的輸出信號(hào)和模塊內(nèi)部中間的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，可以加深學(xué)員對(duì)雷達(dá)接收機(jī)工作機(jī)理的理解，提高他們雷達(dá)故障檢測(cè)和診斷能力?；谶@一目的，本文研究設(shè)計(jì)一種可以模擬、仿真雷達(dá)接收機(jī)工作環(huán)境的故障檢測(cè)訓(xùn)練系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)以嵌入式微處理器小系統(tǒng)作為中心處理器，通過(guò)相應(yīng)接口分別控制FPGA信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)，信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)，電源系統(tǒng)。依據(jù)接收機(jī)模塊的電源和信號(hào)激勵(lì)要求，嵌入式微處理器系統(tǒng)發(fā)送指令給FPGA，控制FPGA信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)仿真信號(hào)。仿真信號(hào)進(jìn)入信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)制、放大等處理后，作為雷達(dá)接收機(jī)模塊的激勵(lì)信號(hào)。電源系統(tǒng)根據(jù)嵌入式微處理器傳來(lái)的指令產(chǎn)生相應(yīng)的電壓，作為接收機(jī)模塊的電源輸入［2～3］。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1 信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)

信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)主要是以FPGA、晶振及相應(yīng)的外圍電路組成。FPGA采用的是EP2C8Q208C8芯片，管腳電平和嵌入式微處理器是一致的，和嵌入式微處理器通信不需電平轉(zhuǎn)換電路。FPGA根據(jù)嵌入式微處理器的指令有選擇性的輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)［4］。其中FPGA信號(hào)產(chǎn)生及選擇輸出模塊的頂層設(shè)計(jì)圖和仿真信號(hào)如圖2～圖4所示。

圖2 信號(hào)產(chǎn)生和選擇模塊FPGA頂層設(shè)計(jì)圖

圖3 信號(hào)周期和脈寬控制電路

圖4 信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)仿真結(jié)果

2.2 信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)

信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)主要包括振蕩電路、信號(hào)調(diào)制電路和信號(hào)放大電路。振蕩電路由有源晶振電路構(gòu)成，振蕩產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)衰減和濾波網(wǎng)絡(luò)作為中頻載波。中頻載波和FPGA產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行ASK調(diào)制，生成中頻調(diào)制信號(hào)［5］。振蕩電路和調(diào)制電路實(shí)現(xiàn)如圖5所示。

圖5 晶體振蕩電路和AD835ASK調(diào)制電路

由于信號(hào)放大電路一方面要放大信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，一方面要放大調(diào)制電路調(diào)制好的中頻調(diào)制信號(hào)，所以要求放大電路具有較寬的帶寬和良好的放大性能［6］。本系統(tǒng)采用低噪聲、寬帶寬的高頻放大芯片AD8009，作為放大電路的核心芯片。具體實(shí)現(xiàn)如圖6所示。

圖6 AD8009信號(hào)放大電路

2.3 電源系統(tǒng)

雷達(dá)接收機(jī)采用直流供電，鑒于它是接收、放大和處理雷達(dá)微弱電磁中頻信號(hào)的，對(duì)電源噪聲要求較高，本系統(tǒng)采用以下措施對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行了處理［7］：

1）在電源輸出端采用大電容和扼流圈等措施扼制紋波電壓；

2）運(yùn)用電磁兼容等技術(shù)手段，合理布線，減少外來(lái)干擾和內(nèi)部串?dāng)_；

3）將數(shù)字地和模擬地分開(kāi)處理，最后再集中到一點(diǎn)接地，減少接地電阻。

3 系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)軟件包括嵌入式微處理器系統(tǒng)程序和FPGA信號(hào)產(chǎn)生程序。嵌入式微處理器控制鍵盤輸入、液晶顯示、FPGA信號(hào)產(chǎn)生、電源供給，是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，也是人機(jī)交互的接口。系統(tǒng)啟動(dòng)后，嵌入式微處理器對(duì)各模塊進(jìn)行初始化，并根據(jù)不同的接收機(jī)模塊進(jìn)入對(duì)應(yīng)的檢測(cè)程式，仿真產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電源和信號(hào)激勵(lì)。首先，系統(tǒng)啟動(dòng)電源對(duì)模塊供電。如果電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警，則待檢測(cè)模塊可能發(fā)生短路、斷路等故障，斷開(kāi)電源，結(jié)束檢測(cè)。而后，系統(tǒng)啟動(dòng)FPGA信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)，生成對(duì)應(yīng)脈沖到信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)制和放大，作為接收機(jī)模塊的中頻輸入［8～9］。

嵌入式微處理器程序流程框圖如圖7所示。

圖7 嵌入式微處理器程序流程框圖

4 結(jié)語(yǔ)

采用仿真的訓(xùn)練手段可以培養(yǎng)學(xué)員的故障檢測(cè)能力，但是也不能完全代替采用實(shí)裝進(jìn)行訓(xùn)練。環(huán)境因素、人為因素、硬件軟故障等等在仿真環(huán)境中不可能完全考慮進(jìn)去。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以采用仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，用仿真的方法對(duì)學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)，再在實(shí)裝上進(jìn)行驗(yàn)證性訓(xùn)練，逐步提高學(xué)員的實(shí)踐能力

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)接收機(jī)工作狀態(tài)的模擬和仿真。學(xué)員在訓(xùn)練過(guò)程中可以對(duì)接收機(jī)機(jī)所有輸入輸出進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而進(jìn)行故障診斷和故障隔離。由于本系統(tǒng)直觀地仿真接收機(jī)各模塊信號(hào)的特征，它也可以幫助學(xué)員增強(qiáng)對(duì)雷達(dá)接收機(jī)工作原理的理解，進(jìn)而幫助他們提高雷達(dá)故障診斷能力。

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