一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器故障監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王學(xué)磊,胡文華,韓壯志

摘? 要： 針對(duì)雷達(dá)實(shí)裝訓(xùn)練時(shí)所產(chǎn)生的效率低、損耗大等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器故障監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)為某雷達(dá)模擬器中的一部分，根據(jù)故障監(jiān)控需要完成的任務(wù)，對(duì)其控制信號(hào)、發(fā)射機(jī)監(jiān)控、故障指示和測(cè)試信號(hào)四個(gè)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)上位機(jī)軟件控制流程。根據(jù)軟件控制流程，通過(guò)LabWindows/CVI編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器的故障監(jiān)控，為現(xiàn)代雷達(dá)裝備的故障監(jiān)控與模擬訓(xùn)練提供了一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 雷達(dá)發(fā)射機(jī)； 模擬器； 故障監(jiān)控； LabWindows/CVI

中圖分類號(hào)： TN957?34； TP277???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A??????????????????????? 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）23?0041?03

Abstract： For the low efficiency， high cost and other problems in real radar training， a fault monitoring system in radar transmitter simulator was designed. This system was a part of a radar simulator. According to the tasks that the fault monitoring required， four functions （signal control， transmitter monitoring， fault indication and signal test） were devised. Control procedure of software in the upper computer was developed. With the procedure， fault monitoring of the radar transmitter simulator was realized through LabWindows/CVI programming. It could provide a reference for the fault monitoring and simulated training in modern radars.

Keywords： radar transmitter； simulator； fault monitoring； LabWindows/CVI

0? 引? 言

現(xiàn)代雷達(dá)裝備技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，列裝數(shù)量有限，僅靠實(shí)際裝備進(jìn)行訓(xùn)練，不僅會(huì)出現(xiàn)訓(xùn)練滯后、效率低等問(wèn)題，還會(huì)因?yàn)檠b備損耗大、故障率高等情況，產(chǎn)生高額的維護(hù)費(fèi)用。雷達(dá)模擬器[1?2]是針對(duì)實(shí)裝訓(xùn)練所產(chǎn)生的問(wèn)題而研制和開(kāi)發(fā)的一種模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，操作人員不僅可以在此系統(tǒng)下進(jìn)行雷達(dá)的常規(guī)操作訓(xùn)練，還可以通過(guò)設(shè)置相應(yīng)故障，進(jìn)行維修保障訓(xùn)練。

目前，基于LabWindows/CVI的虛擬儀器技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類模擬訓(xùn)練系統(tǒng)[3?6]。本文針對(duì)某雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器中的故障監(jiān)控模塊，設(shè)計(jì)了一種基于LabWindows/CVI的故障監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)故障監(jiān)控模塊的任務(wù)進(jìn)行所需的功能設(shè)計(jì)及上位機(jī)軟件的控制流程設(shè)計(jì)，最后通過(guò)LabWindows/CVI編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)故障的有效監(jiān)控。

1? 雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器組成

雷達(dá)模擬器一般采用軟硬件相結(jié)合的模擬方式，這種方式使得雷達(dá)模擬器通常具有逼真的硬件物理環(huán)境以及相應(yīng)的軟件平臺(tái)，采用虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的方式，構(gòu)建雷達(dá)工作物理環(huán)境，模擬雷達(dá)相應(yīng)的工作狀態(tài)。本文涉及的某雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器也采用軟硬件相結(jié)合的方法，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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圖1 模擬器結(jié)構(gòu)組成

整個(gè)模擬器是基于硬件模擬部分構(gòu)建的，硬件模擬部分由真實(shí)裝備的發(fā)射機(jī)部件構(gòu)成，在各部件之間設(shè)置控制單元及各種連接電纜，以提供組件正常工作所需的各種電源與信號(hào)。而操作控制系統(tǒng)、故障監(jiān)控系統(tǒng)、組網(wǎng)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)均是在Windows平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，本文重點(diǎn)是對(duì)故障監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。

2? 故障監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于故障監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，按照下列步驟進(jìn)行：

（1） 列出系統(tǒng)的主要任務(wù)；

（2） 設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需功能；

（3） 設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件控制流程；

（4） 編程實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)控系統(tǒng)。

本節(jié)主要根據(jù)前三個(gè)步驟對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1? 系統(tǒng)任務(wù)

故障監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)主要有以下幾點(diǎn)：

（1） 按照預(yù)定的時(shí)間順序接通雷達(dá)發(fā)射機(jī)。

（2） 保護(hù)行波管，防止由于錯(cuò)誤操作而導(dǎo)致?lián)p壞。為此，發(fā)射機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)電路在大量“關(guān)鍵”點(diǎn)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果故障發(fā)生，發(fā)射機(jī)被暫時(shí)關(guān)斷，然后再接通。若按規(guī)定接通數(shù)次不成功后，發(fā)射機(jī)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，并且完全關(guān)斷，等待排除故障后才可再次開(kāi)機(jī)。

（3） 借助于硬件模擬部分指標(biāo)燈面板上的發(fā)光二極管指示故障。雷達(dá)發(fā)射機(jī)各部分電路都設(shè)置有相應(yīng)的故障監(jiān)測(cè)電路，該電路產(chǎn)生一系列檢測(cè)信號(hào)，用于判斷發(fā)射機(jī)的故障。

2.2? 功能設(shè)計(jì)

根據(jù)以上任務(wù)，故障監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)包含故障特征庫(kù)，從而可以根據(jù)注入的故障顯示出雷達(dá)的多種典型故障現(xiàn)象、參數(shù)特征；還應(yīng)能夠控制硬件模擬部分面板上的表頭、輸出插孔等，直接表現(xiàn)故障現(xiàn)象，結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)的引導(dǎo)，操作人員可以在實(shí)裝面板上測(cè)量、比對(duì)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬。具體功能設(shè)計(jì)如下。

2.2.1? 控制信號(hào)

故障監(jiān)控的實(shí)質(zhì)是通過(guò)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，因此首要的功能是對(duì)所需信號(hào)進(jìn)行控制：

（1） 來(lái)自中央配電箱的接通信號(hào)，即“預(yù)熱”、“準(zhǔn)備”、“工作”等控制信號(hào)，其中“準(zhǔn)備”和“工作”兩種狀態(tài)均通過(guò)主開(kāi)關(guān)控制；

（2） 運(yùn)行中所需的定時(shí)信號(hào)，即發(fā)射機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)，保證行波管陰極被加熱到合適的工作溫度；

（3） 故障表征信號(hào)，包括各種短暫故障以及永久故障；

（4） 各種電源的控制信號(hào)，用于確定雷達(dá)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

2.2.2? 發(fā)射機(jī)監(jiān)測(cè)

在對(duì)發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)控中，如果分部件出現(xiàn)故障，相應(yīng)的檢測(cè)電路就將檢測(cè)到的故障信號(hào)送至內(nèi)存儲(chǔ)器；內(nèi)存儲(chǔ)器為每個(gè)故障信號(hào)設(shè)置了獨(dú)立的存儲(chǔ)電路（觸發(fā)器），每個(gè)存儲(chǔ)電路的輸出信號(hào)送至檢測(cè)連接器，同時(shí)產(chǎn)生故障表征信號(hào)，如行波管高壓斷掉引起的故障，啟動(dòng)高壓電源可能引起的故障等。

當(dāng)故障持久存在時(shí)，即送至內(nèi)存儲(chǔ)器的輸入故障信號(hào)維持故障狀態(tài)，此時(shí)內(nèi)部的脈沖發(fā)生器開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到一定脈沖數(shù)量（如設(shè)置4個(gè)脈沖）時(shí)，在其輸出端產(chǎn)生永久故障信號(hào)。

2.2.3? 故障指示

根據(jù)產(chǎn)生的故障表征信號(hào)，在硬件模擬部分指示燈面板上出現(xiàn)相應(yīng)的指示。指示燈分為電源單元、射頻振蕩器、波導(dǎo)單元、微波單元等，各單元的故障信號(hào)觸發(fā)相應(yīng)的指示燈；并且只要指示燈面板上出現(xiàn)一種指示，就產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)“F1”，此信號(hào)送至故障監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)顯示“雷達(dá)子系統(tǒng)故障”的指示。

2.2.4? 測(cè)試信號(hào)

發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)測(cè)電路提供給各部分連接器許多測(cè)試信號(hào)。所有送至內(nèi)存儲(chǔ)器的輸入故障信號(hào)都提供給“檢測(cè)信號(hào)緩沖存儲(chǔ)器”，即供給大量的檢測(cè)信號(hào)源。這些輸入故障信號(hào)經(jīng)過(guò)去耦電阻（測(cè)試信號(hào)緩沖存儲(chǔ)的主要基本元件），作為測(cè)試信號(hào)輸出至測(cè)試連接器。如果指示燈“電源單元”提示故障，借助于內(nèi)存儲(chǔ)器供給的檢測(cè)信號(hào)，就能確定故障信號(hào)來(lái)自哪個(gè)單元。

2.3? 軟件控制流程設(shè)計(jì)

為了使故障監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互顯控功能，根據(jù)2.2節(jié)中的任務(wù)功能，對(duì)系統(tǒng)的上位機(jī)軟件控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。

整個(gè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)在工作過(guò)程中，分為低壓和高壓兩部分。在顯示器中低壓部分主要以一個(gè)模塊（M1模塊）體現(xiàn)出來(lái)，高壓部分主要以燈絲的幾種狀態(tài)（M2～M6模塊）體現(xiàn)。在信號(hào)流向正常的情況下，從加電到發(fā)射機(jī)正常工作要經(jīng)過(guò)低壓正常工作（M1）、燈絲預(yù)熱（M2）、燈絲80%（M3）、燈絲120%（M4）、燈絲正常（M5）和高壓正常（M6）六個(gè)環(huán)節(jié)。在整個(gè)加電過(guò)程中，上位機(jī)軟件需要完成以下幾項(xiàng)動(dòng)作：

（1） 從加電開(kāi)始到低壓模塊，所有的低壓信號(hào)在顯示器上，只以一個(gè)模塊體現(xiàn)出來(lái)。這時(shí)，為具體體現(xiàn)其工作過(guò)程，又與實(shí)際情況貼近，軟件設(shè)計(jì)部分還要對(duì)各處信號(hào)監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行具體體現(xiàn)。具體有：+4V1，[+4V2，]+12 V，-12 V，+12VK1，-12VK2，+24V1，[+24V2，]+24 V外電源。本部分設(shè)計(jì)有低壓故障指示燈。

（2） 從低壓模塊到發(fā)射機(jī)工作正常，要對(duì)發(fā)射機(jī)各部分模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，要對(duì)外部硬件進(jìn)行控制。具體要對(duì)發(fā)射機(jī)故障指示、輸出功率指示、電源指示、放電管電源指示、RF發(fā)生器指示、晶體電流1指示、晶體電流2指示、置位指示、開(kāi)關(guān)電源K1、24V3、24V4、24V6、時(shí)鐘脈沖1、時(shí)鐘脈沖2進(jìn)行控制。本部分設(shè)計(jì)有故障選擇控制部分。

（3） 對(duì)以上的信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)控制部分，要根據(jù)信號(hào)流程對(duì)面板信號(hào)走向進(jìn)行調(diào)整。

（4） 燈絲的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)間有要求，要對(duì)時(shí)間和轉(zhuǎn)換進(jìn)度進(jìn)行體現(xiàn)。具體有：預(yù)熱過(guò)程為6 min，開(kāi)關(guān)瞬間接通為40 s。

控制程序總流程如圖2所示。

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圖2 控制程序流程

3? 結(jié)? 論

故障監(jiān)控系統(tǒng)主要在Windows平臺(tái)上使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)控制顯示界面。

選用LabWindows/CVI進(jìn)行編程是由于它可以完成以下工作[7]：交互式程序開(kāi)發(fā)；具有功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，用來(lái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集和儀器控制的應(yīng)用程序；充分利用完備的軟件工具進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和顯示；為其他程序開(kāi)發(fā)C目標(biāo)模塊、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）、C語(yǔ)言庫(kù)。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和信號(hào)流程的分析，在設(shè)計(jì)面板時(shí)，以CVI中ListBox作為模塊（M1～M6）面板，代表信號(hào)流通過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在模擬器設(shè)計(jì)過(guò)程中，為符合實(shí)際情況，要有故障檢測(cè)指示、故障軟件設(shè)置選擇、故障說(shuō)明等內(nèi)容。為達(dá)到此要求，在設(shè)計(jì)面板時(shí)，分別以Ring作為故障選擇部分，以TextBox作為故障說(shuō)明部分，以LED作為低壓故障指示燈部分。此外，還有一個(gè)TWT控制開(kāi)關(guān)用于控制信號(hào)從低壓到燈絲過(guò)程的流通。

故障選擇部分用來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件故障控制。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求有軟件控制硬件模擬部分的故障設(shè)置環(huán)節(jié)?？偣灿?0個(gè)故障點(diǎn)：發(fā)射機(jī)、輸出功率、電源等。當(dāng)選擇一個(gè)故障時(shí)，面板中會(huì)出現(xiàn)該故障的種類；同時(shí)，面板的信號(hào)流通也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，并由面板和PCI向硬件送出5 V數(shù)字信號(hào)，由此結(jié)合硬件部分進(jìn)行控制。

最終界面實(shí)現(xiàn)如圖3所示，該圖是正常工作狀態(tài)下界面的顯示情況。

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圖3 系統(tǒng)界面

4? 結(jié)? 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器的故障監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)需要完成的任務(wù)，設(shè)計(jì)了應(yīng)具有的功能和上位機(jī)軟件控制流程；使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了具有人際交互操作界面的故障監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以為現(xiàn)代雷達(dá)裝備的故障監(jiān)控部分提供設(shè)計(jì)思路，還可以配備到部隊(duì)中，完成相關(guān)的保障訓(xùn)練，加速提高操作人員和保障人員的技術(shù)水平和維修技能，具有廣泛的軍事應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟慶虎，陶青長(zhǎng)，梁志恒，等.一種基于FPGA的通用雷達(dá)回波實(shí)時(shí)模擬器[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（3）：82?84.

[2] 路文龍，王和明，張啟亮，等.基于FPGA+PC104的雷達(dá)目標(biāo)模擬器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（4）：27?30.

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[6] 吳坤，蔡金燕，韓春輝.基于LabWindows/CVI和數(shù)據(jù)庫(kù)的雷達(dá)測(cè)試軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2010（11）：29?31.

[7] 孫曉云.基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

2.2? 功能設(shè)計(jì)

根據(jù)以上任務(wù)，故障監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)包含故障特征庫(kù)，從而可以根據(jù)注入的故障顯示出雷達(dá)的多種典型故障現(xiàn)象、參數(shù)特征；還應(yīng)能夠控制硬件模擬部分面板上的表頭、輸出插孔等，直接表現(xiàn)故障現(xiàn)象，結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)的引導(dǎo)，操作人員可以在實(shí)裝面板上測(cè)量、比對(duì)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬。具體功能設(shè)計(jì)如下。

2.2.1? 控制信號(hào)

故障監(jiān)控的實(shí)質(zhì)是通過(guò)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，因此首要的功能是對(duì)所需信號(hào)進(jìn)行控制：

（1） 來(lái)自中央配電箱的接通信號(hào)，即“預(yù)熱”、“準(zhǔn)備”、“工作”等控制信號(hào)，其中“準(zhǔn)備”和“工作”兩種狀態(tài)均通過(guò)主開(kāi)關(guān)控制；

（2） 運(yùn)行中所需的定時(shí)信號(hào)，即發(fā)射機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)，保證行波管陰極被加熱到合適的工作溫度；

（3） 故障表征信號(hào)，包括各種短暫故障以及永久故障；

（4） 各種電源的控制信號(hào)，用于確定雷達(dá)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

2.2.2? 發(fā)射機(jī)監(jiān)測(cè)

在對(duì)發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)控中，如果分部件出現(xiàn)故障，相應(yīng)的檢測(cè)電路就將檢測(cè)到的故障信號(hào)送至內(nèi)存儲(chǔ)器；內(nèi)存儲(chǔ)器為每個(gè)故障信號(hào)設(shè)置了獨(dú)立的存儲(chǔ)電路（觸發(fā)器），每個(gè)存儲(chǔ)電路的輸出信號(hào)送至檢測(cè)連接器，同時(shí)產(chǎn)生故障表征信號(hào)，如行波管高壓斷掉引起的故障，啟動(dòng)高壓電源可能引起的故障等。

當(dāng)故障持久存在時(shí)，即送至內(nèi)存儲(chǔ)器的輸入故障信號(hào)維持故障狀態(tài)，此時(shí)內(nèi)部的脈沖發(fā)生器開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到一定脈沖數(shù)量（如設(shè)置4個(gè)脈沖）時(shí)，在其輸出端產(chǎn)生永久故障信號(hào)。

2.2.3? 故障指示

根據(jù)產(chǎn)生的故障表征信號(hào)，在硬件模擬部分指示燈面板上出現(xiàn)相應(yīng)的指示。指示燈分為電源單元、射頻振蕩器、波導(dǎo)單元、微波單元等，各單元的故障信號(hào)觸發(fā)相應(yīng)的指示燈；并且只要指示燈面板上出現(xiàn)一種指示，就產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)“F1”，此信號(hào)送至故障監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)顯示“雷達(dá)子系統(tǒng)故障”的指示。

2.2.4? 測(cè)試信號(hào)

發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)測(cè)電路提供給各部分連接器許多測(cè)試信號(hào)。所有送至內(nèi)存儲(chǔ)器的輸入故障信號(hào)都提供給“檢測(cè)信號(hào)緩沖存儲(chǔ)器”，即供給大量的檢測(cè)信號(hào)源。這些輸入故障信號(hào)經(jīng)過(guò)去耦電阻（測(cè)試信號(hào)緩沖存儲(chǔ)的主要基本元件），作為測(cè)試信號(hào)輸出至測(cè)試連接器。如果指示燈“電源單元”提示故障，借助于內(nèi)存儲(chǔ)器供給的檢測(cè)信號(hào)，就能確定故障信號(hào)來(lái)自哪個(gè)單元。

2.3? 軟件控制流程設(shè)計(jì)

為了使故障監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互顯控功能，根據(jù)2.2節(jié)中的任務(wù)功能，對(duì)系統(tǒng)的上位機(jī)軟件控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。

整個(gè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)在工作過(guò)程中，分為低壓和高壓兩部分。在顯示器中低壓部分主要以一個(gè)模塊（M1模塊）體現(xiàn)出來(lái)，高壓部分主要以燈絲的幾種狀態(tài)（M2～M6模塊）體現(xiàn)。在信號(hào)流向正常的情況下，從加電到發(fā)射機(jī)正常工作要經(jīng)過(guò)低壓正常工作（M1）、燈絲預(yù)熱（M2）、燈絲80%（M3）、燈絲120%（M4）、燈絲正常（M5）和高壓正常（M6）六個(gè)環(huán)節(jié)。在整個(gè)加電過(guò)程中，上位機(jī)軟件需要完成以下幾項(xiàng)動(dòng)作：

（1） 從加電開(kāi)始到低壓模塊，所有的低壓信號(hào)在顯示器上，只以一個(gè)模塊體現(xiàn)出來(lái)。這時(shí)，為具體體現(xiàn)其工作過(guò)程，又與實(shí)際情況貼近，軟件設(shè)計(jì)部分還要對(duì)各處信號(hào)監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行具體體現(xiàn)。具體有：+4V1，[+4V2，]+12 V，-12 V，+12VK1，-12VK2，+24V1，[+24V2，]+24 V外電源。本部分設(shè)計(jì)有低壓故障指示燈。

（2） 從低壓模塊到發(fā)射機(jī)工作正常，要對(duì)發(fā)射機(jī)各部分模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，要對(duì)外部硬件進(jìn)行控制。具體要對(duì)發(fā)射機(jī)故障指示、輸出功率指示、電源指示、放電管電源指示、RF發(fā)生器指示、晶體電流1指示、晶體電流2指示、置位指示、開(kāi)關(guān)電源K1、24V3、24V4、24V6、時(shí)鐘脈沖1、時(shí)鐘脈沖2進(jìn)行控制。本部分設(shè)計(jì)有故障選擇控制部分。

（3） 對(duì)以上的信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)控制部分，要根據(jù)信號(hào)流程對(duì)面板信號(hào)走向進(jìn)行調(diào)整。

（4） 燈絲的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)間有要求，要對(duì)時(shí)間和轉(zhuǎn)換進(jìn)度進(jìn)行體現(xiàn)。具體有：預(yù)熱過(guò)程為6 min，開(kāi)關(guān)瞬間接通為40 s。

控制程序總流程如圖2所示。

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圖2 控制程序流程

3? 結(jié)? 論

故障監(jiān)控系統(tǒng)主要在Windows平臺(tái)上使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)控制顯示界面。

選用LabWindows/CVI進(jìn)行編程是由于它可以完成以下工作[7]：交互式程序開(kāi)發(fā)；具有功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，用來(lái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集和儀器控制的應(yīng)用程序；充分利用完備的軟件工具進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和顯示；為其他程序開(kāi)發(fā)C目標(biāo)模塊、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）、C語(yǔ)言庫(kù)。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和信號(hào)流程的分析，在設(shè)計(jì)面板時(shí)，以CVI中ListBox作為模塊（M1～M6）面板，代表信號(hào)流通過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在模擬器設(shè)計(jì)過(guò)程中，為符合實(shí)際情況，要有故障檢測(cè)指示、故障軟件設(shè)置選擇、故障說(shuō)明等內(nèi)容。為達(dá)到此要求，在設(shè)計(jì)面板時(shí)，分別以Ring作為故障選擇部分，以TextBox作為故障說(shuō)明部分，以LED作為低壓故障指示燈部分。此外，還有一個(gè)TWT控制開(kāi)關(guān)用于控制信號(hào)從低壓到燈絲過(guò)程的流通。

故障選擇部分用來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件故障控制。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求有軟件控制硬件模擬部分的故障設(shè)置環(huán)節(jié)?？偣灿?0個(gè)故障點(diǎn)：發(fā)射機(jī)、輸出功率、電源等。當(dāng)選擇一個(gè)故障時(shí)，面板中會(huì)出現(xiàn)該故障的種類；同時(shí)，面板的信號(hào)流通也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，并由面板和PCI向硬件送出5 V數(shù)字信號(hào)，由此結(jié)合硬件部分進(jìn)行控制。

最終界面實(shí)現(xiàn)如圖3所示，該圖是正常工作狀態(tài)下界面的顯示情況。

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圖3 系統(tǒng)界面

4? 結(jié)? 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器的故障監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)需要完成的任務(wù)，設(shè)計(jì)了應(yīng)具有的功能和上位機(jī)軟件控制流程；使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了具有人際交互操作界面的故障監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以為現(xiàn)代雷達(dá)裝備的故障監(jiān)控部分提供設(shè)計(jì)思路，還可以配備到部隊(duì)中，完成相關(guān)的保障訓(xùn)練，加速提高操作人員和保障人員的技術(shù)水平和維修技能，具有廣泛的軍事應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟慶虎，陶青長(zhǎng)，梁志恒，等.一種基于FPGA的通用雷達(dá)回波實(shí)時(shí)模擬器[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（3）：82?84.

[2] 路文龍，王和明，張啟亮，等.基于FPGA+PC104的雷達(dá)目標(biāo)模擬器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（4）：27?30.

[3] 宰辰熹.虛擬儀器技術(shù)在航空機(jī)載氣象雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].測(cè)控技術(shù)，2012，31（1）：112?115.

[4] 唐大全，吳曉男，戴洪德，等.慣導(dǎo)模擬訓(xùn)練軟件的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2011（9）：7?10.

[5] 李萬(wàn)軍，王宏軍，王航宇，等.LabWindows/CVI在飛行模擬器中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（5）：66?68.

[6] 吳坤，蔡金燕，韓春輝.基于LabWindows/CVI和數(shù)據(jù)庫(kù)的雷達(dá)測(cè)試軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2010（11）：29?31.

[7] 孫曉云.基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

2.2? 功能設(shè)計(jì)

根據(jù)以上任務(wù)，故障監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)包含故障特征庫(kù)，從而可以根據(jù)注入的故障顯示出雷達(dá)的多種典型故障現(xiàn)象、參數(shù)特征；還應(yīng)能夠控制硬件模擬部分面板上的表頭、輸出插孔等，直接表現(xiàn)故障現(xiàn)象，結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)的引導(dǎo)，操作人員可以在實(shí)裝面板上測(cè)量、比對(duì)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)維修訓(xùn)練模擬。具體功能設(shè)計(jì)如下。

2.2.1? 控制信號(hào)

故障監(jiān)控的實(shí)質(zhì)是通過(guò)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，因此首要的功能是對(duì)所需信號(hào)進(jìn)行控制：

（1） 來(lái)自中央配電箱的接通信號(hào)，即“預(yù)熱”、“準(zhǔn)備”、“工作”等控制信號(hào)，其中“準(zhǔn)備”和“工作”兩種狀態(tài)均通過(guò)主開(kāi)關(guān)控制；

（2） 運(yùn)行中所需的定時(shí)信號(hào)，即發(fā)射機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)，保證行波管陰極被加熱到合適的工作溫度；

（3） 故障表征信號(hào)，包括各種短暫故障以及永久故障；

（4） 各種電源的控制信號(hào)，用于確定雷達(dá)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

2.2.2? 發(fā)射機(jī)監(jiān)測(cè)

在對(duì)發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)控中，如果分部件出現(xiàn)故障，相應(yīng)的檢測(cè)電路就將檢測(cè)到的故障信號(hào)送至內(nèi)存儲(chǔ)器；內(nèi)存儲(chǔ)器為每個(gè)故障信號(hào)設(shè)置了獨(dú)立的存儲(chǔ)電路（觸發(fā)器），每個(gè)存儲(chǔ)電路的輸出信號(hào)送至檢測(cè)連接器，同時(shí)產(chǎn)生故障表征信號(hào)，如行波管高壓斷掉引起的故障，啟動(dòng)高壓電源可能引起的故障等。

當(dāng)故障持久存在時(shí)，即送至內(nèi)存儲(chǔ)器的輸入故障信號(hào)維持故障狀態(tài)，此時(shí)內(nèi)部的脈沖發(fā)生器開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到一定脈沖數(shù)量（如設(shè)置4個(gè)脈沖）時(shí)，在其輸出端產(chǎn)生永久故障信號(hào)。

2.2.3? 故障指示

根據(jù)產(chǎn)生的故障表征信號(hào)，在硬件模擬部分指示燈面板上出現(xiàn)相應(yīng)的指示。指示燈分為電源單元、射頻振蕩器、波導(dǎo)單元、微波單元等，各單元的故障信號(hào)觸發(fā)相應(yīng)的指示燈；并且只要指示燈面板上出現(xiàn)一種指示，就產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)“F1”，此信號(hào)送至故障監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)顯示“雷達(dá)子系統(tǒng)故障”的指示。

2.2.4? 測(cè)試信號(hào)

發(fā)射機(jī)硬件模擬部分的監(jiān)測(cè)電路提供給各部分連接器許多測(cè)試信號(hào)。所有送至內(nèi)存儲(chǔ)器的輸入故障信號(hào)都提供給“檢測(cè)信號(hào)緩沖存儲(chǔ)器”，即供給大量的檢測(cè)信號(hào)源。這些輸入故障信號(hào)經(jīng)過(guò)去耦電阻（測(cè)試信號(hào)緩沖存儲(chǔ)的主要基本元件），作為測(cè)試信號(hào)輸出至測(cè)試連接器。如果指示燈“電源單元”提示故障，借助于內(nèi)存儲(chǔ)器供給的檢測(cè)信號(hào)，就能確定故障信號(hào)來(lái)自哪個(gè)單元。

2.3? 軟件控制流程設(shè)計(jì)

為了使故障監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互顯控功能，根據(jù)2.2節(jié)中的任務(wù)功能，對(duì)系統(tǒng)的上位機(jī)軟件控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。

整個(gè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)在工作過(guò)程中，分為低壓和高壓兩部分。在顯示器中低壓部分主要以一個(gè)模塊（M1模塊）體現(xiàn)出來(lái)，高壓部分主要以燈絲的幾種狀態(tài)（M2～M6模塊）體現(xiàn)。在信號(hào)流向正常的情況下，從加電到發(fā)射機(jī)正常工作要經(jīng)過(guò)低壓正常工作（M1）、燈絲預(yù)熱（M2）、燈絲80%（M3）、燈絲120%（M4）、燈絲正常（M5）和高壓正常（M6）六個(gè)環(huán)節(jié)。在整個(gè)加電過(guò)程中，上位機(jī)軟件需要完成以下幾項(xiàng)動(dòng)作：

（1） 從加電開(kāi)始到低壓模塊，所有的低壓信號(hào)在顯示器上，只以一個(gè)模塊體現(xiàn)出來(lái)。這時(shí)，為具體體現(xiàn)其工作過(guò)程，又與實(shí)際情況貼近，軟件設(shè)計(jì)部分還要對(duì)各處信號(hào)監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行具體體現(xiàn)。具體有：+4V1，[+4V2，]+12 V，-12 V，+12VK1，-12VK2，+24V1，[+24V2，]+24 V外電源。本部分設(shè)計(jì)有低壓故障指示燈。

（2） 從低壓模塊到發(fā)射機(jī)工作正常，要對(duì)發(fā)射機(jī)各部分模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，要對(duì)外部硬件進(jìn)行控制。具體要對(duì)發(fā)射機(jī)故障指示、輸出功率指示、電源指示、放電管電源指示、RF發(fā)生器指示、晶體電流1指示、晶體電流2指示、置位指示、開(kāi)關(guān)電源K1、24V3、24V4、24V6、時(shí)鐘脈沖1、時(shí)鐘脈沖2進(jìn)行控制。本部分設(shè)計(jì)有故障選擇控制部分。

（3） 對(duì)以上的信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)控制部分，要根據(jù)信號(hào)流程對(duì)面板信號(hào)走向進(jìn)行調(diào)整。

（4） 燈絲的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)間有要求，要對(duì)時(shí)間和轉(zhuǎn)換進(jìn)度進(jìn)行體現(xiàn)。具體有：預(yù)熱過(guò)程為6 min，開(kāi)關(guān)瞬間接通為40 s。

控制程序總流程如圖2所示。

<；E：＼LIHUI＼12月＼12.4＼現(xiàn)代電子技術(shù)201423＼Image＼01t3.tif>；

圖2 控制程序流程

3? 結(jié)? 論

故障監(jiān)控系統(tǒng)主要在Windows平臺(tái)上使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)控制顯示界面。

選用LabWindows/CVI進(jìn)行編程是由于它可以完成以下工作[7]：交互式程序開(kāi)發(fā)；具有功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，用來(lái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集和儀器控制的應(yīng)用程序；充分利用完備的軟件工具進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和顯示；為其他程序開(kāi)發(fā)C目標(biāo)模塊、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）、C語(yǔ)言庫(kù)。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和信號(hào)流程的分析，在設(shè)計(jì)面板時(shí)，以CVI中ListBox作為模塊（M1～M6）面板，代表信號(hào)流通過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在模擬器設(shè)計(jì)過(guò)程中，為符合實(shí)際情況，要有故障檢測(cè)指示、故障軟件設(shè)置選擇、故障說(shuō)明等內(nèi)容。為達(dá)到此要求，在設(shè)計(jì)面板時(shí)，分別以Ring作為故障選擇部分，以TextBox作為故障說(shuō)明部分，以LED作為低壓故障指示燈部分。此外，還有一個(gè)TWT控制開(kāi)關(guān)用于控制信號(hào)從低壓到燈絲過(guò)程的流通。

故障選擇部分用來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件故障控制。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求有軟件控制硬件模擬部分的故障設(shè)置環(huán)節(jié)?？偣灿?0個(gè)故障點(diǎn)：發(fā)射機(jī)、輸出功率、電源等。當(dāng)選擇一個(gè)故障時(shí)，面板中會(huì)出現(xiàn)該故障的種類；同時(shí)，面板的信號(hào)流通也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，并由面板和PCI向硬件送出5 V數(shù)字信號(hào)，由此結(jié)合硬件部分進(jìn)行控制。

最終界面實(shí)現(xiàn)如圖3所示，該圖是正常工作狀態(tài)下界面的顯示情況。

<；E：＼LIHUI＼12月＼12.4＼現(xiàn)代電子技術(shù)201423＼Image＼01t4.tif>；

圖3 系統(tǒng)界面

4? 結(jié)? 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)模擬器的故障監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)需要完成的任務(wù)，設(shè)計(jì)了應(yīng)具有的功能和上位機(jī)軟件控制流程；使用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了具有人際交互操作界面的故障監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以為現(xiàn)代雷達(dá)裝備的故障監(jiān)控部分提供設(shè)計(jì)思路，還可以配備到部隊(duì)中，完成相關(guān)的保障訓(xùn)練，加速提高操作人員和保障人員的技術(shù)水平和維修技能，具有廣泛的軍事應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟慶虎，陶青長(zhǎng)，梁志恒，等.一種基于FPGA的通用雷達(dá)回波實(shí)時(shí)模擬器[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（3）：82?84.

[2] 路文龍，王和明，張啟亮，等.基于FPGA+PC104的雷達(dá)目標(biāo)模擬器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（4）：27?30.

[3] 宰辰熹.虛擬儀器技術(shù)在航空機(jī)載氣象雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].測(cè)控技術(shù)，2012，31（1）：112?115.

[4] 唐大全，吳曉男，戴洪德，等.慣導(dǎo)模擬訓(xùn)練軟件的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2011（9）：7?10.

[5] 李萬(wàn)軍，王宏軍，王航宇，等.LabWindows/CVI在飛行模擬器中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（5）：66?68.

[6] 吳坤，蔡金燕，韓春輝.基于LabWindows/CVI和數(shù)據(jù)庫(kù)的雷達(dá)測(cè)試軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2010（11）：29?31.

[7] 孫曉云.基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.