雷達(dá)改進(jìn)型導(dǎo)彈測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

高勝臣

摘 要：針對科研階段導(dǎo)彈測試設(shè)備需要便于運輸、測試覆蓋全面、測試方式靈活等需求，本文給出了基于PXI總線的雷達(dá)改進(jìn)型導(dǎo)彈總體性能測試系統(tǒng)的設(shè)計，重點闡述了小型化測控系統(tǒng)設(shè)計、高密度電源系統(tǒng)設(shè)計、智能化導(dǎo)引頭目標(biāo)模擬器和引信目標(biāo)模擬器等設(shè)計，最后介紹了系統(tǒng)實現(xiàn)的效果及特點。經(jīng)使用表明，系統(tǒng)運行可靠，達(dá)到了小型化、智能化、使用靈活和便于擴展等設(shè)計目標(biāo)，取得了較好的使用效果。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)彈測試；PXI總線；目標(biāo)模擬；小型化；智能化

1 引言

隨著雷達(dá)改進(jìn)型空空導(dǎo)彈系統(tǒng)的研制工作開展，為了保障型號研制的順利進(jìn)行，研制雷達(dá)改進(jìn)型導(dǎo)彈總體性能測試系統(tǒng)（以下簡稱測試系統(tǒng)）是十分必要的。

設(shè)備能夠滿足全面覆蓋雷達(dá)改進(jìn)型空空導(dǎo)彈科研階段的各種測試要求，并且運輸方便、使用靈活，測試系統(tǒng)充分采用小型化、通用化等設(shè)計，對導(dǎo)引頭目標(biāo)模擬器和引信目標(biāo)模擬器等組件進(jìn)行智能化設(shè)計，使測試系統(tǒng)整體達(dá)到便攜化、通用化和使用靈活，能夠全面滿足科研階段的各種測試需求[1]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

測試系統(tǒng)采用便攜式減振機箱的結(jié)構(gòu)形式，主要由測試控制柜、電源柜兩個14U高度的減振機箱（較好地滿足人機工程要素）以及專用測試組件（包括引信目標(biāo)模擬器、導(dǎo)引頭屏蔽罩、引信天線帶、舵機解鎖單元等）組成。測試系統(tǒng)采用PXI總線控制，在保證設(shè)備高可靠性的同時，設(shè)計中充分采用測控領(lǐng)域的最新成果，并進(jìn)行了模塊化、小型化、通用化設(shè)計，利用先進(jìn)的測試技術(shù)，做到使設(shè)備操作方便，維護(hù)簡單，便于使用。

兩個減振機箱按功能又分為電源柜和測試控制機柜。電源柜除提供導(dǎo)彈測試所需的電源外，還提供測試系統(tǒng)本身所需的設(shè)備供電；另外，電源機柜還具有導(dǎo)彈供電電壓、電流監(jiān)測、過壓和過流保護(hù)功能。測試控制機柜是整個測試設(shè)備的控制中樞，主要包括PXI測試系統(tǒng)（集成主控計算機）、KVM顯示器單元、信號轉(zhuǎn)接及自檢單元、無線電修正通道模擬高頻單元、導(dǎo)引頭目標(biāo)模擬器等。

在整個導(dǎo)彈測試過程中，測試控制柜控制產(chǎn)生導(dǎo)彈測試所需的激勵信號，調(diào)理和檢測導(dǎo)彈的輸出信號，保證測試過程按設(shè)定的測試流程進(jìn)行。在測試結(jié)束，給出測試結(jié)果，并記錄測試數(shù)據(jù)；對測試不合格的導(dǎo)彈，能夠給出不合格項報表，并將故障定位到艙段。測試系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 測試系統(tǒng)組成框圖

3 設(shè)計實現(xiàn)

下面著重對雷達(dá)改進(jìn)型導(dǎo)彈測試系統(tǒng)小型化設(shè)計、智能化組件設(shè)計及改進(jìn)設(shè)計部分進(jìn)行介紹。

3.1 測控系統(tǒng)

測控系統(tǒng)是整個導(dǎo)彈測試系統(tǒng)的核心，用來控制向被測導(dǎo)彈加電、裝定飛行任務(wù)參數(shù)、完成各個測試單元的統(tǒng)一調(diào)度和測試時序控制、電源監(jiān)控、產(chǎn)品保護(hù)、測試數(shù)據(jù)建檔、打印等功能。

為了減小設(shè)備的體積以方便運輸和使用，測試系統(tǒng)采用PXI控制總線，通過PXI總線零槽控制器（嵌入式主控計算機）對PXI總線中各功能模塊及單元進(jìn)行控制，系統(tǒng)的PXI控制器選用NI公司的PXI-8106嵌入式控制器，PXI機箱選用14槽PXI-1044機箱。

相對于原來的VXI總線控制系統(tǒng)，PXI總線在數(shù)據(jù)的傳輸速率、兼容性、互操作性、尺寸和結(jié)構(gòu)等方面都顯示了較大優(yōu)勢， 在VXI控制系統(tǒng)中僅VXI機箱的高度就達(dá)到8U，相對于VXI控制總線PXI控制機箱及嵌入式主控計算機的高度僅3U，大大減少了設(shè)備的體積[2]。

3.2 產(chǎn)品供電系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 產(chǎn)品供電電源設(shè)計

供電系統(tǒng)為產(chǎn)品測試提供所需的產(chǎn)品電源和設(shè)備所需的設(shè)備電源，主要功能如下：

a.按要求提供產(chǎn)品測試所需的各路直流電源和系留彈測試所需的交流電源；b.完成產(chǎn)品供電的實時監(jiān)測，具備對電源輸出二次保護(hù)；c.具有應(yīng)急斷電功能。

為減小設(shè)備體積，增加電源的通用化，通過對TDK-LAMBDA電源的紋波、諧波能量及開關(guān)頻率的試驗和分析，經(jīng)型號線確認(rèn)后測試系統(tǒng)均采用TDK-LAMBDA公司和安捷倫公司的高密度程控模塊電源。整個電源系統(tǒng)采用通用化設(shè)計，電源高度12U，可以集中安裝在一個減振機箱中，大大減小電源體積（由原來需要雷達(dá)型導(dǎo)彈測試設(shè)備2-3個電源機箱減少到1個）。除能夠滿足雷達(dá)改進(jìn)型導(dǎo)彈（包括系留彈、戰(zhàn)斗彈、訓(xùn)練彈等）的測試，還可以兼容其它主要型號導(dǎo)彈測試供電。

3.2.2 電壓和電流監(jiān)測及保護(hù)

雖然選用電源都具有過流保護(hù)功能，但對于產(chǎn)品來說，如果其中一路供電出現(xiàn)異常而不及時切斷全部產(chǎn)品供電，會對產(chǎn)品造成損害，后果嚴(yán)重。電源監(jiān)測電路的功能就是對產(chǎn)品電源的電流輸出狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，采用電流互感器將電流值變換為電壓值，進(jìn)入檢測比較電路。當(dāng)有任一路電流或電壓檢測門限值超出規(guī)定值時快速切斷全部產(chǎn)品供電繼電器，并給出警告信號，達(dá)到全面保護(hù)產(chǎn)品的目的。保護(hù)電路全部由硬件電路實現(xiàn)以保證快速性，實現(xiàn)電路見圖2。

圖2 電壓/電流檢測單元電路原理圖

當(dāng)有過流或過壓信號時，通過電壓比較器實現(xiàn)輸出階躍，觸發(fā)兩路可控硅。其中一路實現(xiàn)切斷產(chǎn)品供電回路控制總電源；另一路實現(xiàn)過流電路的記憶確認(rèn)，通過指示燈指示出具體哪一路電源故障，方便測試的排故。

3.3 導(dǎo)引頭目標(biāo)模擬器設(shè)計

相對于雷達(dá)型導(dǎo)彈，雷達(dá)改進(jìn)型導(dǎo)彈采用了寬帶跳頻抗干擾設(shè)計，同時具有高重頻、中重頻工作模式，中重頻測距功能等先進(jìn)技術(shù)，雷達(dá)型導(dǎo)彈目標(biāo)模擬器已經(jīng)不能滿足雷達(dá)改進(jìn)型導(dǎo)彈的測試需求。

由于科研階段產(chǎn)品要完成聯(lián)試、排故及技術(shù)驗證等各種測試，要求導(dǎo)引頭目標(biāo)模擬器應(yīng)使用靈活，可以獨立適應(yīng)各種測試需求。所以模擬器采用射頻存儲的回波信號模擬方式，對導(dǎo)引頭射頻信號下變頻后利用高速A/D對中頻信號進(jìn)行射頻存儲，利用FPGA對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字處理，完成多普勒信號的調(diào)制和數(shù)字濾波等處理[3-4]。

導(dǎo)引頭目標(biāo)模擬器和上位機只需要通過RS-422總線接口進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交互，完成模擬器初始參數(shù)的設(shè)定和模擬器工作信息的反饋，實現(xiàn)方式如圖3所示。

目標(biāo)模擬器利用下變頻接收通道，經(jīng)兩次混頻、濾波后，變?yōu)橹蓄l信號；然后，在信號處理產(chǎn)生分系統(tǒng)中利用高速ADC對中頻信號進(jìn)行高速采樣，數(shù)字化后的輸入信號在數(shù)字信號處理單元中進(jìn)行目標(biāo)回波的信息調(diào)制。兩路調(diào)制生成信號由對應(yīng)的高速DAC完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，DAC輸出信號隨后經(jīng)對應(yīng)的上變頻通道，進(jìn)行與接收過程對應(yīng)的兩級混頻、濾波，形成與雷達(dá)頻率相同、相位相參的射頻回波信號。

該方案靈活性較高、擴展性強（僅通過更改模擬器軟件可以增加目標(biāo)距離拖引、速度拖引等測試項目），能夠單獨模擬一個目標(biāo)回波也可以同時模擬兩個目標(biāo)回波，并且兩個目標(biāo)回波的距離、速度、加速度和回波能量等可實時控制，完成單目標(biāo)試驗、雙目標(biāo)試驗、目標(biāo)+欺騙式干擾試驗等多種試驗。

3.4 引信目標(biāo)模擬器

為了更加真實的模擬彈目交會時目標(biāo)回波脈沖，雷達(dá)改進(jìn)型引信目標(biāo)模擬器在保持目標(biāo)回波多普勒脈沖連續(xù)同時，增加了回波的多普勒脈沖數(shù)量可任意設(shè)置等要求。

為了簡化接口，提高使用靈活性，新引信目標(biāo)模擬器采用單片機控制系統(tǒng)，模擬器和上位機控制采用RS-422總線通信，引信模擬器根據(jù)上位機發(fā)送的多普勒脈沖數(shù)量、回波功率等初始工作參數(shù)獨立完成引信目標(biāo)回波模擬功能，實現(xiàn)原理如圖4所示。

模擬器控制采用PIC32MX795F512L為主控芯片，根據(jù)上位機發(fā)送的控制參數(shù)由主控芯片的輸出比較模塊產(chǎn)生一路PWM信號，通過寫PRx寄存器來設(shè)定PWM的周期，該比較模塊配置成PWM工作模式時，采用主鎖存器和輔助鎖存器，能夠使PWM電平跳變無毛刺，提高了PWM信號的品質(zhì)。PWM信號通過波形變換電路，會產(chǎn)生定周期的鋸齒波信號，并隔離出同周期的同步方波信號，鋸齒波信號加載到邊帶調(diào)制模塊上，同步方波信號傳給主控芯片的外部計數(shù)器上，對鋸齒波的數(shù)量進(jìn)行控制，從而控制回波的多普勒脈沖數(shù)量。

3.5 并行數(shù)據(jù)驅(qū)動改進(jìn)設(shè)計

在導(dǎo)彈測試中，由于導(dǎo)彈送出的并行數(shù)據(jù)信號驅(qū)動能力較弱，不適合較長距離的傳輸，當(dāng)傳輸距離超過3米時，數(shù)據(jù)信號衰減較大，信號的波形明顯變差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤碼率增加，同時還會影響導(dǎo)彈的正常工作。而測試系統(tǒng)由于要兼顧產(chǎn)品溫度及振動多種測試，測試電纜長度要求大于6米。

改進(jìn)在原有定型的并行數(shù)據(jù)接收板不做改動的原則下對產(chǎn)品發(fā)出的并行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理，在前端增加光耦首先進(jìn)行光電隔離，杜絕對產(chǎn)品產(chǎn)生的影響，然后把并行數(shù)據(jù)的信號轉(zhuǎn)換成適合長距離傳輸?shù)牟罘中盘枺黾有盘柕尿?qū)動能力。試用光耦A(yù)2630進(jìn)行光電隔離，能夠滿足并行數(shù)據(jù)500K的通信速率，同時其導(dǎo)通電流較小，低于導(dǎo)彈信號輸出驅(qū)動10mA，選用芯片SN75174進(jìn)行差分轉(zhuǎn)換提高信號驅(qū)動能力和傳輸距離。

整個驅(qū)動板安裝在金屬盒內(nèi)，體積小，非常適合直接加裝在遙測電纜的前端。BMK驅(qū)動使用示意如圖5所示。

使用驅(qū)動電路對導(dǎo)彈并行數(shù)據(jù)信號進(jìn)行隔離、驅(qū)動增強，消除對導(dǎo)彈的信號干擾，解決了測試導(dǎo)彈時并行數(shù)據(jù)不能長距離傳輸?shù)膯栴}，在其它型號和非標(biāo)測試設(shè)備上也得到成功應(yīng)用。

4 實施效果

雷達(dá)改進(jìn)型導(dǎo)彈總體性能測試系統(tǒng)于2010年3月交付總體部使用，設(shè)備先后完成雷達(dá)改進(jìn)型系留彈聯(lián)試及交付試驗、雷達(dá)改進(jìn)型導(dǎo)彈散件聯(lián)試、全彈交付試驗、電磁兼容試驗、環(huán)境試驗等一系列測試，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，滿足了科研階段的全部測試需求并具有以下特點。

4.1 采用PXI控制總線及零槽控制器（嵌入式主控計算機）和高密度模塊化電源，大大減小了設(shè)備的體積，測試系統(tǒng)僅2個減振機箱（雷達(dá)型導(dǎo)彈測試儀4個減振機箱，通用檢測設(shè)備雷達(dá)彈狀態(tài)5個減振機箱），極大方便了運輸和使用。

4.2 主通道目標(biāo)模擬器采用模塊化和智能化設(shè)計，先進(jìn)的射頻存儲的回波信號模擬方式，靈活性較高，擴展性強（僅需通過RS-422總線完成上位機初始參數(shù)設(shè)置后可獨立工作，便于向其它設(shè)備擴展），可以完成單目標(biāo)試驗、雙目標(biāo)試驗、目標(biāo)+欺騙式干擾試驗等多種試驗。

4.3 引信目標(biāo)模擬器采用嵌入式控制，獨立實現(xiàn)了目標(biāo)回波多普勒脈沖連續(xù)和多普勒脈沖數(shù)量可設(shè)置等功能，使用靈活，滿足了科研階段引信的各項試驗，易于移植和功能擴展。

4.4 并行數(shù)據(jù)驅(qū)動改進(jìn)處理，使用驅(qū)動電路對導(dǎo)彈并行數(shù)據(jù)信號進(jìn)行隔離、驅(qū)動增強，消除對導(dǎo)彈的信號干擾，解決了導(dǎo)彈并行數(shù)據(jù)不能長距離傳輸?shù)膯栴}。

結(jié)束語

測試系統(tǒng)采用PXI控制總線及嵌入式零槽控制器、高密度模塊電源、智能化的導(dǎo)引頭目標(biāo)模擬器和引信目標(biāo)模擬器，達(dá)到了小型化、智能化、使用靈活和測試覆蓋全面等設(shè)計目標(biāo)。經(jīng)使用表明，系統(tǒng)運行可靠、易于攜帶和運輸、操作簡單，滿足科研階段各種測試要求，取得了較好的使用效果，為型號研制發(fā)揮了極大的保障作用。同時，測試系統(tǒng)的多項設(shè)計如導(dǎo)引頭目標(biāo)模擬器的技術(shù)、并行數(shù)據(jù)驅(qū)動改進(jìn)已成功應(yīng)用于雷達(dá)改進(jìn)型導(dǎo)彈測試儀、雷達(dá)改進(jìn)型生產(chǎn)線測試設(shè)備等測試設(shè)備中，為后續(xù)相關(guān)設(shè)備的研制打下較好的基礎(chǔ)?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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