X波段有源子陣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建

李曉靜

（南京國(guó)睿安泰信科技股份有限公司，南京　210013）

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X波段有源子陣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建

李曉靜

（南京國(guó)睿安泰信科技股份有限公司，南京210013）

摘要：

關(guān)鍵詞：

0　引言

有源子陣是雷達(dá)的重要組成部分，它對(duì)雷達(dá)的性能指標(biāo)起著至關(guān)重要的作用。有源子陣的批生產(chǎn)中，測(cè)試品種繁多，測(cè)試參數(shù)復(fù)雜，測(cè)試數(shù)量巨大。雷達(dá)有源子陣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建為有源子陣測(cè)試提供了重要保障手段。它大大提高了雷達(dá)有源子陣測(cè)試的準(zhǔn)確度和測(cè)量速度，解決了有源子陣測(cè)試中人工測(cè)試周期長(zhǎng)、速度慢、測(cè)量重復(fù)性差等技術(shù)瓶頸。

1　有源子陣原理

有源子陣主要由若干個(gè)T/R組件及與之匹配的驅(qū)動(dòng)延時(shí)組件組成。而T/R組件主要由發(fā)射部分的驅(qū)動(dòng)放大器、功率放大器，接收部分的低噪聲放大器、收發(fā)開關(guān)、環(huán)流器、限幅器，以及移相器和波束控制、開關(guān)控制等組成。對(duì)于有源子陣的大部分指標(biāo)的測(cè)試都可歸結(jié)為單個(gè)T/R組件的測(cè)試。

雷達(dá)通過(guò)專用控制器信號(hào)控制有源子陣工作在發(fā)射狀態(tài)或是接收狀態(tài)。當(dāng)有源子陣工作在發(fā)射狀態(tài)時(shí)，激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過(guò)T/R開關(guān)、移相器，到驅(qū)動(dòng)放大器，驅(qū)動(dòng)高功率放大器將小信號(hào)放大后輸出到天線輻射單元。當(dāng)有源子陣工作在接收狀態(tài)時(shí)，從天線接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)開關(guān)轉(zhuǎn)換進(jìn)入限幅器，再由低噪聲放大器（LNA）、衰減器、移相器最后通過(guò)收發(fā)開關(guān)進(jìn)入接收機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的放大。通過(guò)收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)移相器的收發(fā)共用。通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，按約定的工作方式進(jìn)行波束指向和形狀的相位控制。

2　系統(tǒng)硬件的構(gòu)建［1］

設(shè)計(jì)有源子陣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS），是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。既有硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，也有軟件系統(tǒng)的開發(fā)。下面先介紹硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。有源子陣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

有源子陣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)采用集中互連模式，集中管理全系統(tǒng)測(cè)試信號(hào)。系統(tǒng)中的各種激勵(lì)源連接到微波開關(guān)接口裝置，被測(cè)設(shè)備的輸入端口通過(guò)夾具與微波開關(guān)接口裝置的激勵(lì)源端口相連，輸出端口經(jīng)夾具與微波開關(guān)接口裝置的測(cè)試端口相連。

對(duì)于發(fā)射通道及接收通道的測(cè)試，小信號(hào)直接進(jìn)行測(cè)試，大信號(hào)則在衰減后，再連接至各測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試。

2.1微波開關(guān)接口裝置設(shè)計(jì)

微波開關(guān)接口裝置系統(tǒng)原理圖如圖2所示，微波開關(guān)接口裝置的連接端口主要包括：測(cè)試端口、激勵(lì)端口、設(shè)備端口、源端口。

圖1　ATS基本硬件組成

圖2　微波開關(guān)接口裝置原理圖

微波開關(guān)接口裝置是創(chuàng)建測(cè)試通路的關(guān)鍵，以下將給出其設(shè)計(jì)原理。微波開關(guān)接口裝置中包括：微波高性能開關(guān)矩陣、驅(qū)動(dòng)放大器、衰減器、調(diào)制器、微波連接電纜、微波轉(zhuǎn)接頭等。在有源子陣測(cè)試中，由于DUT測(cè)試通道、輸入信號(hào)和測(cè)試項(xiàng)目會(huì)有所不同，因此開關(guān)矩陣通過(guò)開關(guān)矩陣構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了SCMM（單次連接多次測(cè)量）測(cè)試。

微波開關(guān)接口裝置的設(shè)計(jì)中充分考慮了系統(tǒng)和被測(cè)設(shè)備的安全性，采用現(xiàn)代仿真技術(shù)并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)減少信號(hào)轉(zhuǎn)接次數(shù)，縮短測(cè)試通道，以降低測(cè)試誤差。采用了耐功率好、駐波比小、重復(fù)性指標(biāo)高的開關(guān)矩陣，為有源子陣的測(cè)試建立了RF測(cè)試通道。同時(shí)，根據(jù)雷達(dá)有源子陣的特點(diǎn)和測(cè)試要求，輸入和輸出端口都進(jìn)行了足夠的預(yù)留，方便增加新的測(cè)試項(xiàng)目。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的激勵(lì)信號(hào)和測(cè)試儀器的測(cè)試端口均連接到微波開關(guān)接口裝置，被測(cè)設(shè)備的輸入、輸出端口也通過(guò)夾具連接到該設(shè)備。被測(cè)設(shè)備需要測(cè)試的性能參數(shù)有若干項(xiàng)，使用到不同的測(cè)試儀器，而被測(cè)設(shè)備通過(guò)夾具連接到微波開關(guān)接口裝置后，不再需要用戶進(jìn)行其他連接，就可實(shí)現(xiàn)全部的性能參數(shù)的測(cè)試。信號(hào)通路的建立是通過(guò)微波開關(guān)接口裝置中的微波開關(guān)切換完成的。

2.2專用控制器

專用控制器是ATS中模擬、控制有源子陣工作狀態(tài)的重要儀器。雷達(dá)有源子陣常用控制方式有：串行控制、并行控制、電平控制、脈沖同步控制、混合控制等，包括各種時(shí)序的控制信號(hào)。

專用控制器和數(shù)據(jù)采集板由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、電源組成，模擬雷達(dá)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備工作狀態(tài)的控制等。波束控制器通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬雷達(dá)工作狀態(tài)，發(fā)送命令到DUT，為DUT提供脈沖信號(hào)、觸發(fā)信號(hào)，調(diào)制信號(hào)等，控制DUT工作在發(fā)射、接收等狀態(tài)。

3　系統(tǒng)軟件構(gòu)建［2-4］

通用軟件平臺(tái)在體系結(jié)構(gòu)和信息架構(gòu)的構(gòu)建上充分考慮平臺(tái)的開放性和通用性，遵循相關(guān)的國(guó)內(nèi)外通用標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)大的信息管理，滿足不同領(lǐng)域不同階段的不同設(shè)計(jì)、保障單位之間產(chǎn)品測(cè)試信息的互聯(lián)互通，使測(cè)試信息在產(chǎn)品的不同階段間自由流通，實(shí)現(xiàn)共享，提升產(chǎn)品的全壽命周期的信息化能力。軟件總體框架如圖3所示，系統(tǒng)軟件采用分層設(shè)計(jì)，其內(nèi)部可分為測(cè)試應(yīng)用層、測(cè)試程序?qū)?、資源管理層和物理設(shè)備層。

圖3　軟件總體框架

軟件系統(tǒng)的物理層包括儀器驅(qū)動(dòng)程序、VISA庫(kù)及由此開發(fā)的儀器接口文件及其它底層驅(qū)動(dòng)程序，提供硬件、儀器的直接驅(qū)動(dòng)。物理層是自動(dòng)測(cè)試軟件的硬件基礎(chǔ)，本層具有很高的穩(wěn)定性，以保證測(cè)試軟件順利進(jìn)行硬件測(cè)試。儀器接口的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)儀器互換性的關(guān)鍵。為了保證TP的復(fù)用和儀器的互換，總結(jié)多年雷達(dá)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，合理設(shè)計(jì)儀器接口的粒度。保證實(shí)現(xiàn)了相同接口的儀器可以直接替換原有測(cè)試儀器，提高了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的使用率。

測(cè)試應(yīng)用層顧名思義是提供給測(cè)試開發(fā)者進(jìn)行測(cè)試開發(fā)的人機(jī)接口層。針對(duì)測(cè)試開發(fā)者的需求提供相應(yīng)的功能。應(yīng)用層提供給用戶圖形化構(gòu)建測(cè)試策略、測(cè)試配置、顯示測(cè)試數(shù)據(jù)并能進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)處理。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在完成測(cè)試之余，最重要的工作就是實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)。有源子陣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理應(yīng)可對(duì)數(shù)百萬(wàn)條數(shù)據(jù)中分析得到單個(gè)有源子陣測(cè)試或多個(gè)有源子陣間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并能把這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果以表格的形式導(dǎo)出形成報(bào)表，便于所有相關(guān)人員了解有源子陣的實(shí)際情況。

測(cè)試程序?qū)右赃壿媰x器的操作和測(cè)試配置構(gòu)成TP（測(cè)試程序），用圖形化的方式把測(cè)試策略和測(cè)試配置轉(zhuǎn)變?yōu)門P（測(cè)試程序）。經(jīng)過(guò)對(duì)載體語(yǔ)言編譯鏈接后，形成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)執(zhí)行儀器操作，從而完成儀器的讀寫操作，以得到DUT的測(cè)試數(shù)據(jù)。

資源管理層是測(cè)試環(huán)境中的最關(guān)鍵的層次，是實(shí)現(xiàn)TPS（測(cè)試程序集）可移植的關(guān)鍵和儀器互換性的基礎(chǔ)，資源管理層的實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)引擎（RTS）的實(shí)現(xiàn)上，它將完成邏輯儀器與物理儀器的映射。

4　設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1測(cè)試項(xiàng)目

某型號(hào)X波段有源子陣有幾十個(gè)測(cè)試通道，共需完成一百多萬(wàn)條測(cè)試數(shù)據(jù)的采集，其測(cè)試項(xiàng)目如表1和表2所示。

有源子陣的發(fā)射測(cè)量參數(shù)如表1所示。

表1　寬帶發(fā)射測(cè)試項(xiàng)目

表2　接收寬帶、窄帶測(cè)試項(xiàng)目

為了保證有源子陣的研發(fā)和生產(chǎn)時(shí)的測(cè)試任務(wù)，使用本文提出的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建思路，該有源子陣測(cè)試項(xiàng)目的TPS開發(fā)和調(diào)試僅使用3個(gè)月就已完成。本文提出的構(gòu)建軟硬件設(shè)計(jì)充分考慮了通用性和可擴(kuò)展性，因此在接下來(lái)的另一型號(hào)的有源子陣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研制不足2月既已完成。

ATS的測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試方法在確保準(zhǔn)確性和精度的同時(shí)，必須提高測(cè)試效率。盡可能一次測(cè)試完成多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試，并減少計(jì)算機(jī)與測(cè)試儀器間的通信次數(shù)，以縮短測(cè)試時(shí)間。在本項(xiàng)目中使用PNA-X矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀多跡線測(cè)量方式，一次性完成一個(gè)通道的所有關(guān)注頻率點(diǎn)的增益、插入相移、輸入駐波測(cè)試，并能在全通道測(cè)量完成后計(jì)算得到相位線性度。波形參數(shù)和輸出功率通常分別使用示波器和功率計(jì)測(cè)試。本項(xiàng)目中使用P-Series功率計(jì)一次性完成輸出功率和波形參數(shù)的測(cè)試。經(jīng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的測(cè)試方法可為一個(gè)有源子陣縮短2小時(shí)的測(cè)試時(shí)間。

5　結(jié)語(yǔ)

雷達(dá)有源子陣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建，使有源子陣測(cè)試有了一個(gè)通用性的系統(tǒng)，大多數(shù)有源子陣可以通過(guò)該系統(tǒng)完成寬帶的發(fā)射和接收、窄帶的接收的所有參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試。為提高有源子陣研制調(diào)試效率，節(jié)省資源，打下了很好的基礎(chǔ)，也對(duì)其他集成測(cè)試系統(tǒng)的研究與開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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Construction of the Active Sub Array Auto Test System

LI Xiao-jing
（Nanjing Glarun-Atten Technology Co.，Ltd.，Nanjing 210013）

Abstract：

Keywords：

在雷達(dá)研制與生產(chǎn)過(guò)程中，有源子陣的測(cè)試技術(shù)是影響產(chǎn)品研制與生產(chǎn)進(jìn)度及產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過(guò)對(duì)有源子陣原理的分析，提出基于系統(tǒng)測(cè)試儀器、微波開關(guān)接口裝置、波束控制器和數(shù)據(jù)采集板的硬件解決方案，并著重介紹微波開關(guān)接口裝置和波束控制器和數(shù)據(jù)采集板的設(shè)計(jì)，最后給出自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有開放性和通用性的軟件解決途徑。實(shí)踐表明，X波段有源子陣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，通用性強(qiáng)，為有源子陣的研制生產(chǎn)提供重要技術(shù)保障。

雷達(dá)；有源子陣；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

文章編號(hào)：1007-1423（2016）13-0056-04

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.13.015

作者簡(jiǎn)介：

李曉靜（1980～），女，碩士研究生學(xué)位

收稿日期：2016-02-25修稿日期：2016-04-17

Active sub array test technique which influences the product process and quality is one of the key techniques in the progress of radar research and manufacture. After analyzing the principle of Active sub array，raises a hardware project which bases on system testing instruments，microwave interface equipment，beam controller and data acquisition panel. Introduces the design method of microwave interface equipment and beam controller and data acquisition panel. Gives a pathway to develop open and general auto test system（ATS）software. The auto test system for X band active sub array is proved reliable，general-purpose. Through experiment，it can be found that the X band active sub array ATS can provide strong technique guarantee for Active sub array research and manufacture.

Shipboard Radar；Active Sub Array；Auto Test System