數(shù)字T/R組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

馬志翔

(南京國睿安泰信科技有限公司,　南京 210013)

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·測(cè)試技術(shù)·

數(shù)字T/R組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

馬志翔

(南京國睿安泰信科技有限公司,南京 210013)

數(shù)字T/R組件是數(shù)字陣列雷達(dá)的重要組成部分，由于其集成度高、測(cè)試項(xiàng)目多，所以在研發(fā)生產(chǎn)中需要使用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。文中針對(duì)數(shù)字T/R組件的測(cè)試需求，介紹了一種自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，內(nèi)容包括硬件設(shè)計(jì)方案、參數(shù)的測(cè)試方法以及系統(tǒng)集成和試驗(yàn)，該系統(tǒng)已應(yīng)用于數(shù)字T/R組件的測(cè)試。

數(shù)字陣列雷達(dá)；數(shù)字T/R組件；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

0　引　言

伴隨著數(shù)字電路技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)的復(fù)雜性和高成本大大降低，其可靠性不斷提高，使用這種技術(shù)正成為雷達(dá)發(fā)展的一個(gè)主流方向。作為數(shù)字陣列雷達(dá)的核心部分，數(shù)字T/R組件在雷達(dá)系統(tǒng)中少則幾十上百，多達(dá)成千上萬，其性能指標(biāo)的好壞直接影響到雷達(dá)整機(jī)的性能指標(biāo)[1]。由于數(shù)字T/R組件上行通道的微波激勵(lì)源不再是從外部輸入，而是來源于自身的直接數(shù)字綜合器(DDS)，其下行通道的輸出也不再是微波頻段下的信號(hào)輸出，而是經(jīng)過中頻采樣后的光信號(hào)，從而造成了數(shù)字T/R組件的上行通道測(cè)試失去了同頻參考基準(zhǔn)，下行通道測(cè)試無需測(cè)試儀表，必須依靠專門的數(shù)學(xué)算法分析和計(jì)算[2]。

測(cè)試數(shù)字T/R組件既有模擬信號(hào)測(cè)試，又有數(shù)字信號(hào)測(cè)試，且輸出通道多，測(cè)試參數(shù)繁雜，數(shù)據(jù)量大，所以自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的建立，可滿足組件各性能指標(biāo)快速、高效測(cè)試的需求[3]。本文首先討論數(shù)字T/R組件的工作原理與測(cè)試需求，然后介紹了一種數(shù)字T/R組件測(cè)試系統(tǒng)的工作原理，進(jìn)而討論了核心參數(shù)的測(cè)試方法及相關(guān)算法。

1　需求分析

傳統(tǒng)的模擬T/R組件的輸入輸出信號(hào)都是微波模擬信號(hào)，所有微波收發(fā)通道的指標(biāo)參數(shù)都可以用微波儀表直接測(cè)試得到。數(shù)字T/R組件的測(cè)試方法與模擬T/R組件的差異很大，主要由數(shù)字T/R組件自身的工作原理[2]造成的。

數(shù)字T/R組件與傳統(tǒng)的模擬T/R組件差別在于：除了T/R組件中原有的發(fā)射功率放大器、限幅器、低噪聲放大器、高頻開關(guān)和濾波器等功能電路外，信號(hào)頻率和波形是通過DDS產(chǎn)生的，天線相掃需要的組件之間信號(hào)相移及幅度的調(diào)整也都在DDS實(shí)現(xiàn)。所以測(cè)試組件發(fā)射通道指標(biāo)參數(shù)時(shí)，不需要外加激勵(lì)信號(hào)，可直接控制組件狀態(tài)后用微波測(cè)試儀表進(jìn)行測(cè)試。

數(shù)字T/R組件的接收通道接收前端送來的射頻回波信號(hào)，經(jīng)低噪聲放大、分段濾波后，模擬下變頻，形成中頻信號(hào)，經(jīng)中頻采樣后數(shù)字下變頻為數(shù)字零中頻I/Q信號(hào)，各路I/Q信號(hào)數(shù)據(jù)打包后從光纖接口送出。由于接收通道的輸出不在是微波信號(hào)輸出，其性能指標(biāo)不能用測(cè)試儀表直接得到，只能通過數(shù)據(jù)記錄設(shè)備對(duì)組件下行I/Q數(shù)據(jù)采集后進(jìn)行數(shù)學(xué)分析和計(jì)算，得到其指標(biāo)參數(shù)。

由于數(shù)字T/R組件的工作原理與測(cè)試方法與傳統(tǒng)模擬T/R組件不同，所以對(duì)應(yīng)的組件收發(fā)通道的測(cè)試項(xiàng)也有所不同。數(shù)字T/R組件發(fā)射通道主要包括數(shù)字波形產(chǎn)生、模擬上變頻等幾部分。數(shù)字接收通道主要包括模擬下變頻、A/D和數(shù)字預(yù)處理等部分，其主要性能參數(shù)的測(cè)試項(xiàng)，如表1所示。

表1數(shù)字T/R組件測(cè)試項(xiàng)

2　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由硬件測(cè)試資源和測(cè)試軟件組成，采用GPIB總線互連[4]。硬件測(cè)試資源能最大限度地實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的開放性、靈活性，并具有二次開發(fā)能力，允許用戶根據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象靈活地剪裁和增加硬件資源[5]。測(cè)試軟件采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，為系統(tǒng)的二次開發(fā)提供編程接口。

數(shù)字T/R組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)框圖，如圖1所示。

圖1　數(shù)字T/R組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)框圖

當(dāng)測(cè)試組件發(fā)射參數(shù)時(shí)，主控計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的電源提供組件工作所需的各種電源，定時(shí)產(chǎn)生設(shè)備控制被測(cè)試單元(UUT)工作在發(fā)射狀態(tài)，輸出射頻信號(hào)通過信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞連接到測(cè)試儀器和負(fù)載機(jī)箱。當(dāng)測(cè)試組件接收參數(shù)時(shí)，在計(jì)算機(jī)控制下，電源、本振源、時(shí)鐘源提供接收通道所需的電源和射頻信號(hào)微波激勵(lì)；然后，利用定時(shí)產(chǎn)生設(shè)備控制組件工作在相應(yīng)的接收測(cè)試狀態(tài)，數(shù)據(jù)記錄設(shè)備采集數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析計(jì)算，得到各項(xiàng)下行指標(biāo)測(cè)試結(jié)果。

該系統(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)。信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞和負(fù)載機(jī)箱是數(shù)字T/R組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開放性、靈活性的關(guān)鍵設(shè)備，其性能指標(biāo)的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試指標(biāo)。信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞主要由微波開關(guān)、檢波器、控制板、以太網(wǎng)適配板、直流電源等組成。負(fù)載機(jī)箱主要由衰減器、功分器等組成。信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞和負(fù)載機(jī)箱主要功能是根據(jù)測(cè)試項(xiàng)建立相應(yīng)的激勵(lì)通道和測(cè)試通道。

數(shù)據(jù)記錄設(shè)備為PCIE專用板卡，其主要功能是對(duì)接收通道數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集，將光纖輸入的不同速率的雷達(dá)下行數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為PCIE接口速率后，通過PCIE接口輸出至計(jì)算機(jī)。

3　測(cè)試方法

3.1發(fā)射通道功率參數(shù)測(cè)試

發(fā)射通道功率參數(shù)測(cè)試框圖，如圖2所示。

圖2　發(fā)射通道功率參數(shù)測(cè)試框圖

當(dāng)測(cè)試組件的第一通道功率參數(shù)時(shí)，按圖2所示信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞的測(cè)試端口連接組件發(fā)射輸出端口，其他端口連接所需儀表設(shè)備，用計(jì)算機(jī)控制信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞選擇測(cè)試通路。組件在該通道上的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞，進(jìn)入微波信號(hào)分析儀；組件的其他幾路信號(hào)通過中樞上的測(cè)試端口連接到負(fù)載機(jī)箱。信號(hào)源、電源提供數(shù)字T/R組件工作所需的電源、時(shí)鐘及本振信號(hào)，定時(shí)產(chǎn)生設(shè)備將組件控制到相應(yīng)的工作狀態(tài)。運(yùn)行相應(yīng)測(cè)試程序進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)測(cè)試組件的剩余通道時(shí)，將信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞內(nèi)的開關(guān)切換至相應(yīng)的通路，然后重復(fù)上述流程，依次進(jìn)行測(cè)試。

3.2接收通道噪聲系數(shù)測(cè)試

接收通道噪聲系數(shù)測(cè)試框圖如圖3所示。

圖3　接收通道噪聲系數(shù)測(cè)試框圖

當(dāng)測(cè)試組件接收通道噪聲系數(shù)時(shí)，按圖3所示信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞的測(cè)試端口連接組件接收輸入端口，其他端口連接所需儀表設(shè)備，用計(jì)算機(jī)控制信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞選擇測(cè)試通路。噪聲源信號(hào)通過信號(hào)轉(zhuǎn)接中樞提供給組件接收輸入信號(hào)，接收輸出信號(hào)通過數(shù)據(jù)記錄設(shè)備采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。信號(hào)源、電源提供數(shù)字T/R組件工作所需的電源、時(shí)鐘及本振信號(hào)，定時(shí)產(chǎn)生設(shè)備將組件控制到相應(yīng)的工作狀態(tài)。運(yùn)行相應(yīng)測(cè)試程序進(jìn)行測(cè)試，其數(shù)據(jù)計(jì)算相關(guān)算法如下文所述。數(shù)字T/R組件與傳統(tǒng)組件的區(qū)別在于其輸出信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，所以接收通路的噪聲系數(shù)由模擬前端和AD的噪聲共同貢獻(xiàn)。

數(shù)字T/R組件和傳統(tǒng)T/R組件的噪聲定義是相同的，因此，可采用相同的測(cè)試計(jì)算方法：Y因子算法。文獻(xiàn)[6]提供了推導(dǎo)資料和計(jì)算公式，得出以下結(jié)論：Y因子即兩個(gè)噪聲功率的比值，一個(gè)為噪聲源打開時(shí)，被測(cè)件輸出的噪聲功率，另一個(gè)為噪聲關(guān)斷時(shí)，被測(cè)件輸出的噪聲功率。

(1)

多次打開關(guān)斷噪聲源，分別得到兩組噪聲功率數(shù)據(jù)，求平均

(2)

噪聲探頭超噪比已知，被測(cè)件噪聲系數(shù)NF為

(3)

4　系統(tǒng)集成和試驗(yàn)

系統(tǒng)軟件采用本公司自主研發(fā)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通用軟件平臺(tái)作為該系統(tǒng)的測(cè)試軟件平臺(tái)，在此平臺(tái)上針對(duì)數(shù)字T/R組件進(jìn)行測(cè)試程序開發(fā)。軟件測(cè)試界面如4圖所示。

圖4　軟件測(cè)試界面

目前該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已投入實(shí)際使用，其硬件系統(tǒng)實(shí)物如圖5所示。

圖5　數(shù)字T/R組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

5　結(jié)束語

本文介紹的數(shù)字T/R組件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有儀器自檢，組件性能測(cè)試等功能。該設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用在一種型號(hào)數(shù)字T/R組件的研發(fā)測(cè)試上。實(shí)際應(yīng)用表明：該系統(tǒng)的使用縮短了組件的測(cè)試時(shí)間，減輕測(cè)試人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率，對(duì)于其他雷達(dá)組件的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的借鑒價(jià)值。

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馬志翔男，1986年生，工程師。研究方向?yàn)槲⒉y(cè)試系統(tǒng)集成。

Design of Automatic Test System for Digital T/R Modules

MA Zhixiang

(Nanjing Glarun-Atten Technology Co. Ltd., Nanjing 210013, China)

Digital T/R module is an important part of the digital array radar. Due to the high degree of integration and large amount of test items in digital T/R modules,automatictest systemis necessary during development or production test.In order to meet the test requirements of digital T/R module,an automatic test system is introduced in this paper,including the design scheme,test method of parameter,systemintegration and test . This system has been applied for the testing of digital T/R modules.

digital array radar; digital T/R module; automatic test system

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2016.09.019

馬志翔Email：345501666@qq.com

2016-04-20

2016-06-22

TN957.52

A

1004-7859(2016)09-0092-03