虛擬儀器技術(shù)在航空機(jī)載氣象雷達(dá)測(cè)試中的應(yīng)用

盧娜　張三愛

摘 要：該文以某系列機(jī)載氣象雷達(dá)為研究對(duì)象，闡述了虛擬儀器測(cè)試技術(shù)在航空機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)試驗(yàn)中的應(yīng)用。充分體現(xiàn)航空機(jī)載電子產(chǎn)品試驗(yàn)虛擬儀器技術(shù)成熟，且系統(tǒng)具備開放式的模塊化架構(gòu)，能夠靈活適應(yīng)產(chǎn)品更新升級(jí)，具有良好的通用性和擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器 自動(dòng)測(cè)試 數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（b）-0007-02

近年來，隨著科技迅速發(fā)展，虛擬儀器得到越來越廣泛的推廣，逐漸在機(jī)載雷達(dá)測(cè)試中得到應(yīng)用。該文介紹虛擬儀器的基本組成，并對(duì)它在目前機(jī)載雷達(dá)試驗(yàn)測(cè)試中的應(yīng)用做了分析，為虛擬儀器在機(jī)載電子設(shè)備中應(yīng)用的試驗(yàn)提供依據(jù)，機(jī)載電子設(shè)備裝機(jī)前不僅要檢查其自身功能，還要對(duì)于相互交聯(lián)設(shè)備的信息正確性進(jìn)行檢查，這就需要虛擬儀器來進(jìn)行仿真模擬。所以虛擬儀器為機(jī)載雷達(dá)試驗(yàn)軟件化、智能化提供了技術(shù)支持。

1 虛擬儀器概念

虛擬儀器是在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上通過增加軟件和硬件構(gòu)建[1]，具有可視化界面的儀器。實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)，結(jié)合模塊化硬件和靈活軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析和輸出等，完成各種指標(biāo)測(cè)試，給人們帶來很多便利。其構(gòu)架主要是計(jì)算機(jī)、硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件等。計(jì)算機(jī)是虛擬儀器的核心，為軟件開發(fā)提供應(yīng)用環(huán)境。硬件平臺(tái)由控制模塊、測(cè)試設(shè)備、信號(hào)產(chǎn)生模塊等組成，一般對(duì)信息進(jìn)行采集、檢測(cè)放大、整形、濾波等；軟件部分在虛擬儀器中占重要地位，包括虛擬儀器應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)、儀器驅(qū)動(dòng)程序、信號(hào)處理技術(shù)等。

開發(fā)平臺(tái)：開發(fā)平臺(tái)作為虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái)，在軟件開發(fā)中起著重要作用。它是圖形化編程系統(tǒng)，在機(jī)載設(shè)備試驗(yàn)中應(yīng)用比較廣泛。用虛擬進(jìn)行編程，不用寫程序代碼，直接選用流程圖，這樣很方便快捷。流程圖節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)流向決定虛擬儀器執(zhí)行順序，是不需用語言控制的。這樣可使測(cè)試人員與開發(fā)人員間很好地交流，有效提高工作效率。

當(dāng)今科技迅速發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用，在機(jī)載電子設(shè)備測(cè)試中的應(yīng)用逐步增加。以下以某型機(jī)載氣象雷達(dá)為例，介紹該技術(shù)在航空測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用。

某型機(jī)載氣象雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)連接框圖如圖1所示，包括供電單元、試驗(yàn)平臺(tái)、控制模塊、天線模塊、收發(fā)系統(tǒng)、綜合模擬儀、功率配置單元、信號(hào)處理單元、控制計(jì)算機(jī)。其中以試驗(yàn)平臺(tái)和控制主機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)硬件連接及數(shù)據(jù)采集處理顯示等。

2 系統(tǒng)概況

供電單元為試驗(yàn)系統(tǒng)提供可靠穩(wěn)定的試驗(yàn)電源，品質(zhì)要好，且電壓、電流可實(shí)時(shí)監(jiān)控防止異常。試驗(yàn)平臺(tái)提供硬件連接、測(cè)試通道及端口，可直接測(cè)試部分雷達(dá)參數(shù)信息?？刂颇K雷達(dá)系統(tǒng)工作模式及狀態(tài)進(jìn)行選擇，并設(shè)置雷達(dá)所需距離參數(shù)、模式等。天線模塊完成電磁波信號(hào)對(duì)空間的等效輻射；收發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生和接收高頻雷達(dá)信號(hào)；綜合模擬儀用來模擬雷達(dá)的各種回波信號(hào)，經(jīng)過功率配置從中提取信息強(qiáng)度、頻率、重復(fù)頻率、功率等；信號(hào)處理單元接收收發(fā)系統(tǒng)送來的雷達(dá)回波信號(hào)及控制單元送來的狀態(tài)離散量[2]，將這些信息采樣量化、積累、編碼后寫入緩沖存儲(chǔ)器，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出等。主控計(jì)算機(jī)主要起控制作用，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，完成雷達(dá)的重要指標(biāo)顯示、存儲(chǔ)等。控制計(jì)算機(jī)完成雷達(dá)總線數(shù)字信號(hào)、雷達(dá)畫面信息參數(shù)的取樣采集，并進(jìn)行精密解算，轉(zhuǎn)換為具有可讀性的雷達(dá)性能指標(biāo)值、狀態(tài)字符輸送給主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示。

2.1 硬件部分

硬件部分主要是以試驗(yàn)平臺(tái)為中心實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)各模塊的連接，并可控制雷達(dá)實(shí)現(xiàn)部分技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試，試驗(yàn)平臺(tái)與試驗(yàn)電纜融于一體。系統(tǒng)電源送來的+28 V直流電和115 V交流電，分別經(jīng)+28 V、115 V開關(guān)、指示燈、數(shù)顯表等控制，最終輸送到各個(gè)分系統(tǒng)。試驗(yàn)平臺(tái)也可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)的部分技術(shù)指標(biāo)測(cè)試，如雷達(dá)系統(tǒng)輸出低電壓、天線掃描信號(hào)、信號(hào)處理模塊的觸發(fā)信號(hào)、視頻信號(hào)等技術(shù)指標(biāo)均可從平臺(tái)上的相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)測(cè)得。同時(shí)，試驗(yàn)平臺(tái)還提取雷達(dá)系統(tǒng)的許多可監(jiān)測(cè)控制信號(hào)，為雷達(dá)系統(tǒng)故障的診斷定位、排查奠定了一定的基礎(chǔ)。

2.2 軟件部分

測(cè)試系統(tǒng)軟件包括：控制界面、程序控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等。軟件控制系統(tǒng)是利用測(cè)試軟件將雷達(dá)系統(tǒng)與硬件集成于一體，提供切實(shí)可行的測(cè)試及計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的控制及模擬和對(duì)測(cè)試信息（數(shù)據(jù)）的采樣，最后進(jìn)行參數(shù)解算、處理，使雷達(dá)信息及畫面疊加顯示或列表顯示。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)軟件控制框圖見圖2。

3 結(jié)語

隨著航空機(jī)載電子設(shè)備的不斷推進(jìn)、發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)也迅速更新?lián)Q代。所以機(jī)載雷達(dá)的虛擬測(cè)試技術(shù)也要求不斷升級(jí)改進(jìn)。這也更能凸顯出虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)、性能高、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，不僅大大縮短了飛機(jī)試驗(yàn)時(shí)間和投放市場(chǎng)的時(shí)間，還提高了試驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)的可靠性和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與實(shí)際機(jī)載設(shè)備信號(hào)相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足各機(jī)載試驗(yàn)項(xiàng)目需要，而且測(cè)試系統(tǒng)操作靈活、性能穩(wěn)定、故障診斷分析準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦樹人，尹愛軍，劉小峰.現(xiàn)代虛擬儀器[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2] 蔡成仁.現(xiàn)代氣象雷達(dá)[M].中國民航出版社，2004.