一種精密跟蹤雷達(dá)的ATE設(shè)計(jì)

李 龍 胡振平 萬(wàn) 軍

(中國(guó)兵器裝備集團(tuán)(成都)火控技術(shù)中心 成都 611731)

0 引言

作為防空火控雷達(dá)的單脈沖精密跟蹤雷達(dá)，是近程防御系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)“信息化”、“數(shù)字化”的迅速發(fā)展[1]，各新技術(shù)、新器件(集成電路)和新工藝應(yīng)用于雷達(dá)裝備的設(shè)計(jì)制造中，雷達(dá)總架構(gòu)及其分機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)愈加精細(xì)和復(fù)雜[2-3]，雷達(dá)各項(xiàng)戰(zhàn)技指標(biāo)和自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對(duì)雷達(dá)的可靠性提出了更高的挑戰(zhàn)，這給雷達(dá)故障的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)提出了更高的要求。跟蹤雷達(dá)主要由天饋線系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、接收機(jī)、信號(hào)處理、頻率綜合器、伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和控制終端等組成，隨雷達(dá)設(shè)備使用年限增加，貯存環(huán)境不同以及工作溫度濕度變化等因素的影響，雷達(dá)各組成都有可能出現(xiàn)故障，一個(gè)簡(jiǎn)單的故障就可能影響雷達(dá)的目標(biāo)跟蹤性能。為使雷達(dá)性能在其工作期間處于規(guī)定的技術(shù)范圍內(nèi)，需采用相應(yīng)手段對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行快速準(zhǔn)確地檢測(cè)、故障定位和排除，以確保雷達(dá)全壽命周期的良好作戰(zhàn)狀態(tài)[4-7]。針對(duì)跟蹤雷達(dá)裝備保障需求，基于其自身資源，給出了一種精密跟蹤雷達(dá)的ATE檢測(cè)方法，通過(guò)某精密跟蹤雷達(dá)的工程試驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性，適用于雷達(dá)設(shè)備的后期檢測(cè)維護(hù)，可幫助維護(hù)人員快速準(zhǔn)確判斷故障的原因，提高故障診斷的效率。

1 主要組成及功能

集各電子和機(jī)械設(shè)備于一體集成度越來(lái)越高的精密跟蹤雷達(dá)，隨防御系統(tǒng)轉(zhuǎn)換各陣地，由于所處地域、溫度、濕度等環(huán)境差異大，增加了設(shè)備出現(xiàn)故障的可能，導(dǎo)致雷達(dá)的故障具有隨機(jī)性和不確定性。雷達(dá)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障的快速定位、排除，是保證雷達(dá)可靠、穩(wěn)定工作的重要條件[8-9]。

基于跟蹤雷達(dá)自身資源設(shè)計(jì)的ATE檢測(cè)主要由雷達(dá)設(shè)備、便攜式工裝(加固便攜式電腦)、連接線纜及檢測(cè)軟件(用戶界面)組成，是在其自身硬件設(shè)備的支持下完成的，主要功能是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測(cè)試和故障診斷維護(hù)，通過(guò)檢測(cè)雷達(dá)電氣參數(shù)指標(biāo)、工作狀態(tài)指示，可在線對(duì)雷達(dá)的工作狀態(tài)、故障檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷。詳述如下：

1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

在雷達(dá)工作時(shí)，完成對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合狀態(tài)的實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)即實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是在雷達(dá)工作過(guò)程中，依據(jù)各分系統(tǒng)及組合的BIT信息，對(duì)雷達(dá)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和功能檢查，并將故障隔離至可更換單元LRU(組合或功能組件)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以確定雷達(dá)是否處于正常狀態(tài)，為操控手做出雷達(dá)能否繼續(xù)作戰(zhàn)的決定提供依據(jù)。

2)測(cè)試維護(hù)

在雷達(dá)非戰(zhàn)時(shí)，完成對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合的功能全面檢查、故障自動(dòng)定位，發(fā)現(xiàn)并提示故障即測(cè)試維護(hù)。維護(hù)和維修測(cè)試是非實(shí)時(shí)測(cè)試，是在雷達(dá)非戰(zhàn)時(shí)，通過(guò)多種方法(測(cè)試方法庫(kù))檢查測(cè)試，對(duì)雷達(dá)分系統(tǒng)進(jìn)行全面的功能、性能檢查測(cè)試和各組合的功能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)并指示雷達(dá)系統(tǒng)、組合和LRU的故障顯示，對(duì)設(shè)備故障診斷定位，為維護(hù)人員很好的定位問(wèn)題提供幫助，提高故障修護(hù)的效率。

2 檢測(cè)流程及過(guò)程

雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測(cè)試和故障診斷維護(hù)是一個(gè)較復(fù)雜的過(guò)程，只有對(duì)雷達(dá)信號(hào)流程和特點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)狀態(tài)ATE檢測(cè)方法的全面準(zhǔn)確設(shè)計(jì)[10]。跟蹤雷達(dá)的ATE檢測(cè)主要由雷達(dá)各分系統(tǒng)及組合內(nèi)部節(jié)點(diǎn)、CAN總線和控制終端用戶人機(jī)界面組成，檢測(cè)實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。數(shù)據(jù)處理(通訊控制)負(fù)責(zé)采集雷達(dá)系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合之間的BIT信息和功能性能檢測(cè)信息，雷達(dá)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)通訊采用串口實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)處理(通訊控制)將雷達(dá)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息BIT經(jīng)CAN總線送至用戶的控制終端，也可將雷達(dá)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息BIT和功能性能檢測(cè)信息經(jīng)以太網(wǎng)絡(luò)送至用戶完成圖形化顯示。

圖1 ATE檢測(cè)實(shí)現(xiàn)流程示意圖

在雷達(dá)戰(zhàn)時(shí)工作過(guò)程中，通過(guò)CAN總線方式實(shí)時(shí)收集雷達(dá)各分系統(tǒng)及組合的BIT信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；在雷達(dá)非戰(zhàn)時(shí)工作過(guò)程中，檢測(cè)軟件(用戶界面)經(jīng)便攜式工裝通過(guò)外接網(wǎng)線連接于雷達(dá)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合的測(cè)試維護(hù)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 檢測(cè)界面

跟蹤雷達(dá)的ATE檢測(cè)方法軟件開(kāi)發(fā)工具使用Visual C++ 10.0，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2010[11]。用戶軟件界面如圖2所示，主要由BIT信息(實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè))和ATE檢測(cè)(功能、性能檢測(cè)信息)兩大部分組成。

BIT主要為雷達(dá)各分系統(tǒng)及組合(含TR組件、頻率綜合器、接收機(jī)、信號(hào)處理、伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和電源)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息；ATE檢測(cè)主要含組件接收通道檢測(cè)、組件發(fā)射移相器檢測(cè)、組件發(fā)射功率檢測(cè)、信處功能檢測(cè)、頻綜功能檢測(cè)、電源電壓檢測(cè)、接收通道增益控制檢測(cè)、SDI視頻功能檢測(cè)和雷達(dá)接收通道性能檢測(cè)，為雷達(dá)系統(tǒng)、各分系統(tǒng)及組合的功能全面檢查、故障自動(dòng)定位，發(fā)現(xiàn)并提示故障。

圖2 ATE檢測(cè)界面示意圖

3.2 檢測(cè)性能分析

1)組件接收通道檢測(cè)

組件接收通道檢測(cè)是對(duì)雷達(dá)接收通道(含頻綜、檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)、耦合器、TR組件R支路、接收機(jī)和信號(hào)處理)的性能(幅度)進(jìn)行檢測(cè)，主要是針對(duì)TR組件R支路的性能。組件接收通道檢測(cè)時(shí)，測(cè)試信號(hào)由頻綜經(jīng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)鏈路各組成分機(jī)進(jìn)入信號(hào)處理，以某一TR組件為例，測(cè)試信號(hào)沿圖3中加粗虛線方向進(jìn)行。

圖3 接收通道檢測(cè)流程示意圖

檢測(cè)開(kāi)始時(shí)，頻綜按測(cè)試時(shí)序的節(jié)拍生成測(cè)試RF(射頻)信號(hào)。RF信號(hào)沿檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)(單刀雙擲開(kāi)關(guān)K1、四功分器和耦合器)耦合進(jìn)TR組件R支路，再入接收機(jī)進(jìn)行混頻、低噪放和中頻濾波處理后輸出IF(中頻)信號(hào)至信號(hào)處理，信號(hào)處理對(duì)IF信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、下變頻以及數(shù)字正交解調(diào)，獲得I、Q信號(hào)，分離出各通道的測(cè)試響應(yīng)，通過(guò)計(jì)算逐一得到每個(gè)通道的幅度參數(shù)。以某精密跟蹤雷達(dá)的調(diào)試過(guò)程為例，接收通道的幅度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可看出， TR組件R支路接收增益一致性較高，且接收通道鏈路硬件差別不大。接收通道正常時(shí)，其測(cè)得的幅度值相差不大；若某一接收通道性能衰減或異常，此接收通道測(cè)得的幅度值明顯降低。因此，將各通道多次檢測(cè)的幅度測(cè)量數(shù)據(jù)作相對(duì)歸一化處理取差值，作為基準(zhǔn)值存入數(shù)據(jù)庫(kù)，依據(jù)合適門限(如3 dB)即可判定某一組件是否異常，并給出故障提示和維護(hù)建議，如圖4所示。

圖4 組件接收通道檢測(cè)結(jié)果(故障提示和維護(hù)建議)示意圖

2)組件發(fā)射移相器檢測(cè)

組件發(fā)射移相器檢測(cè)是對(duì)雷達(dá)TR組件T支路的移相器移相功能進(jìn)行檢測(cè)，基于雷達(dá)自身資源的收發(fā)通道共用檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)雷達(dá)發(fā)射通道(含頻綜、TR組件T支路、耦合器、檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)、接收機(jī)和信號(hào)處理)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)。組件發(fā)射移相器檢測(cè)時(shí)，測(cè)試信號(hào)由頻綜經(jīng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)鏈路各組成分機(jī)進(jìn)入信號(hào)處理，以某一TR組件為例，測(cè)試信號(hào)沿圖5中加粗虛線方向進(jìn)行(注：組件發(fā)射移相器檢測(cè)需在外場(chǎng)進(jìn)行)。

圖5 發(fā)射通道檢測(cè)流程示意圖

圖6 組件發(fā)射移相器檢測(cè)結(jié)果(故障提示和維護(hù)建議)示意圖

3)組件發(fā)射功率檢測(cè)

組件發(fā)射功率檢測(cè)是對(duì)雷達(dá)TR組件T支路的性能進(jìn)行檢測(cè)，其測(cè)試信號(hào)和檢測(cè)流程同“組件發(fā)射移相器檢測(cè)”。以某精密跟蹤雷達(dá)的調(diào)試過(guò)程為例，將各通道多次檢測(cè)的幅度測(cè)量數(shù)據(jù)作相對(duì)歸一化處理取差值，作為基準(zhǔn)值存入數(shù)據(jù)庫(kù)，依據(jù)合適門限(如3 dB)即可判定某一組件發(fā)射功率是否異常，同樣給出故障提示和維護(hù)建議(注：組件發(fā)射功率檢測(cè)需在外場(chǎng)進(jìn)行)。

4)信處功能檢測(cè)

信處功能檢測(cè)是對(duì)雷達(dá)信號(hào)處理的功能進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)開(kāi)始時(shí)，信號(hào)處理內(nèi)部自我模擬產(chǎn)生移動(dòng)目標(biāo)回波，將原始視頻送至用戶控制終端，通過(guò)人為觀測(cè)AR視頻顯示的目標(biāo)回波(如圖7所示)是否正常，即可判定信號(hào)處理功能是否異常。

圖7 AR視頻(目標(biāo)回波)示意圖

5)頻綜功能檢測(cè)

頻綜功能檢測(cè)是對(duì)雷達(dá)頻率綜合器的功能進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)始時(shí)，頻率綜合器內(nèi)部自我模擬產(chǎn)生移動(dòng)目標(biāo)回波，經(jīng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)、耦合器、TR組件R支路、接收機(jī)和信號(hào)處理，將原始視頻送至用戶控制終端，通過(guò)人為觀測(cè)AR視頻顯示的目標(biāo)回波(如圖7所示)是否正常，即可判定頻率綜合器功能是否異常。

6)電源電壓檢測(cè)

電源電壓檢測(cè)是對(duì)雷達(dá)設(shè)備輸入電源的電壓是否正常進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)開(kāi)始時(shí)，經(jīng)電源內(nèi)部檢測(cè)電路對(duì)輸入電源的電壓與正常標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，即可判定電源電壓是否異常，并給出故障提示，如圖8所示。

7)接收通道增益控制檢測(cè)

接收通道增益控制檢測(cè)是對(duì)雷達(dá)接收機(jī)的自動(dòng)增益控制(AGC)功能進(jìn)行檢測(cè)，其測(cè)試信號(hào)和檢測(cè)流程同“組件接收通道檢測(cè)”。以某精密跟蹤雷達(dá)的調(diào)試過(guò)程為例，通過(guò)增益指令(MGC)控制接收機(jī)的增益，分別對(duì)應(yīng)增益0 dB、10 dB和20 dB。經(jīng)計(jì)算逐一得到每個(gè)通道的幅度參數(shù)，以增益0 dB的接收檢測(cè)幅度為基準(zhǔn)，通過(guò)計(jì)算幅度差得到其余兩次增益的實(shí)測(cè)幅度值(如增益10 dB的實(shí)際幅度值ΔE=E10-E0)。取實(shí)測(cè)幅度值與理論幅度值之差(ΔE-10)，依據(jù)合適門限(如2 dB)即可判定接收機(jī)的AGC功能是否異常。

8)SDI視頻功能檢測(cè)

SDI視頻功能檢測(cè)是對(duì)雷達(dá)原始視頻(SDI視頻)的功能進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)始時(shí)，原始視頻內(nèi)部自我模擬產(chǎn)生移動(dòng)視頻信號(hào)，將原始視頻信號(hào)送至用戶控制終端，通過(guò)人為觀測(cè)AR視頻顯示的視頻信號(hào)是否正常，即可判定原始視頻功能是否異常。

9)雷達(dá)接收通道性能檢測(cè)

雷達(dá)接收通道性能檢測(cè)是對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)接收通道(含頻綜、檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)、耦合器、TR組件R支路、接收機(jī)和信號(hào)處理)的性能(幅度、相位)進(jìn)行檢測(cè)，其測(cè)試信號(hào)和檢測(cè)流程同“組件接收通道檢測(cè)”。以某精密跟蹤雷達(dá)的調(diào)試過(guò)程為例，將各通道多次檢測(cè)的幅度、相位測(cè)量數(shù)據(jù)作相對(duì)歸一化處理取差值，作為基準(zhǔn)值存入數(shù)據(jù)庫(kù)，依據(jù)合適門限(如3 dB、5°)即可判定某一接收通道是否異常。

4 結(jié)束語(yǔ)

為滿足某精密跟蹤雷達(dá)的檢測(cè)維修需求，保證雷達(dá)工作的可靠性和維修性能，在對(duì)其工作原理及過(guò)程分析的基礎(chǔ)上，基于雷達(dá)設(shè)備自身資源，給出了一種ATE檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)設(shè)備的快速、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和測(cè)試維護(hù)，大幅提升雷達(dá)故障的分析、定位和維修能力。某精密跟蹤雷達(dá)工程試驗(yàn)表明，該檢測(cè)方法具有測(cè)試過(guò)程安全、操作簡(jiǎn)單、故障快速定位等優(yōu)點(diǎn)，降低了雷達(dá)維護(hù)保障的難度和成本，為裝備檢測(cè)維修提供了強(qiáng)有力的支持和保障。