基于PXI總線的IFM測試系統(tǒng)

羅建龍，秦海峰，吳巖

（中國電子科技集團第二十九研究所,四川成都，610000）

1 IFM 接收機簡介

1.1 IFM 接收機原理

瞬時測頻（IFM）接收機為變換法測頻接收機的一種。它首先對信號進行自相關(guān)運算將頻率變換為相位，通過測量量化后的相位值實現(xiàn)測頻。它在頻域上是寬開的，具有高截獲概率，且可獲得高測頻精度和頻率分辨力，因此在電子情報偵察系統(tǒng)和電子支援偵察系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[1]。

實現(xiàn)瞬時測頻的方法有很多種，根據(jù)機理，可以歸納為兩大類如圖1、2。第一類是把待測頻率信息轉(zhuǎn)化為幅度信息，或者先將頻率信息轉(zhuǎn)化為相位信息，然后轉(zhuǎn)化為幅度信息，通過測量幅度信息來映射到頻率信息，從而實現(xiàn)測頻。第二類是將待測信號進行采樣變成數(shù)字信息，然后通過對數(shù)據(jù)的處理、運算或者頻率信息，滿足“待測頻率-采樣量化-運算測頻”的過程，這類測頻也叫做單比特測頻[2]。

圖1 原理圖

1.2 IFM 接收機指標

IFM 接收機眾多，根據(jù)不同電子戰(zhàn)系統(tǒng)的需求，具有不同的測試指標。

本論文所研究的基于PXI 的IFM 測試系統(tǒng)只針對頻率適應(yīng)范圍與測頻精度測試指標。

頻率適應(yīng)范圍：通常指某一特定頻率，IFM 接收機對該頻率的任意制定分辨率的頻率都能測試出其頻率值（一般情況下根據(jù)頻段范圍規(guī)定測試步進，并不需要以分辨率為步進進行測試）。

圖2 原理圖

測頻精度：通常指在頻率適應(yīng)范圍中規(guī)定的每一頻點的測試值與信號源輸入的頻率值之間的差值，差值不能搞過一定范圍，同時所有頻點差值的均方根也不能超過一定范圍[3]。

2 IFM 測試系統(tǒng)

針對IFM 頻率適應(yīng)范圍以及測頻精度的測試，系統(tǒng)系統(tǒng)主要包括提供供電的電源單元，提供射頻信號的激勵單元，提供頻率數(shù)字信號的采集單元，以及整個系統(tǒng)邏輯控制的主控單元。IFM 測試系統(tǒng)框架如圖3 所示。

圖3 IFM 測試系統(tǒng)框架

主控單元主要：提供各PXI 功能板卡插槽的PXI 機箱以及能夠搭載Labview 開發(fā)環(huán)境的控制器。

電源單元：供電電壓范圍-30V~30V， 3 路電壓同時供電，供電允許誤差范圍為電壓值±5%，模塊工作電流各電壓下均小于0.5A。

數(shù)據(jù)采集單元：15 位離散TTL，相應(yīng)時間小于0.05s（基于2~18GHz 最寬頻段，1MHz 分辨率的IFM 接收機來選擇。2~18GHz 頻段，1MHz 分辨力對應(yīng)頻率碼數(shù)量為16000，對應(yīng)的最少離散線數(shù)量為14（2^14 =16384），CP 占用1 根離散線，所以數(shù)據(jù)采集單元需要提供的最少DIO 數(shù)量為15 位。為了提高IFM 接收機的測試效率，每個測試頻點的切換時間需要降低到0.05s，所以對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)響應(yīng)時間也需要小于0.05s）。

激勵單元： 0.5GHz~18GHz 的頻率范圍，3us~20ms/ 0.1us~1ms 的重頻/脈寬范圍，頻率精度需要優(yōu)于0.1MHz，重頻分辨率優(yōu)于0.1us，脈寬精度優(yōu)于0.01us。

3 PXI 總線系統(tǒng)集成

3.1 硬件集成

3.1.1 主控單元

由于電源單元，激勵單元以及采集單元所要用到的PXI板卡可能會有PXI 和PXIe 兩種接口，而且考慮到未來該測試系統(tǒng)的擴展性，所以考慮提供18 個接口的 NI PXIe-1085 機箱，控制器采用中等配置的控制器NI PXIe-8135。

3.1.2 電源單元

根據(jù)電源單元的需求，目前沒有單獨的PXI 板卡滿足，所以只能考慮使用多個PXI 板卡組合完成。NI PXIe-4112 板卡提供2 通道，每通道60V/1A 的電源輸出，通過2 塊NI PXIe-4112 板卡組合即可輸出4 路60V/1A 的電源輸出，滿足電源單元的需求，所以考慮使用2 塊NI PXIe-4112 板卡組成電源單元。

3.1.3 數(shù)據(jù)采集單元

根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元的TTL 離線接口數(shù)量以及響應(yīng)時間的需求，NI PXI-6509 可以滿足需求。NI PXI-6509 總共提供96 路TTL IO 接口，每8 位IO 接口一組可以分別單獨編程控制，同時該模塊的響應(yīng)時間可以達到1ms，滿足數(shù)據(jù)采集單元的需求。

3.1.4 激勵單元

根據(jù)激勵單元提供0.5GHz~18GHz 范圍、1MHz 精度的頻率，3us~20ms/0.1us~1ms 范圍、1us/0.1us 精度的重頻/脈寬，PXI 產(chǎn)品中的NI PXIe-5654 和NI PXIe-5696 組合成的快速切換RF 信號生成器可以滿足要求。

3.1.5 硬件集成

根據(jù)IFM 測試系統(tǒng)功能單元需求，選用1 個NI PXIe-1085 機箱和1 個NI PXIe-8135 控制器作為主控單元，選用2塊NI PXIe-4112 板卡作為電源單元，選用NI PXI-6509 作為采集單元，選用NI PXIe-5654 和NI PXIe-5696 組合成的快速切換RF 信號生成器作為激勵單元，硬件清單如表1 所示。

表1 硬件清單

3.2 軟件集成

基于PXI 的IFM 測試系統(tǒng)軟件主要配合基于PXI 的IFM測試系統(tǒng)硬件完成多種IFM 接收機的測試，主要包含根據(jù)不同IFM 產(chǎn)品配置測試參數(shù)，測試過程執(zhí)行，測試過程監(jiān)控，測試狀態(tài)顯示，測試結(jié)果分析，測試結(jié)果顯示等功能。整體測試軟件框架如圖4 所示。

圖4 整體測試軟件框架

4 結(jié)束語

基于PXI 的IFM 測試系統(tǒng)替代了以往由傳統(tǒng)臺式工控機、臺式信號源、臺式電源與定制TTL 轉(zhuǎn)換板卡組成的測試系統(tǒng)，系統(tǒng)價格及便攜性都得到了有效提升。同時該測試系統(tǒng)是典型的平臺產(chǎn)品，可以通過簡單的改造，就能變?yōu)槠渌a(chǎn)品的測試系統(tǒng)，具有極強的擴展性。