某搜索雷達(dá)天線座專用檢測設(shè)備設(shè)計

周帥文 張麗娟 劉 潔

(1.西安電子工程研究所 西安 710100;2.武警工程大學(xué)軍事基礎(chǔ)教育學(xué)院 西安 710086;3.西安市射頻綜合仿真重點實驗室 西安 710100)

0 引言

雷達(dá)天線座是雷達(dá)系統(tǒng)非常重要的一部分,在雷達(dá)系統(tǒng)工作過程中,能夠利用它實現(xiàn)雷達(dá)天線的運轉(zhuǎn)、定位、定向等功能,并完成在轉(zhuǎn)動狀態(tài)下各種信號的傳送任務(wù)[1-2]。在日常使用過程中,天線座不可避免地會出現(xiàn)故障,為了提高檢測維修能力,配備專用的檢測設(shè)備是必不可少的[3]。專用的檢測設(shè)備不僅能夠使雷達(dá)天線座完成快速維修,保障雷達(dá)系統(tǒng)正常使用,同時也能減少維修人員的工作量。

本文針對某搜索雷達(dá)天線座設(shè)計了一種專用檢測設(shè)備,該設(shè)備主要用于測試?yán)走_(dá)天線座的功能和特性,主要包括雷達(dá)天線座的力矩、編碼鏈路、電機電流特性、天線升降和鎖定回路等項目的功能和特性的測試。通過測試,我們可以判定雷達(dá)天線座系統(tǒng)及其各個工作單體是否故障,如果存在故障,可以根據(jù)相關(guān)技術(shù)條件,完成對雷達(dá)天線座的維修。

1 主要功能

為了達(dá)到該搜索雷達(dá)天線座檢測維修的要求,實現(xiàn)雷達(dá)天線座功能和特性的測試,在設(shè)計專用檢測設(shè)備的過程中,對該設(shè)備提出了以下功能的要求:

1)實現(xiàn)天線座方位軸力矩測試;

2)實現(xiàn)天線方位、俯仰工作功能測試;

3)能夠測量驅(qū)動控制信號參數(shù);

4)實現(xiàn)天線座的驅(qū)動特性測試,采集編碼數(shù)據(jù),完成編碼器工作特性測試;

5)產(chǎn)生檢測所需的電源。

2 專用檢測設(shè)備設(shè)計

2.1 系統(tǒng)組成及工作原理

為了實現(xiàn)專用檢測設(shè)備的主要功能,根據(jù)實際需求,該專用檢測設(shè)備主要由機柜、維修設(shè)備、測試計算機、專用測試附件、測試軟件等組成。其中維修設(shè)備主要由驅(qū)動組合、模擬操控裝置、力矩測試裝置、編碼測試裝置、1M信號源、PLCC20-DIP轉(zhuǎn)接座等組成;專用測試附件主要由天線座安裝架及工作臺、配電裝置、專用測試電纜、數(shù)字秒表、數(shù)字多用表等組成;測試軟件主要由設(shè)備自檢軟件、專用檢測軟件、PC104開發(fā)軟件、編碼軟件、數(shù)據(jù)采集分析軟件等組成。雷達(dá)天線座專用檢測設(shè)備硬件組成框圖如圖1所示,測試軟件組成框圖如圖2所示。

圖1 天線座專用檢測設(shè)備硬件組成框圖

圖2 天線座測試軟件組成框圖

使用該專用檢測設(shè)備對雷達(dá)天線座進(jìn)行檢測維修時,首先利用驅(qū)動組合提供伺服驅(qū)動電流,使用模擬操控裝置操作控制驅(qū)動天線方位、俯仰動作,通過力矩測試裝置測量雷達(dá)天線座伺服系統(tǒng)方位軸力矩,通過PC104開發(fā)器進(jìn)行采集天線座的驅(qū)動特性、編碼數(shù)據(jù)等,并利用測試計算機對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,從而得出檢測結(jié)論,然后按照相關(guān)的技術(shù)條件,完成雷達(dá)天線座的維修。天線座專用檢測設(shè)備檢測工作原理框圖如圖3所示。

圖3 天線座專用檢測設(shè)備工作原理框圖

2.2 供電設(shè)計

雷達(dá)天線座專用檢測設(shè)備的供電輸入為了滿足不同模塊的供電需求同時保證用電安全,將其設(shè)計成了兩部分,分別為單相供電220V/50Hz和三相供電220V/400Hz。其中單相供電220V/50Hz經(jīng)過電源模塊轉(zhuǎn)變成+28V直流電源,給檢測設(shè)備中需要的組合供電,三相供電220V/400Hz則是直接給驅(qū)動組合供電。供電設(shè)計框圖如圖4所示。

圖4 供電設(shè)計框圖

2.3 硬件設(shè)計

雷達(dá)天線座專用檢測設(shè)備硬件的設(shè)計是本文主要內(nèi)容之一。在設(shè)計過程中,為了減少一定的工作量,部分硬件選用了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備組合,所以不需要再進(jìn)行繁瑣的設(shè)計。下面將主要介紹測試機柜、模擬操控裝置、力矩測試裝置、編碼測試裝置、以及專用測試附件等硬件的設(shè)計。

2.3.1 測試機柜設(shè)計

測試機柜的主要作用是放置專用檢測設(shè)備除天線座安裝架外的各個組合,包括測試計算機、系統(tǒng)配電單元、操控單元、顯示器以及其它測試裝置和測試電纜等設(shè)備。測試機柜的設(shè)計應(yīng)該以相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和軍用標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計的基本依據(jù)[4],并結(jié)合自己的實際需求,使測試機柜便于使用和測試,因此本文選用標(biāo)準(zhǔn)機柜并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。測試計算機放置于測試機柜的第一層,模擬操控裝置放置于第二層,顯示器和鼠標(biāo)鍵盤等設(shè)備放置于第三層,驅(qū)動組合和編碼測試裝置等設(shè)備放置于第四層,測試電纜則是合理排布在測試機柜內(nèi)并引出與雷達(dá)天線座的接口。

2.3.2 模擬操控裝置設(shè)計

模擬操控裝置是專用檢測設(shè)備的主要控制單元,利用操控裝置可以實現(xiàn)對檢測設(shè)備供電的控制,以及對搜索雷達(dá)天線座升降的控制,同時可以控制搜索雷達(dá)的工作狀態(tài)。另外,為了顯示天線的實時狀態(tài),在操作面板上增加了顯示燈,便于維修人員進(jìn)行觀察。

2.3.3 力矩測試裝置設(shè)計

該專用檢測設(shè)備的主要功能之一就是實現(xiàn)天線座方位軸力矩測試,因此力矩測試裝置的設(shè)計是必不可少的。天線座方位軸工作時,由于軸承摩擦力矩的存在會引起方位軸的扭轉(zhuǎn)變形,所以可以根據(jù)扭矩變形來確定扭矩的大小,即方位軸的力矩[5]。為了便于使用和操作,在力矩測試裝置的設(shè)計過程中,本文選擇較為直觀的彈簧秤進(jìn)行測試,將彈簧秤與天線座方位軸之間的工裝連接好后,控制方位軸的運動,通過彈簧秤的測量即可得到方位軸力矩的大小。其測試流程圖如圖5所示。

圖5 力矩測試流程

2.3.4 編碼測試裝置設(shè)計

雷達(dá)天線座在進(jìn)行天線方位、俯仰動作時,其驅(qū)動特性和編碼數(shù)據(jù)是重要的參數(shù),為了實現(xiàn)天線座驅(qū)動特性和編碼器工作特性的測試,本文的專用檢測設(shè)備需要一個編碼測試裝置。PC104是一個具有靈活擴展性的平臺,在很多行業(yè)內(nèi)都有著廣泛的應(yīng)用[6]。所以利用該專用檢測設(shè)備對雷達(dá)天線座編碼進(jìn)行測試時,將檢測設(shè)備與天線座連接后,給系統(tǒng)上電,驅(qū)動天線進(jìn)行運動,利用PC104開發(fā)器進(jìn)行編碼采集,然后利用測試計算機對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,從而得出檢測結(jié)論。其驅(qū)動與編碼一致性處理流程如圖6所示。

圖6 驅(qū)動及編碼一致性處理流程

2.3.5 專用測試附件設(shè)計

專用檢測附件是由多個設(shè)備組合而成,其中配電裝置和專用測試電纜均選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備組合,搜索雷達(dá)天線座安裝架需要進(jìn)行單獨設(shè)計。安裝架主要用于安裝雷達(dá)天線座,保證其工作環(huán)境和總站一致。安裝架的設(shè)計主要涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計,這里不再贅述。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

專用檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括兩部分,由搜索雷達(dá)天線座安裝架結(jié)構(gòu)設(shè)計和測試機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計組成。

2.4.1 天線座安裝架結(jié)構(gòu)設(shè)計

搜索雷達(dá)天線座安裝架主要由柜體、吊環(huán)、調(diào)整座、腳輪等組成。為了考慮其使用的便利性,在安裝架柜體頂部設(shè)計了轉(zhuǎn)接板,用于安裝、固定搜索雷達(dá)天線座,在頂部四角也設(shè)計了四個吊環(huán),用于安裝架整體裝卸運輸。另外,在安裝架柜體底部設(shè)計了調(diào)整座用于工作時支撐整個測試工裝,同時可以調(diào)整機柜高低確保天線座水平,腳輪則是用于調(diào)整機柜位置。設(shè)計過程中,安裝架結(jié)構(gòu)均按照天線座的所需承重、安裝尺寸和工作要求進(jìn)行設(shè)計,以此保證維修檢測的安全,同時便于檢測維修時的安裝和拆卸。搜索雷達(dá)天線座安裝架示意圖如圖7所示。

圖7 搜索雷達(dá)天線座安裝架示意圖

2.4.2 測試機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計

測試機柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在選用了標(biāo)準(zhǔn)機柜的基礎(chǔ)上,并結(jié)合自己的使用需求進(jìn)行了改進(jìn)。主要包括了專用檢測設(shè)備各組合的安裝位置和安裝架,在頂部和背部設(shè)計了散熱口和風(fēng)機,底部安裝了帶有鎖定功能的萬向輪,便于移動,在雷達(dá)天線座檢測維修時可鎖死。專用檢測設(shè)備測試機柜示意圖如圖8所示。

圖8 專用檢測設(shè)備測試機柜示意圖

2.5 軟件設(shè)計

測試軟件采用了基于Windows的用戶界面框架的WPF,它能為開發(fā)人員在文檔、媒體和用戶界面設(shè)計方面提供各種解決方案[7]。WPF可以將界面和代碼分離開,開發(fā)人員利用C#語言來編寫邏輯代碼,更加便于開發(fā)和維護,同時為使用人員提供了簡潔明了的測試軟件界面和使用方法。測試軟件主界面主要包括六個部分:頂部標(biāo)題欄、檢測項目菜單、測試內(nèi)容顯示框、設(shè)備狀態(tài)顯示欄、軟件反饋欄和檢測日志欄。其分布如圖9所示。

圖9 測試軟件主界面示意圖

3 試驗情況

為了驗證該搜索雷達(dá)天線座專用檢測設(shè)備的性能,對其進(jìn)行了試驗驗證。將天線座安裝在天線座安裝架上,連接好線纜,在能正常供電后,調(diào)好各設(shè)備性能狀態(tài),依次對天線座方位軸力矩、天線升降和鎖定功能以及編碼特性進(jìn)行了測試,同時還測量了驅(qū)動控制信號參數(shù)。通過試驗測試,證明了該專用檢測設(shè)備的主要功能均能實現(xiàn),能夠很好地對該搜索雷達(dá)天線座進(jìn)行維修檢測。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)某搜索雷達(dá)天線座使用過程中存在故障的可能,設(shè)計了一款專用的維修檢測設(shè)備。首先介紹了該專用檢測設(shè)備的主要功能,然后介紹了其系統(tǒng)組成和工作原理、供電設(shè)計、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計這幾個方面,最后通過實際的試驗進(jìn)而驗證了該專用檢測設(shè)備的實用性和便捷性,有效提高了某搜索雷達(dá)天線座的檢測維修效率,具有較好的工程實用價值。