某雷达检测维修设备开发与技术研究

肖开健 李万玉 游 俊 周 洪

(1.西安电子工程研究所 西安 710100;2.西安市射频综合仿真重点实验室 西安 710100)

0 引言

随着技术的发展, 近年来列装部队的雷达都采用了较为先进的技术,数字化、集成化程度越来越高,造价昂贵。当雷达发生故障后,立即失去了作战效能。当雷达产品发生故障后,及时修复雷达装备故障,保持雷达装备正常工作,对于保障战争胜利至关重要。如果单一依靠雷达本身的自检系统(BIT),但由于受系统的设计的可靠性和成本的限制, 雷达BITE功能很有限,实际上很难达到很高的故障检测率和隔离率, 无法满足雷达产品维修的需要。

因此研究开发高效的维修检测设备,提供雷达的综合检测、诊断和维修能力很有必要。

本文以某雷达维修为研究对象,研制开发了包括雷达总站、信号处理系统、频率综合系统、伺服系统等检测设备。主要用于搜索雷达、跟踪雷达总站标定和功能验证,搜索雷达天线座、稳定跟踪器、信号处理机、频综、接收机、数据处理机等系统模块或分系统进行预防性维修期间以及更换部分单元后,对其进行功能、性能检测、故障检测、隔离、定位等,为现场检测、维修、调试和交验提供便捷条件。该产品以智能、简单实用、快速检测等设计思想为总体设计原则,可以快速对测试产品进行性能测试、故障检测以及雷达站参数标定等[1]。

1 国内维修检测方法

目前国内雷达维修设备的的主要技术大致有三种[2]:

1) 依托雷达自身的自检系统(BIT)。可以在雷达工作过程中,快速自动检出雷达的故障并进行隔离可更换单元,可以实现快速的换件维修。但由于受系统的设计的可靠性和成本的限制, 雷达BITE功能很有限, 实际上很难达到很高的故障检测率和隔离率, 无法满足雷达产品维修的需要。

2) 基于通用仪器仪表构建测试平台。采用通用的信号源、频谱仪、示波器等仪器仪表构建测试平台,通过人工按照设备的工作原理进行检测、记录、进行故障判断和故障隔离。这种方法相对第一种技术,可以达到很高的故障检测率和隔离率。但对维修人员的专用知识要求很高,无法进行大面积推广[3]。

3) 研发专用的检测维修设备和智能、自动化的专用检测软件。这种方法可以解决第一种技术带来的很低的故障检测率、隔离率的问题,和第二种技术对维修人员专业知识较高的要求。在专用检测软件的控制下,可以轻松准确地进行故障检测和隔离。

2 主要功能

为了全面保障维修该产品两型雷达(包括搜索雷达和跟踪雷达),提高产品维修较高的覆盖率。该系统不但覆盖了搜索雷达、跟踪雷达总站标定和调试维修等功能外,还覆盖了搜索雷达天线座、稳定跟踪器、搜索雷达信号处理机、跟踪雷达信号处理机、搜索雷达频综、跟踪雷达频综、搜索雷达接收机、跟踪雷达接收机、数据处理机等分系统。检测的深度可以到达各个分系统的最小可更换单元[4]。其主要功能如下:

1)在雷达信号模拟器的配合下,完成搜索雷达接收机和差相位的调整;完成搜索雷达搜索、截获目标功能检验,以及雷达威力范围、精度指标测试。

2)在雷达信号模拟器的配合下,完成跟踪雷达总站参数标定;完成跟踪雷达截获、跟踪目标功能检验,以及雷达威力范围、精度指标测试。

3)实现搜索雷达天线座的驱动特性测试,采集编码数据,完成编码器工作特性测试。

4)实现搜索雷达接收机动态范围、接收灵敏度、噪声电平、带宽等测试。

5)实现跟踪雷达接收机动态范围、接收灵敏度、噪声电平、带宽等测试。

6)实现搜索雷达频综模块在自动模式或手动模式下完成各个模块的频率、功率等指标性能检测。

7)实现搜索雷达频综模块在自动模式或手动模式下完成各个模块的频率、功率等指标性能检测。

8)能产生搜索雷达信号处理机输出的航迹数据,实现对数据处理机的数据处理功能进行检测。

9)产生所需要的目标回波信号,实现对搜索雷达信号处理机信号处理能力检测。

10)产生所需要的目标回波信号,实现对跟踪雷达信号处理机信号处理能力检测。

11)实现对跟踪雷达稳定跟踪器的最小平稳速度、阶跃响应、最大加速度等指标检测。

3 系统组成

根据产品功能要求,按照各自功能进行划分,整个系统划分为搜索雷达总站调试专用设备、跟踪雷达总站调试专用设备、搜索雷达天线座专用检测设备、搜索雷达接收机专用检测设备、搜索雷达频率综合器专用检测设备、搜索雷达数据处理专用检测设备、搜索雷达信号处理机专用检测设备、跟踪雷达信号处理机用检测设备、搜索跟踪雷达信号模拟器、跟踪雷达中视频接收机专用检测设备、跟踪雷达频率综合模块专用检测设备及稳定跟踪器专用检测设备等12个子系统[5]。系统组成详表见图1所示。

4 工作原理

4.1 总站调试设备

在外场条件下,为了满足远场条件,保证模拟信号的角度精度,将专用靶板和雷达信号模拟器架设在距离被试雷达总站100多m远,30多m高的的高台上。雷达总站、调试控制计算机与目标模拟器、专用靶板之间采用光纤连接。在工作中,雷达信号模拟器实时接收雷达总站发送的同步脉冲信号和相参时钟信号。总站调试设备工作原理框图见图2所示。

图2 总站调试设备工作原理框图

4.1.1 雷达接收机相位测量

通过调试控制计算机控制雷达信号模拟器直接产生不同波段点频连续波信号,经过调试专用靶板上的辐射天线由特定角度向被试雷达辐射。将接收机的输出信号连接到示波器,借助示波器测量雷达中频接收机和差通道输出信号幅度,调整搜索雷达接收机和差相位。

4.1.2 目标模拟跟踪

第一种方法:雷达正常开机工作(开发射机),通过调试控制计算机控制雷达信号模拟器处于存储转发工作模式。设置目标的频率、距离、幅度、速度等参数,雷达信号模拟器通过靶板天线接收雷达的激励信号,并对信号下变频、进行距离、速度、功率调制,再上变频,通过靶板天线辐射出去。雷达接收目标回波信号,即可进行正常的目标搜索、截获和跟踪。

第二种方法:也可以通过主动发射的方式产生目标回拨信号。雷达正常开机工作(不开发射机),通过调试控制计算机控制雷达信号模拟器处于主动发射工作模式。设置目标的频率、距离、幅度、速度等参数,雷达信号模拟器不接收雷达的激励信号。根据雷达总站提供的零距离同步脉冲和参考时钟直接根据本地存储的雷达波形信号产生所需的目标回信号,再上变频,通过靶板天线辐射出去。雷达接收目标回波信号,即可进行正常的目标搜索、截获和跟踪。

4.2 信号处理检测设备

信号处理机是雷达中最重要、最复杂的分系统,各个模块之间关联性很强,时序和逻辑很复杂,采用进行单个模块进行测试的方法无法实现。因此信号处理机检测设备将一套完整的信号处理机作为标准设备,采取替换式方式进行组合级的检测。

信号处理检测设备主要由机箱、信号处理机、母板、数据处理计算机、视频目标模拟器、控制计算机、专用电源模块及专用测试附件等组成。视频目标模拟器产生信号处理机检测所需的模拟回波信号;控制计算机主要用于模拟信号产生器的控制;数据处理机进行信号处理机的数据处理及上报处理结果给控制计算机。

检测的原理:将某一被测模块(运算板、级控板、A/D板、全局板)插入标准的信号处理机中,在视频模拟器中运行目标模拟器控制软件产生模拟回波信号,信号处理机对目标信号进行处理后将报告送给数据处理计算机进行数据处理,上报结果给控制计算机显示。信号处理机检测原理框图见图3所示。

5 试验情况

将专用靶板和雷达信号模拟器架设在距离被试雷达总站100多m远,30多m高的的高台上。在雷达信号模拟器的配合下,总站调试设备直接产生X波段点频连续波信号,通过X波段专用靶板上的天线由特定角度向被试雷达辐射,借助示波器测量雷达中频接收机和差通道输出信号幅度,可进行调整雷达接收机和差相位。

在雷达信号模拟器的配合下,总站调试设备通过存储转发和主动产生的方式产生所需的的目标回波信号,很方便实现对雷达的搜索、截获、跟踪目标功能检验以及总站性能指标测试。总站调试设备操作界面见图4所示。

图4 总站调试设备操作界面

信号处理机为一套完整的信号处理机,作为标准设备;将某一被测模块(运算板、级控板、A/D板、全局板)插入标准的信号处理机中。通过检信处专用测软件控制目标模拟器产生不同距离和速度的目标回波信号。信号处理机根据总站时序信号的控制下能完成对目标的有效的搜索、截获、跟踪功能验证。同时很方便地检测信号处理机的距离处理范围、速度处理范围、距离精度、动态范围的测试等。信处调试设备操作界面见图5所示。

图5 信处调试设备操作界面

6 结束语

雷达系统是一个复杂的电子系统,随着技术的发展,数字化、集成化程度越来越高。因此当雷达系统发生故障,维修的难题也随之增大。因此研究开发高效的维修检测设备,提供雷达的综合检测、诊断和维修能力很有必要[6]。本文以某雷达维修为研究对象,研制开发了包括搜索雷达总站、跟踪雷达总站、搜索雷达天线座、搜索雷达接收机、搜索雷达频率综合器、搜索雷达数据处理、搜索雷达信号处理机、跟踪雷达信号处理机、搜索跟踪雷达信号模拟器、跟踪雷达中视频接收机、跟踪雷达频率综合模块及稳定跟踪器等12项专用检测设备。该产品在专用检测软件的控制下,可以简单、快速、准确对测试产品进行性能测试、故障检测、故障隔离以及雷达站参数标定等,大大提高了产品检测效率和准确度。