仇雅芳，吳 健，劉 琳

(中國電子科技集團(tuán)公司第51研究所，上海 201802)

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適用于機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動校準(zhǔn)測試系統(tǒng)設(shè)計

仇雅芳，吳 健，劉 琳

(中國電子科技集團(tuán)公司第51研究所，上海 201802)

對機(jī)載電子偵察設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行自動測試，是研制開發(fā)、批量生產(chǎn)、綜合保障和戰(zhàn)時維護(hù)中必不可少的手段。在簡述研制自動測試系統(tǒng)背景及意義的基礎(chǔ)上，首先對面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動校準(zhǔn)測試系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計，介紹了系統(tǒng)組成和工作原理,給出了誤差校準(zhǔn)總體思路，對誤差校準(zhǔn)工作流程進(jìn)行了詳細(xì)闡述。然后對自動測試軟件組成及各模塊的功能進(jìn)行了闡述，對自動測試系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行了詳細(xì)說明。最后通過對電子偵察設(shè)備測頻和測向能力的測試，驗(yàn)證了面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動校準(zhǔn)測試系統(tǒng)的可行性。調(diào)試結(jié)果表明，面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動測試極大提高了機(jī)載電子偵察設(shè)備性能測試的工作效率和設(shè)備測向精度，同時避免了微波輻射對測試人員身體的傷害。

電子偵察；自動測試；誤差校準(zhǔn)；測向

0 引 言

機(jī)載電子偵察設(shè)備可對敵雷達(dá)信號輻射源進(jìn)行截獲、識別、分析和定位，以獲取戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)所需的情報[1]。在敵方威脅即將到來時能夠及時提供告警信息，并引導(dǎo)干擾設(shè)備對敵方雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行電子攻擊[2]。如何對機(jī)載電子偵察設(shè)備的性能進(jìn)行測試，對系統(tǒng)性能進(jìn)行科學(xué)合理的分析，則是研制機(jī)載電子偵察設(shè)備時需要重點(diǎn)考慮的問題。

目前，對機(jī)載電子偵察設(shè)備的性能測試主要是通過測試人員手動來完成，這種手動操作儀器和紙質(zhì)記錄數(shù)據(jù)不但效率低下，而且測試人員整個身體都裸露在微波輻射的環(huán)境之下，這對測試人員身體的傷害是十分巨大的[3]。為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，這里研究并設(shè)計了一種適用于機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動測試系統(tǒng)。同時考慮在實(shí)際工程中，由于制造工藝和裝配等問題總會造成各通道間相位響應(yīng)不一致，信道失衡，最終會對電子偵察系統(tǒng)測向性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響[4]，故自動測試系統(tǒng)還兼顧了誤差校準(zhǔn)功能。論文從系統(tǒng)總體構(gòu)成、誤差校準(zhǔn)、系統(tǒng)軟件組成、系統(tǒng)工作流程等幾個方面對自動測試進(jìn)行了詳細(xì)闡述，結(jié)合自動測試結(jié)果對自動測試、誤差校準(zhǔn)的可行性進(jìn)行分析和說明。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動測試系統(tǒng)主要由雷達(dá)信號模擬器、發(fā)射天線、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、伺服控制器、工控計算機(jī)、伺服轉(zhuǎn)臺和設(shè)備安裝架等幾部分組成，自動測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。為了防止外界信號及信號反射對系統(tǒng)測試造成影響，被測機(jī)載電子偵察設(shè)備、雷達(dá)信號模擬器、發(fā)射天線、伺服轉(zhuǎn)臺和設(shè)備安裝架被安置在微波暗室內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、伺服控制器和工控計算機(jī)被安置在工控室。雷達(dá)信號模擬器為電子偵察設(shè)備提供所需的各種形式的雷達(dá)信號，雷達(dá)信號通過發(fā)射天線對外輻射。伺服轉(zhuǎn)臺可以根據(jù)工控機(jī)的控制旋轉(zhuǎn)任意角度，從而考核電子偵察設(shè)備的測向能力，通過安裝支架將電子偵察設(shè)備安裝在伺服轉(zhuǎn)臺上。工控計算機(jī)、伺服控制器、雷達(dá)信號模擬器通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成局域網(wǎng)，設(shè)備之間的通訊遵循傳輸控制協(xié)議/英特網(wǎng)互連協(xié)議(TCP/IP)[5]。

圖1 面向機(jī)載電子電子偵察設(shè)備的自動測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

在圖1中的工控計算機(jī)上裝有基于Labwindows/CVI的自動測試軟件，測試人員依據(jù)雷達(dá)對抗設(shè)備驗(yàn)收時所需考核的各種雷達(dá)信號，在自動測試軟件上設(shè)置好各種雷達(dá)信號所對應(yīng)的相關(guān)參數(shù)。待自動測試軟件運(yùn)行后，工控計算機(jī)把相關(guān)參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)模擬器。雷達(dá)模擬器依據(jù)收到的相關(guān)參數(shù)信息自動產(chǎn)生對應(yīng)的雷達(dá)信號并通過發(fā)射天線將產(chǎn)生的雷達(dá)信號發(fā)射出來。機(jī)載電子偵察設(shè)備安裝在設(shè)備安裝架上，測試人員在工控計算機(jī)的自動測試軟件上設(shè)置好電子偵察設(shè)備旋轉(zhuǎn)角度信息。待自動測試軟件運(yùn)行后，工控計算機(jī)把角度信息通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給伺服控制器，伺服控制器將收到的角度參數(shù)信息轉(zhuǎn)換成RS-232C標(biāo)準(zhǔn)并發(fā)送給伺服轉(zhuǎn)臺。伺服轉(zhuǎn)臺按照收到的角度信息帶動機(jī)載電子偵察設(shè)備進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。機(jī)載電子偵察設(shè)備的接收天線探測到發(fā)射天線發(fā)出的雷達(dá)信號后，經(jīng)過測量和計算得到該雷達(dá)信號的相關(guān)參數(shù)的測量值以及來波到達(dá)方位角度的計算值，機(jī)載電子偵察設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將上述測量值和計算值上報給工控計算機(jī)。工控計算機(jī)上的自動測試軟件將機(jī)載電子偵察設(shè)備的上報值進(jìn)行統(tǒng)計和計算并和雷達(dá)模擬器的設(shè)置值以及伺服轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度值進(jìn)行對比，最終判定機(jī)載電子偵察設(shè)備的相關(guān)指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計要求，判定結(jié)果及測試的詳細(xì)信息在自動測試主界面上顯示。

2 誤差校準(zhǔn)

機(jī)載電子偵察設(shè)備瞬時工作頻帶屬于窄帶系統(tǒng)，可以認(rèn)為其相位誤差不隨頻率變化，即各通道只有一個相位誤差因子[5]。因此，只要在中心頻率上進(jìn)行校準(zhǔn)即可，而不考慮帶內(nèi)頻率特性失配。然而，當(dāng)接收機(jī)覆蓋一個寬頻段時，不平衡度將是頻率的函數(shù)，也就是說接收通道在不同的頻率下會對應(yīng)有不同的相位偏移。因此，對于機(jī)載電子偵察設(shè)備這樣一個寬帶系統(tǒng)，需要在其每個頻段內(nèi)記下其對應(yīng)的相位偏移，最終形成一個相位校準(zhǔn)表。

機(jī)載電子偵察設(shè)備校準(zhǔn)總體思路為：將接收通道在整個信號帶寬內(nèi)分頻段處理，用校準(zhǔn)源信號對每個頻段分別進(jìn)行窄帶校準(zhǔn)，再將相位誤差存入存儲器。當(dāng)接收機(jī)工作時，查表進(jìn)行校準(zhǔn)?？紤]到器件老化、工作環(huán)境變化及維護(hù)操作等問題，系統(tǒng)在使用過程中每隔一段時間還要進(jìn)行一次自動校準(zhǔn)。

自動校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由雷達(dá)信號模擬器、發(fā)射天線、路由器、機(jī)載電子偵察設(shè)備等幾個部分構(gòu)成。自動校準(zhǔn)系統(tǒng)的工作過程為：首先將相位測試校準(zhǔn)設(shè)備按圖1進(jìn)行搭建，借助激光器使得發(fā)射天線方向和系統(tǒng)天線陣軸線一致，打開雷達(dá)信號模擬器確認(rèn)整個鏈路暢通。

在圖1所示的工控計算機(jī)上裝有基于Labwindows/CVI的自動控制軟件，在進(jìn)行相位校準(zhǔn)測試時，測試人員將2～18GHz頻段范圍內(nèi)的雷達(dá)信號以10MHz為間隔抽取測試點(diǎn),并將這些點(diǎn)記錄在樣本表格中。待自動測試軟件運(yùn)行后，工控計算機(jī)把樣本表格中記錄的頻點(diǎn)通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)模擬器。雷達(dá)模擬器依據(jù)收到的相關(guān)參數(shù)信息自動產(chǎn)生對應(yīng)的雷達(dá)信號,并通過發(fā)射天線將產(chǎn)生的雷達(dá)信號發(fā)射出來。

機(jī)載電子偵察設(shè)備在接收到雷達(dá)模擬器發(fā)出的雷達(dá)信號后，經(jīng)過測量和計算就可確定出電子偵察系統(tǒng)在法線方向上針對各個頻點(diǎn)的相位誤差。在自動控制軟件的控制下,系統(tǒng)軟件自動將上述相位差記錄發(fā)送給工控計算機(jī)，工控計算機(jī)對相位差進(jìn)行記錄和存儲,并最終形成相位校準(zhǔn)表。待整個頻段測試完成后，自動控制軟件將相位校準(zhǔn)表傳輸回機(jī)載電子偵察設(shè)備，并將系統(tǒng)切換至工作模式，對機(jī)載電子偵察設(shè)備法線方向上的測向能力進(jìn)行驗(yàn)證。機(jī)載電子偵察設(shè)備誤差校準(zhǔn)工作流程圖如圖2所示。

圖2 誤差校準(zhǔn)工作流程圖

3 軟件設(shè)計

機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動測試系統(tǒng)軟件利用Labwindows/CVI開發(fā)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計，軟件運(yùn)行在工控計算機(jī)上，軟件的組成框圖如圖3所示。自動測試系統(tǒng)軟件主要完成對雷達(dá)模擬器、伺服轉(zhuǎn)臺的控制,同時完成電子偵察設(shè)備與工控計算機(jī)之間的交互，將電子偵察設(shè)備上報的偵察結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并與儀器設(shè)置值進(jìn)行對比分析。

圖3 機(jī)載電子電子偵察設(shè)備的自動測試系統(tǒng)軟件組成圖

通訊管理模塊是整個測試系統(tǒng)的通訊橋梁，測試系統(tǒng)與雷達(dá)模擬器的通訊、測試系統(tǒng)與電子偵察設(shè)備的通訊、測試系統(tǒng)與轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的通訊都通過通訊管理模塊來完成。測試系統(tǒng)與雷達(dá)模擬器的通訊、測試系統(tǒng)與電子偵察設(shè)備的通訊都遵循TCP/IP協(xié)議，測試系統(tǒng)與轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)通訊遵循RS422協(xié)議。

儀表控制模塊主要完成對雷達(dá)模擬器的控制，按照電子偵察系統(tǒng)研制總要求，產(chǎn)生與研制總要求匹配的雷達(dá)模擬信號。具體來說儀表控制模塊主要完成對產(chǎn)生雷達(dá)模擬信號模式的控制，如可以控制產(chǎn)生連續(xù)波或脈沖信號等等，同時儀表控制模塊還可以對雷達(dá)模擬信號的工作參數(shù)進(jìn)行控制與修改，如可以修改雷達(dá)模擬信號的頻率、脈寬、重復(fù)周期、功率等。

轉(zhuǎn)臺控制模塊主要完成測試系統(tǒng)與轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)間的交互等工作。具體來說轉(zhuǎn)臺控制模塊主要完成對轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動速度的控制。

設(shè)備控制模塊主要完成測試系統(tǒng)與電子偵察系統(tǒng)間的交互工作。具體來說設(shè)備控制模塊主要完成對電子偵察系統(tǒng)工作模式的控制，對電子偵察系統(tǒng)工作頻段的控制，偵察結(jié)果的上報控制等。

報表生成模塊主要完成對測試表格的管理工作。具體來說報表生產(chǎn)管理模塊主要對測試樣本表進(jìn)行解析，控制自測系統(tǒng)將電子偵察系統(tǒng)上報的偵察結(jié)果按照測試結(jié)果格式進(jìn)行記錄。

面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動測試系統(tǒng)軟件工作流程如圖4所示。

圖4 面向機(jī)載電子電子偵察設(shè)備的自動測試系統(tǒng)軟件工作流程圖

利用Labwindows/CVI開發(fā)環(huán)境開發(fā)的面向機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動測試系統(tǒng)軟件主界面如圖5所示。

圖5 面向機(jī)載電子電子偵察設(shè)備的自動測試系統(tǒng)軟件主界面

4 測試系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果及分析

機(jī)載電子偵察設(shè)備對雷達(dá)信號頻率的測量是其重要的功能，由于機(jī)載電子偵察設(shè)備工作頻段很寬(0.8～18GHz)，所以傳統(tǒng)人工對機(jī)載電子偵察設(shè)備測頻能力的考核十分繁瑣，耗時也十分長。利用本文介紹的自動測試系統(tǒng)，以100MHz為一個步長，3min就可以完成0.8～18GHz范圍內(nèi)所有頻點(diǎn)的測試和統(tǒng)計，測試系統(tǒng)依據(jù)測頻結(jié)果獲得的測頻誤差曲線如圖6所示。

圖6 測頻誤差曲線圖

機(jī)載電子偵察設(shè)備對雷達(dá)信號方位的測量也是其核心功能，對來波方位的傳統(tǒng)人工測量主要依靠人工移動雷達(dá)信號模擬器或電子偵察設(shè)備，這種做法不但費(fèi)時費(fèi)力，而且測試人員還存在被微波輻射的危險。利用本文介紹的自動測試系統(tǒng)，依據(jù)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動所帶來的電子偵察設(shè)備和發(fā)射天線間的相對運(yùn)動，通過轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度和電子偵察設(shè)備上報的測量角度就可以對電子偵察設(shè)備的測向能力進(jìn)行定量分析。利用本文介紹的自動測試系統(tǒng)，讓伺服轉(zhuǎn)臺在215°～325°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，依據(jù)電子偵察設(shè)備上報的測向結(jié)果，獲得電子偵察設(shè)備在215°～325°范圍內(nèi)測向誤差曲線如圖7所示。

圖7 測向誤差曲線圖

為了驗(yàn)證誤差校準(zhǔn)的可行性，在進(jìn)行誤差校準(zhǔn)時，記錄下校準(zhǔn)前和校準(zhǔn)后測向數(shù)據(jù)，根據(jù)校準(zhǔn)前后的測向數(shù)據(jù)得到校準(zhǔn)前后測向誤差曲線如圖8、圖9所示。

從圖8可以看出校準(zhǔn)前測向誤差較大，誤差曲線趨于發(fā)散。從圖9可以看出校準(zhǔn)后測向誤差得到明顯改善，誤差曲線基本在±0.8°之間波動。

圖8 校準(zhǔn)前測向誤差曲線

圖9 校準(zhǔn)后測向誤差曲線

5 結(jié)束語

介紹了一種適用于機(jī)載電子偵察設(shè)備的自動測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動完成對機(jī)載電子偵察設(shè)備的性能指標(biāo)的測試，整個過程無需測試人員全程參與，該系統(tǒng)極大地提高了機(jī)載電子偵察設(shè)備性能測試工作效率，同時還避免了微波輻射對測試人員身體的傷害，誤差校準(zhǔn)功能為機(jī)載電子偵察設(shè)備的高精度測向和無源定位提供了強(qiáng)有力的保障，促進(jìn)了電子偵察設(shè)備鑒定試飛的順利進(jìn)行。

[1] 趙國慶.雷達(dá)對抗原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.

[2]ROCKWELLDL.AirborneRWR/ESMforecast:strongpast,growingfuture[J].TheJournalElectronicDefense，2009,11(5):28-34.

[3] 賴根,肖明清，夏銳，等.國外自動測試系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].探測與控制學(xué)報，2005,27(3):26-29.

[4] 肖秀麗.干涉儀測向原理[J].中國無線電,2006(5):43- 49.

[5] 謝東.干涉儀測向技術(shù)研究[D].成都:四川大學(xué),2003.

DesignofAutomaticCalibrationTestSystemforAirborneElectronicReconnaissanceEquipment

QIUYa-fang,WUJian,LIULin

(51stResearchInstituteofCETC,Shanghai201802,China)

Automatictestofthetechnicalindexesforairborneelectronicreconnaissanceequipmentisanessentialmeansforresearchanddevelopment,batchproduction,syntheticalguaranteeandwartimemaintenance.Basedonbrieflydescribingthebackgroundandsignificanceofdevelopingautomatictestsystem,thispaperfirstlyperformsoveralldesignofautomaticcalibrationtestsystemforairborneelectronicreconnaissanceequipment,introducesthesystemcompositionandoperatingprinciple,thengivesthegeneralideaoferrorcalibration,anddescribestheoperatingflowoferrorcalibrationsystemindetail,thenexpatiatestheautomatictestsoftwarecompositionandthefunctionofeachmodule,introducestheoperatingprocessofautomatictestsystemdetailedly,finally,validatesthefeasibilityofautomaticcalibrationtestsystemforairborneelectronicreconnaissanceequipmentthroughthetestoffrequencymeasurementanddirectionfindingcapabilitytoelectronicreconnaissanceequipment.Testresultsshowthattheautomatictestofairborneelectronicreconnaissanceequipmentgreatlyimprovestheoperatingefficiencyofairborneelectronicreconnaissanceequipmentperformancetestandthedirectionfinding(DF)accuracyofequipment,aswellasavoidesthemicrowaveradiationdamageonthetesterbody.

electronicreconnaissance;automatictest;errorcalibration;directionfinding

2016-04-20

TN

B

CN32-1413(2016)03-0093-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.03.024