沈英 毛子鷹

（中國電子科技集團(tuán)公司第十四研究所 江蘇省南京市 210039）

1 概述

信號處理機(jī)是雷達(dá)的重要組成部分，其工作性能直接影響到雷達(dá)的探測性能。隨著作戰(zhàn)任務(wù)多樣化的發(fā)展，雷達(dá)面臨更加惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境和更加復(fù)雜的目標(biāo)特性，為了應(yīng)對更加復(fù)雜的雷達(dá)系統(tǒng)要求，新一代雷達(dá)信號處理機(jī)基于CPU硬件平臺(tái)，具有極高的運(yùn)算速度及數(shù)據(jù)傳輸能力。

作為雷達(dá)的核心系統(tǒng)，信號處理機(jī)自身的工作性能及故障診斷能力顯得尤為重要。本文基于某雷達(dá)信號處理機(jī)，設(shè)計(jì)了一種信號處理機(jī)測試軟件，通過測試軟件能直觀地觀測到信號處理機(jī)各功能模塊的處理性能和工作狀態(tài)，協(xié)助快速完成故障排除，在信號處理機(jī)的調(diào)試及排故過程中發(fā)揮重要作用。

2 測試軟件的設(shè)計(jì)

信號處理機(jī)的主要功能是對接收到的雷達(dá)回波進(jìn)行脈沖壓縮、雜波抑制、反干擾、目標(biāo)檢測及信息提取等處理，使雷達(dá)在強(qiáng)地物雜波、氣象雜波環(huán)境和復(fù)雜干擾環(huán)境下具有良好的目標(biāo)檢測性能，并能適應(yīng)雷達(dá)的多模式多參數(shù)工作方式。因此通用雷達(dá)信號處理機(jī)的功能模塊包含脈沖壓縮模塊、MTI（動(dòng)目標(biāo)顯示）處理模塊、MTD（動(dòng)目標(biāo)檢測）處理模塊、CFAR（恒虛警）處理模塊及目標(biāo)檢測模塊等。

本測試軟件設(shè)計(jì)了信號處理機(jī)功能測試模塊，對各功能模塊處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，測試信號處理機(jī)的功能和性能；信號處理機(jī)自身的故障診斷能力也是重要性能指標(biāo)，測試軟件重點(diǎn)設(shè)計(jì)了故障診斷模塊，能實(shí)時(shí)監(jiān)測信號處理機(jī)的工作狀態(tài)；測試軟件還設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)記錄模塊，可記錄信號處理機(jī)工作過程中的軟件及硬件狀態(tài)，通過回放也可有效排查故障；另有風(fēng)機(jī)監(jiān)測模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置模塊等輔助功能模塊。

測試軟件中各功能模塊界面布局設(shè)計(jì)如圖1。

圖1：測試軟件顯示界面

2.1 功能測試模塊

信號處理機(jī)的處理性能參數(shù)是評價(jià)信號處理機(jī)工作性能的基本標(biāo)準(zhǔn)，測試軟件設(shè)計(jì)了顯示界面，通過網(wǎng)絡(luò)采集信號處理機(jī)中各處理模塊處理后的輸出數(shù)據(jù)，繪制出相應(yīng)特征波形，可以直觀地觀測到信號處理機(jī)各處理模塊的特征參數(shù)，測試信號處理機(jī)的處理性能。在顯示界面上，可以通過鼠標(biāo)操作方便地進(jìn)行圖形縮放，讀取圖形坐標(biāo)參數(shù)。

信號處理機(jī)是多通道數(shù)據(jù)同時(shí)處理的，顯示界面設(shè)計(jì)了通道選擇按鈕，且設(shè)計(jì)了圖形顯示顏色選擇按鈕，通過設(shè)置，可以以不同顏色曲線顯示不同數(shù)據(jù)通道的處理結(jié)果；在顯示界面中可以通過“坐標(biāo)設(shè)置”欄進(jìn)行顯示坐標(biāo)的范圍定義。

2.2 故障診斷模塊

由于系統(tǒng)復(fù)雜，雷達(dá)系統(tǒng)工作過程中經(jīng)常出現(xiàn)許多意想不到的問題。作為雷達(dá)系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)，信號處理經(jīng)常需要協(xié)助完成故障定位。在以往的調(diào)試過程中，通常采用在軟件代碼中插樁或者記錄數(shù)據(jù)分析的方式進(jìn)行故障定位。插樁方法的工作量較大，并且破壞了程序結(jié)構(gòu)，容易造成軟件版本失控。而記錄數(shù)據(jù)的方法確定問題的周期較長，效率低下。

信號處理故障診斷模塊通過精心設(shè)計(jì)的軟件狀態(tài)報(bào)文和故障點(diǎn)設(shè)置，將軟件狀態(tài)直觀地顯示在調(diào)試界面中，可以快速定位故障發(fā)生位置，協(xié)助完成故障排除。由于故障診斷程序已經(jīng)預(yù)先集成在信號處理程序中，排查問題時(shí)不需要更改軟件程序，又可以確保信號處理軟件版本受控。

2.2.1 軟件狀態(tài)報(bào)文設(shè)計(jì)

為了能夠確認(rèn)軟件版本，軟件狀態(tài)報(bào)文中需要有字段表明軟件版本；由于新一代信號處理機(jī)中每塊處理板每一個(gè)CPU能自行上報(bào)軟件信息，報(bào)文中需要明確軟件運(yùn)行位置。

在處理板中，信號處理軟件可以分為多個(gè)任務(wù)：節(jié)點(diǎn)配置任務(wù)、接收任務(wù)、發(fā)送任務(wù)、處理任務(wù)1～處理任務(wù)n（運(yùn)行在CPU核1～CPU核n上）。因此，軟件狀態(tài)報(bào)文主要需要將上述任務(wù)的狀態(tài)報(bào)出。

由于有的CPU中只運(yùn)行了上述部分任務(wù)，因此報(bào)文中需要標(biāo)識(shí)任務(wù)的有效性。對于有效的任務(wù)，需要上報(bào)任務(wù)名稱、錯(cuò)誤代碼以及運(yùn)行計(jì)數(shù)。其中，運(yùn)行計(jì)數(shù)可以用于確認(rèn)軟件是否已經(jīng)處于死鎖狀態(tài)。

軟件狀態(tài)報(bào)文中主要的內(nèi)容見表1。

表1：軟件狀態(tài)報(bào)文

2.2.2 軟件狀態(tài)收集

每一個(gè)任務(wù)在運(yùn)行期間，將運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤通過全局變量的形式進(jìn)行記錄。記錄的內(nèi)容主要包括：軟件運(yùn)行計(jì)數(shù)、程序名稱、軟件錯(cuò)誤代碼和子錯(cuò)誤代碼。

軟件運(yùn)行計(jì)數(shù)主要用于判斷當(dāng)前程序是否處于死鎖狀態(tài)；程序名稱主要用于程序自身的標(biāo)識(shí)；錯(cuò)誤代碼主要是預(yù)設(shè)的錯(cuò)誤條件，用于確認(rèn)錯(cuò)誤位置；子錯(cuò)誤代碼是對錯(cuò)誤代碼的補(bǔ)充，主要用于確認(rèn)故障的具體原因。

故障診斷模塊中信號處理系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測模塊負(fù)責(zé)收集各個(gè)任務(wù)的軟件狀態(tài)。由于信號處理系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測模塊是系統(tǒng)任務(wù)，除了軟件任務(wù)之外，還需要收集硬件狀態(tài)。具體的數(shù)據(jù)流圖如圖2。

圖2：軟件狀態(tài)收集數(shù)據(jù)流圖

2.2.3 軟件故障集

軟件故障集主要來源于日常調(diào)試中的故障數(shù)據(jù)收集。主要的故障包括：

（1）控制表錯(cuò)誤。主要是輸入控制表錯(cuò)誤，可能引起信號處理異常。

（2）M0計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。主要是數(shù)據(jù)格式錯(cuò)誤，可能引起信號處理異常。

（3）節(jié)點(diǎn)配置錯(cuò)誤。主要是鏈路配置出現(xiàn)問題，導(dǎo)致程序無法啟動(dòng)。

（4）程序掛起。主要是前一級節(jié)點(diǎn)故障，導(dǎo)致沒有數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)本級處理。

所有的故障均編成固定序號。用于故障診斷過程中的分析，見表2。

表2：軟件故障代碼表

2.2.4 軟件故障分析

軟件故障分析在狀態(tài)監(jiān)測軟件中完成。在監(jiān)測軟件中設(shè)計(jì)軟件狀態(tài)指示燈。當(dāng)軟件狀態(tài)正常時(shí)，綠色燈閃爍；軟件狀態(tài)異常時(shí)，紅色燈閃爍；灰色表示未獲得軟件BIT信息，效果圖如圖3。

圖3：軟件狀態(tài)指示燈

其中圓形小燈就是軟件狀態(tài)指示燈。當(dāng)軟件狀態(tài)異常時(shí)，點(diǎn)擊異常狀態(tài)的指示燈就可以觀察到具體的軟件狀態(tài)。

當(dāng)有故障時(shí)，點(diǎn)擊紅色節(jié)點(diǎn)，可以觀察到具體的軟件狀態(tài)信息，包括：程序名稱、運(yùn)行計(jì)數(shù)以及錯(cuò)誤代碼。雙擊錯(cuò)誤代碼可以觀察到具體的錯(cuò)誤原因。程序不解析子錯(cuò)誤代碼，詳細(xì)信息需要查找配套的信號處理錯(cuò)誤碼文件。

2.3 狀態(tài)記錄和其他輔助功能模塊

2.3.1 狀態(tài)記錄模塊

信號處理程序運(yùn)行期間，可以通過狀態(tài)記錄模塊記錄軟件狀態(tài)。

當(dāng)雷達(dá)系統(tǒng)關(guān)機(jī)后，可以通過“回顧”功能進(jìn)行軟件狀態(tài)的分析，如果出現(xiàn)故障，將在界面中顯示發(fā)生故障的數(shù)目。

點(diǎn)擊圖4界面中的“上一幀”和“下一幀”按鈕，可以觀察到具體故障的發(fā)生時(shí)間，并且在圖3所示的界面中，故障軟件對應(yīng)的指示燈將變?yōu)榧t色，可以通過2.2.4節(jié)中所述的操作進(jìn)行故障的具體定位。

圖4：故障分析結(jié)果

2.3.2 其他輔助功能模塊

新一代信號處理機(jī)用到的處理板集成度高、功耗大，機(jī)箱好的散熱性能是信號處理機(jī)穩(wěn)定工作的保證，本例信號處理機(jī)是通過風(fēng)冷散熱的，測試軟件設(shè)計(jì)了風(fēng)冷設(shè)備的監(jiān)測模塊，能將每個(gè)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速直觀地顯示出來。如果風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，相應(yīng)故障風(fēng)扇界面顯示紅色。

測試軟件與信號處理機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)交互，可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)置模塊設(shè)置。

3 測試軟件的應(yīng)用

3.1 信號處理機(jī)功能和性能測試

在進(jìn)行雷達(dá)信號處理機(jī)功能和性能測試時(shí)，選擇模擬器產(chǎn)生相應(yīng)信號處理功能測試碼源，通過測試軟件測試相應(yīng)處理模塊性能參數(shù)。以測試信號處理機(jī)脈沖壓縮功能為例，通過網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)字脈沖壓縮模塊處理后的數(shù)據(jù)畫圖，顯示的波形可判斷處理功能是否正常，脈沖壓縮的主副瓣比、-3dB處脈寬等參數(shù)都可直觀讀取，可判定信號處理機(jī)的脈沖壓縮性能，如圖1功能測試模塊所示。

3.2 信號處理機(jī)故障診斷

在信號處理機(jī)工作時(shí)，記錄信號處理機(jī)工作狀態(tài)。點(diǎn)擊狀態(tài)監(jiān)測欄中的“設(shè)置”按鈕設(shè)置存儲(chǔ)路徑，之后點(diǎn)擊界面的“記錄”按鈕開始進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

開始記錄后，原先“記錄”按鈕的文字變?yōu)椤巴Ｖ褂涗洝薄Ｐ枰Ｖ褂涗洉r(shí)，點(diǎn)擊“停止記錄”按鈕。停止記錄后，在存儲(chǔ)路徑中將有兩種類型的文件生成：

（1）系統(tǒng)BIT信息（硬件BIT）：前綴為“spdisp_survRec_”，之后為記錄的時(shí)間，擴(kuò)展名為“.dat”；

（2）內(nèi)部BIT信息（軟件BIT）：前綴為“spdisp_SoftStatRec_”，之后為記錄的時(shí)間，擴(kuò)展名為“.dat”

發(fā)生故障需要分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的時(shí)候，點(diǎn)擊界面的“回顧”按鈕。此時(shí)，“回顧”按鈕將變?yōu)椤皩?shí)時(shí)”。同時(shí)，下方的勾選框、按鈕均變?yōu)榭捎脿顟B(tài)。如果要避免已有畫面的干擾，建議點(diǎn)擊界面左下角的“重置”按鈕。

勾選上“分析軟件信息”，選擇內(nèi)部需分析的BIT記錄文件。點(diǎn)擊“打開”按鈕后提示即將開始分析內(nèi)部BIT信息。

點(diǎn)擊“確定”按鈕即開始系統(tǒng)BIT數(shù)據(jù)分析過程。分析完畢后，可以在圖5的右下角看到具體的故障發(fā)生數(shù)目。

圖5：故障分析

這個(gè)例子中，49表示分析后總共記錄到的錯(cuò)誤幀數(shù)為49幀，1表示當(dāng)前分析的錯(cuò)誤幀在所有錯(cuò)誤幀中的序號，利用“上一幀”和“下一幀”按鈕可以逐幀查看故障情況。

點(diǎn)擊界面上變色的小圓點(diǎn)，可以查看當(dāng)前模塊當(dāng)前CPU上的軟件狀態(tài)。在這個(gè)例子中，點(diǎn)擊了slot9的CPUA對應(yīng)的小圓點(diǎn)，彈出具體軟件信息，可以發(fā)現(xiàn)，其中的“發(fā)送任務(wù)”出現(xiàn)故障。雙擊錯(cuò)誤代碼，可以在錯(cuò)誤原因欄內(nèi)顯示該代碼對應(yīng)的錯(cuò)誤原因是數(shù)據(jù)不連續(xù)。由于發(fā)送任務(wù)出現(xiàn)了數(shù)據(jù)不連續(xù)的故障，而其他任務(wù)均正常，因此判定輸入數(shù)據(jù)和模塊本身的處理均無問題，故障發(fā)生在該模塊到下一級模塊之間，后續(xù)的排查重點(diǎn)就在下一級模塊上，根據(jù)數(shù)據(jù)流程，更換下一級模塊slot8，故障排除。

4 結(jié)束語

信號處理機(jī)測試程序是基于新一代雷達(dá)信號處理機(jī)設(shè)計(jì)的，其不僅能測試信號處理機(jī)的工作性能，而且能快速地進(jìn)行故障定位。雷達(dá)信號處理機(jī)的故障出現(xiàn)時(shí)間過于隨機(jī)，人工確認(rèn)非常困難，并且容易出現(xiàn)遺漏的問題。新一代信號處理機(jī)測試軟件設(shè)計(jì)了專門的軟件狀態(tài)報(bào)文結(jié)構(gòu)和軟件狀態(tài)診斷模式，且具備狀態(tài)記錄的功能，節(jié)省了人工等待故障復(fù)現(xiàn)的時(shí)間。在故障發(fā)生后，利用該測試程序在10秒內(nèi)就可以完成故障定位，大幅度節(jié)省了人工判斷的時(shí)間，提高了故障判斷的準(zhǔn)確率和工作效率。