王 凱 程寶山 李小斌 馮藝寧

(1.中國(guó)人民解放軍32382部隊(duì) 北京 100000； 2.西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

雷達(dá)裝備在戰(zhàn)場(chǎng)偵察、目標(biāo)攔截、電子對(duì)抗、遠(yuǎn)程預(yù)警等方面有著廣泛應(yīng)用。在對(duì)雷達(dá)裝備的維修保障技術(shù)服務(wù)(以下簡(jiǎn)稱技術(shù)服務(wù))保障方面，一方面是要努力提高設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)的水平；另一方面是要提高雷達(dá)裝備的檢測(cè)和維修能力。隨著技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)裝備電子系統(tǒng)也越發(fā)復(fù)雜，單靠人工用單個(gè)或幾個(gè)儀器儀表已經(jīng)很難對(duì)復(fù)雜的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，在戰(zhàn)時(shí)更是對(duì)快速檢修能力有著更高的要求。更快的檢測(cè)維修能力，意味著雷達(dá)裝備能夠更早的恢復(fù)戰(zhàn)斗力，因此開(kāi)發(fā)實(shí)用的技術(shù)服務(wù)保障的專(zhuān)用檢修設(shè)備，也是技術(shù)服務(wù)人員應(yīng)該考慮并解決的主要問(wèn)題。

本文針對(duì)某雷達(dá)裝備發(fā)射機(jī)控制檢測(cè)單元(以下簡(jiǎn)稱控檢單元)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用便攜式檢測(cè)維修設(shè)備，該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，即插即用，能夠全面地測(cè)試控檢單元各項(xiàng)邏輯控制功能是否正常，快速定位故障部位，提供診斷維修的依據(jù)，能夠幫助雷達(dá)裝備維修技術(shù)人員在不需要任何外部?jī)x表的情況下快速準(zhǔn)確地修復(fù)控檢單元，盡快恢復(fù)雷達(dá)裝備的作戰(zhàn)效力。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 控檢單元簡(jiǎn)介

某雷達(dá)裝備電真空發(fā)射機(jī)屬于主振放大式發(fā)射機(jī)，通過(guò)第一級(jí)固態(tài)放大器和第二級(jí)行波管放大器將微波源送來(lái)的小功率微波信號(hào)放大通過(guò)天線輻射出去?？貦z單元負(fù)責(zé)整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的操作控制、狀態(tài)監(jiān)控、故障檢測(cè)、與操作臺(tái)通訊、供電分配、脈沖調(diào)制以及低壓供電功能?？貦z單元按電路結(jié)構(gòu)分為：低壓電源、通訊板、控制板、脈沖板、檢測(cè)板、監(jiān)控單元、交流分配單元7個(gè)部分，所有上述電路板通過(guò)一塊控檢單元母板和兩組插座電氣連接，安裝在發(fā)射機(jī)機(jī)柜上方。

設(shè)計(jì)控檢單元的檢測(cè)維修設(shè)備必須首先模擬所有外部信號(hào)，包括信號(hào)處理器送來(lái)的脈沖信號(hào)，中心機(jī)的通訊信號(hào)等發(fā)射機(jī)外部信號(hào)，還要模擬發(fā)射機(jī)自身其他系統(tǒng)的故障檢測(cè)信號(hào)，工作狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)軟件設(shè)定將上述信號(hào)按發(fā)射機(jī)系統(tǒng)正常工作狀態(tài)的時(shí)序關(guān)系送給控檢單元，并檢測(cè)控檢單元相應(yīng)的控制輸出，在終端顯示是否正常。

1.2 檢測(cè)維修設(shè)備的構(gòu)成

根據(jù)實(shí)際需求，系統(tǒng)包含以下幾個(gè)部分：

圖1 設(shè)備組成框圖

2 電氣設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用50Hz、220V交流供電，并配備5V、15V、12V低壓電源為系統(tǒng)檢測(cè)電路及工控機(jī)供電。接口電路在控檢單元原母板的基礎(chǔ)上，保持原接插件形式，并將各輸入輸出檢測(cè)點(diǎn)引出到單獨(dú)的線束。

2.1 中心控制板

中心控制板是終端工控機(jī)與測(cè)試工裝的接口，用于將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)據(jù)，在終端軟件中顯示，并進(jìn)一步執(zhí)行軟件中用戶下達(dá)的命令。主要由單片機(jī)C8051F040和輔助芯片組成，此款單片機(jī)IO口多達(dá)7組，并自帶兩路通訊口，接口1能接收上報(bào)數(shù)據(jù)給終端工控機(jī)，接口2用來(lái)發(fā)送命令并接收通訊板的信息。單片機(jī)程序采用C++語(yǔ)言編寫(xiě)。

2.2 故障模擬板

故障模擬板能夠根據(jù)終端和中心控制板下達(dá)的指令，模擬故障電平，送給檢測(cè)板。中心控制板送來(lái)的指令經(jīng)過(guò)故障模擬板光耦隔離后，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大電路及分壓電路，形成相應(yīng)的柵偏故障、鈦泵電壓故障、打火故障、欠壓故障、風(fēng)壓故障、過(guò)流故障電平信號(hào)。

2.3 AD采樣板

控檢單元內(nèi)的低壓電源共有48V、15V、-15V、27V、5V、-5V等模擬電壓信號(hào)，控檢單元的交流分配單元受控繼電器輸出380V交流高壓供電、風(fēng)機(jī)供電和220V交流燈絲電壓供電信號(hào)。在計(jì)算機(jī)采樣這些電壓有無(wú)以及是否在要求范圍時(shí)，需要在AD采樣板內(nèi)將這些信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，應(yīng)用驅(qū)動(dòng)放大芯片將這些電壓轉(zhuǎn)換后，在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示。

圖2 AD轉(zhuǎn)換電路

2.4 脈沖采集電路

監(jiān)控單元在正常情況下輸出800V調(diào)制脈沖，采用一級(jí)隔離變壓器，次級(jí)輸出用二極管整形，接負(fù)載電阻使脈沖頂部平滑，輸出串聯(lián)無(wú)感電阻限流，最后用1∶100探頭將輸出送給示波器模塊。

圖3 脈沖采集電路

2.5 脈沖形成電路

設(shè)備需模擬信號(hào)處理器差分脈沖，頻率和脈沖寬度可調(diào)。因此脈沖形成電路采用NE555構(gòu)成振蕩器，脈沖寬度由CD4098調(diào)整，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后送給TTL轉(zhuǎn)差分芯片，最后再用74LS244芯片放大。脈沖頻率由充放電電阻決定，引出電位器至面板。所有脈沖均采用屏蔽線傳輸。

2.6 示波器模塊

示波器模塊主要包括電源模塊、信號(hào)前端處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA運(yùn)算控制模塊和顯示模塊。被測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊后，通過(guò)AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送給FPGA 在FPGA中用VirilogHDL描述的邏輯電路完成對(duì)數(shù)字信號(hào)高速的采集、存儲(chǔ)、運(yùn)算等工作，再把數(shù)據(jù)送給 Nios軟核處理器，處理 Nios軟核處理器根據(jù)需求對(duì)繼電器觸摸屏等設(shè)備進(jìn)行控制。

圖4 示波器模塊電路框圖

2.7 終端

為了減小設(shè)備體積，終端采用某品牌WIN10平臺(tái)三防平板，可實(shí)現(xiàn)觸屏操作。為了達(dá)到開(kāi)機(jī)自動(dòng)上電效果，需在BIOS中設(shè)置電源管理選項(xiàng)。

平板僅有一個(gè)USB接口，因此用一個(gè)1轉(zhuǎn)4USB擴(kuò)展塢，一個(gè)USB口用來(lái)與示波器模塊傳輸采集數(shù)據(jù)，一個(gè)USB轉(zhuǎn)RS232串口與中心控制板通訊，上傳下達(dá)故障模擬命令，一個(gè)USB轉(zhuǎn)RS232串口與通訊板通訊，下達(dá)開(kāi)關(guān)機(jī)命令，并讀取上電狀態(tài)。平板預(yù)裝Labview軟件，以及各插件，保證操作軟件正常運(yùn)行。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 操控軟件設(shè)計(jì)

軟件基于Labview設(shè)計(jì)，labview使用的是圖形化編輯語(yǔ)言編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開(kāi)發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。

軟件界面顯示燈絲高壓調(diào)制狀態(tài)，提供遙控按鈕，指示低壓電源檢測(cè)電壓，顯示故障信息，提供設(shè)置故障的按鍵。顯示通訊碼字窗口。設(shè)置交流分配單元燈絲、風(fēng)機(jī)、高壓三路強(qiáng)電上電到位信號(hào)的顯示。

軟件界面還設(shè)置了幫助頁(yè)面，給出信號(hào)通路，根據(jù)故障現(xiàn)象，提供排除故障的方法。

圖5 程序邏輯圖

3.2 虛擬示波器軟件設(shè)計(jì)

虛擬示波器軟件采用C++編寫(xiě)，示波器硬件模塊數(shù)據(jù)經(jīng)時(shí)域分析處理后，軟件提供時(shí)間軸和幅度軸的刻度轉(zhuǎn)換，提供觸發(fā)對(duì)話框，并且模仿當(dāng)前主流示波器的界面，給出各指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果。在讀取脈沖前后沿?cái)?shù)據(jù)時(shí)，提供局部縮放功能。兩路通道可同時(shí)測(cè)量觸發(fā)脈沖和調(diào)制脈沖。

圖6 虛擬示波器軟件界面

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮控制檢測(cè)電路維修性及工裝自身的維護(hù)便利性，設(shè)計(jì)為便攜式主機(jī)，為滿足剛性要求，材料選為鋁合金材質(zhì)，表面氧化涂覆。

5 系統(tǒng)測(cè)試

插入控檢單元所有板卡，控檢單元上電，工控機(jī)開(kāi)機(jī)，啟動(dòng)操控軟件和示波器軟件。

圖7 機(jī)柜結(jié)構(gòu)

設(shè)備送出開(kāi)關(guān)機(jī)控制信號(hào)，檢測(cè)執(zhí)行結(jié)果，實(shí)現(xiàn)控制板在線檢測(cè)。設(shè)置故障信號(hào)，檢測(cè)故障報(bào)出結(jié)果實(shí)現(xiàn)檢測(cè)板檢測(cè)。送入差分脈沖信號(hào)，檢測(cè)觸發(fā)脈沖以及末極調(diào)制脈沖實(shí)現(xiàn)脈沖板檢測(cè)和監(jiān)控單元檢測(cè)。檢測(cè)低壓電源電壓并顯示，檢測(cè)燈絲高壓和風(fēng)機(jī)供電輸出狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)交流分配單元的強(qiáng)電輸出檢測(cè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

某型雷達(dá)裝備技術(shù)服務(wù)保障設(shè)備體積小，重量輕，即插即用，獨(dú)立運(yùn)行，經(jīng)過(guò)實(shí)地檢驗(yàn)，能夠協(xié)助操作人員在現(xiàn)場(chǎng)快速準(zhǔn)確的定位故障，分離故障，并通過(guò)幫助信息解決故障。此設(shè)備的開(kāi)發(fā)是技術(shù)服務(wù)保障在現(xiàn)地維修維度上的一次嘗試，今后隨著雷達(dá)裝備的進(jìn)一步發(fā)展，集成化程度進(jìn)一步提高，專(zhuān)用的快速檢測(cè)維修設(shè)備必將進(jìn)一步代替通用儀表，在裝備搶修領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。