朱秋生 張玉康

（中國人民解放軍91114部隊(duì) 上海 200434）

1 引言

某新型艦載雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)用于消除搖擺對(duì)雷達(dá)天線指向的影響，使天線轉(zhuǎn)臺(tái)始終保持水平，確保雷達(dá)測(cè)量的精度。穩(wěn)定平臺(tái)伺服系統(tǒng)是一個(gè)角度隨動(dòng)系統(tǒng)，其角度跟蹤精度直接影響整個(gè)平臺(tái)伺服系統(tǒng)的精度。

該型雷達(dá)裝上艦艇后，平臺(tái)系統(tǒng)受條件限制，只能手動(dòng)裝訂數(shù)據(jù)，檢查平臺(tái)工作后能否消除誤差且不產(chǎn)生振蕩，至于平臺(tái)的跟蹤精度、角速度、角加速度等則無法測(cè)試。因此最常出現(xiàn)的情況是艦艇在碼頭檢查平臺(tái)工作正常，一旦出海遇到風(fēng)浪稍大，平臺(tái)工作效果不佳的情況時(shí)，很難判斷故障所在，況且平臺(tái)能否正常工作還與羅經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)，互相推諉的事經(jīng)常發(fā)生。

該檢測(cè)儀利用虛擬儀器技術(shù)，通過圖形化編程軟件為用戶提供一個(gè)友好的軟件面板，完成參數(shù)設(shè)置、函數(shù)調(diào)用，產(chǎn)生各種激勵(lì)信號(hào)通過總線送給被測(cè)對(duì)象，被測(cè)對(duì)象送出響應(yīng)數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后送給PC機(jī)供檢測(cè)分析。

2 設(shè)計(jì)總體思路

該檢測(cè)儀主要實(shí)現(xiàn)模擬旋變輸出、誤差信號(hào)檢測(cè)和羅經(jīng)信號(hào)檢測(cè)。檢測(cè)儀部件模塊主要以旋轉(zhuǎn)變壓器為被測(cè)目標(biāo)，以DRC軸角轉(zhuǎn)換技術(shù)為基礎(chǔ)信號(hào)源，模擬仿真各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過AD采樣技術(shù)采集旋轉(zhuǎn)變壓器的誤差信號(hào)，并伴隨前饋輸出驅(qū)動(dòng)天線跟蹤，液晶顯示面板直觀地將各狀態(tài)信息反饋顯示。檢測(cè)儀通過信號(hào)產(chǎn)生單元分別生成模擬縱橫搖角度信號(hào)、旋變前饋信號(hào)送至雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)旋變；通過誤差采集單元對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)旋變產(chǎn)生的縱橫搖誤差信號(hào)進(jìn)行采樣處理，得到當(dāng)前誤差信息；通過羅經(jīng)檢測(cè)單元采集羅經(jīng)角度信號(hào)、前饋信號(hào)和羅經(jīng)旋變誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以檢測(cè)羅經(jīng)相關(guān)信號(hào)是否正常。

3 系統(tǒng)組成

該檢測(cè)儀系統(tǒng)中，功能上由軸角轉(zhuǎn)換單元、誤差采集單元、前饋產(chǎn)生單元、數(shù)據(jù)處理單元等組成；硬件上由電源板、轉(zhuǎn)換板、控制板和觸摸式平板電腦等組成。

4 硬件設(shè)計(jì)

該檢測(cè)儀分為縱搖通道、橫搖通道，兩個(gè)通道硬件相同，均由電源板、轉(zhuǎn)換板和控制板組成。

1）電源系統(tǒng)

采用AC-DC轉(zhuǎn)換模塊，外部電源提供交流220V/50Hz，通過相應(yīng)AC-DC模塊轉(zhuǎn)換為+5V，+3.3V，±15V，±45V的電壓供給其他板卡使用。實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖2所示。

圖1 穩(wěn)定平臺(tái)檢測(cè)儀原理框圖

圖2 系統(tǒng)硬件組成框圖

2）轉(zhuǎn)換板

轉(zhuǎn)換板由DRC軸角轉(zhuǎn)換模塊、AD誤差采樣單元和DA前饋產(chǎn)生電路組成，主要實(shí)現(xiàn)模擬縱、橫搖旋變角度生成、前饋信號(hào)產(chǎn)生和平臺(tái)旋變誤差采集，旋變角度由DSC模塊產(chǎn)生、前饋信號(hào)采用DAC完成，誤差采集由ADC采樣。

圖3 電源系統(tǒng)組成框圖

設(shè)計(jì)中采用DSC0516數(shù)字-軸角轉(zhuǎn)換器，將14位高精度數(shù)字角度信號(hào)按照系統(tǒng)速比要求轉(zhuǎn)換成旋變模擬角度信號(hào)，其參考電壓為115V/400Hz，AD旋變誤差采樣單元選用ADI公司的AD7685芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片是一款16位、電荷再分配、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），其采樣精度16位、采樣率最大為250MHz、模擬輸入信號(hào)范圍為0～5Vpp，采用10引腳QFN封裝，前饋產(chǎn)生單元采用ADI公司的AD5543芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片是16位、低功耗、電流輸出、小尺寸數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），采用5V單電源供電。

圖4 轉(zhuǎn)換板組成框圖

3）控制板

控制板主要由RDC軸角轉(zhuǎn)換模塊、AD采樣單元和FPGA數(shù)據(jù)處理單元組成，實(shí)現(xiàn)羅經(jīng)角度信號(hào)、前饋信號(hào)和羅經(jīng)旋變誤差的檢測(cè)。RDC軸角變換單元將接收的羅經(jīng)角度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送FPGA進(jìn)行處理，兩路DA采樣單元分別采集羅經(jīng)旋變誤差和羅經(jīng)前饋信號(hào)送FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過串口將處理結(jié)果顯示到觸摸顯示屏上。

設(shè)計(jì)中采用RDC2904軸角-數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，將旋變產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其分別率為16位，具有較高精度和較高跟蹤速率。FPGA作為核心元件完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理并通過串口和上位機(jī)通信，采用Xilinx公司的XC6SLX9-3TQG144，該邏輯器件內(nèi)部有9152個(gè)邏輯單元，1430個(gè)宏單元，可用I/O數(shù)量為102，電源電壓為1.14V～1.26V。

圖5 控制板組成框圖

4）人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互模塊采用Touch Panel PC（觸摸式平板電腦），通過串口與底層硬件進(jìn)行通信，采用QT語言編寫的交互軟件在嵌入Windows XP操作系統(tǒng)上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互界面。

5 軟件設(shè)計(jì)

1）FPGA邏輯編程

FPGA邏輯編程采用VHDL語言進(jìn)行，VHDL語言主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口，是標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語言。FPGA的邏輯描述為上位機(jī)與FPGA通過RS232串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，F(xiàn)PGA解析上位機(jī)發(fā)出的指令，驅(qū)動(dòng)相關(guān)模塊執(zhí)行該指令并將執(zhí)行情況向上位機(jī)反饋。

2）應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

圖6 平臺(tái)檢測(cè)儀應(yīng)用軟件功能模塊組成

應(yīng)用軟件基于Windows XP操作系統(tǒng)，采用跨平臺(tái)開發(fā)語言QT進(jìn)行開發(fā)。應(yīng)用軟件主要由基本參數(shù)設(shè)置、旋變測(cè)試、羅經(jīng)檢測(cè)和測(cè)試報(bào)告生成等功能模塊組成，如圖7所示，其工作流程如圖8所示。

圖7 檢測(cè)儀應(yīng)用程序流程

檢測(cè)儀應(yīng)用軟件按功能模塊組織界面，“設(shè)置”區(qū)域主要設(shè)置上、下限角度和速比，前饋信號(hào)AC/DC可切換，還可設(shè)置校零信息；“羅經(jīng)”區(qū)域主要完成羅經(jīng)角度、誤差和前饋的檢測(cè)；“旋變”區(qū)域主要選擇旋變輸出的階躍、步進(jìn)、等速和正弦運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，輸入相關(guān)參數(shù)執(zhí)行測(cè)試；圖形顯示區(qū)域用來顯示誤差電壓和旋變輸出曲線。

6 結(jié)語

該檢測(cè)儀不僅能模擬海上搖擺情況，同時(shí)通過對(duì)回傳的信號(hào)實(shí)時(shí)進(jìn)行分析。通用性好，只需對(duì)接口電路改裝和軟件修改就可應(yīng)用到其他雷達(dá)平臺(tái)系統(tǒng)，有效提高了維修檢測(cè)效率和維修質(zhì)量。