雷達設備的維護和技術保障主要包括對雷達的功能、 性能測試和故障診斷等, 現代雷達技術複雜, 型號多, 使維護人員對雷達設備的測試和故障診斷變得越來越困難。 計算機技術和自動化測試技術的發展為雷達的技術保障提供了良好的手段,使雷達的測試和故障診斷做到通用化、 自動化, 具有測試速度快、 精度高和故障檢測率高等優點。 雷達通用自動化測試設備使用方便, 但技術難度大。
基本介紹
- 中文名：捷變頻雷達
- 外文名：Rapid frequencyradar
捷變頻雷達射頻環境仿真技術,通用軟體平台技術,故障自動診斷技術,
捷變頻雷達射頻環境仿真技術
對捷變頻雷達進行測試, 首先必須產生對被測捷變頻雷達的模擬電磁環境, 對一些常規雷達的射頻環境仿真技術成熟,但對頻率捷變雷達的射頻環境仿真在技術上有一定的難度, 下面介紹捷變頻雷達射頻環境仿真的基本方法及其關鍵技術。
1捷變頻雷達信號特徵
捷變頻雷達的特點是發射脈衝的載頻在一個很大的範圍內以很高的速度隨機跳變, 相參體制的捷變頻雷達大都採用電調諧方法, 跳頻規律可以做到偽隨機跳變, 發射頻率的機率分布在捷變頻頻寬內是均勻分布的。 非相參體制的捷變頻雷達中多採用旋轉調諧磁控管振盪器, 磁控管以正弦規律進行旋轉調諧。
對捷變頻雷達信號的模擬一般有 4 種途徑:( 1)頻率綜合器方案;( 2)引出本振方案;( 3)瞬時測頻 +頻率引導方案;( 4)射頻延遲線方案。 頻率綜合器方案只適用於相參體制的捷變頻雷達, 對目前廣泛套用的非相參體制的雷達無效。 引出本振方案是將本振頻率附加到中頻以後變為雷達發射信號頻率, 仿真效果與雷達本身的頻率跟蹤精度有關, 若雷達本身的頻率跟蹤精度不高, 則仿真效果不好, 因此, 該方案在工程上很少被採用。 瞬時測頻加頻率引導方案僅適用於非相參體制的雷達, 目前在捷變頻雷達信號仿真中被廣泛套用, 但對相參體制的雷達無效。 射頻延遲線方案既適用於相參體制的雷達, 又適用於非相參體制的雷達。
2 基於瞬時測頻方案的射頻環境仿真及其關鍵技術
該方案採用瞬時測頻技術測量雷達發射機的工作頻率, 再由頻率引導電路將仿真模擬器內振盪器的工作頻率引導到雷達發射機的工作頻率上去, 保證仿真模擬器輸出模擬信號的工作頻率始終與雷達發射機的工作頻率一致。 基於瞬時測頻技術的仿真模擬器中某捷變頻雷達 VCO 是模擬器的射頻振盪源, 在頻率引導狀態下, 由瞬時測頻電路測量雷達的工作頻率, 輸出頻率碼到頻率引導電路, 由頻率引導電路控制 VCO 的工作頻率使其振盪在雷達的工作頻率上, 保證模擬器的工作頻率與雷達的工作相同。功率控制電路控制模擬器輸出功率電平的大小, 模擬雷達目標 RCS 的變化。 調製與延時控制電路控制仿真模擬器輸出信號的調製參數的變化, 模擬目標距離等信息的變化。
對捷變頻雷達信號的仿真的關鍵是輸出信號的頻率精度 , 頻率複製精度取決於瞬時測頻電路的測頻精度 、 頻率引導電路的頻率引導精度以及振盪器本身的頻率漂移 。 目前不論採用數字鑒頻器測頻 還是採用 駐波測 頻技術都 可以使 測頻精度 做到0. 5M H z 以下 , 完全可以滿足對非相參捷變頻雷達信號仿真模擬的要求 。 頻率引導誤差和振盪器的溫漂將是影響頻率複製精度的關鍵因素 , 解決的方法是採用頻率邊跟蹤邊校準的技術措施 , 即在頻率跟蹤過程中 , 利用脈衝間隔時間對頻率引導電路進行自動校準, 這樣不但可以消除由於電源電壓等因素的變化造成的頻率引導電路的引導誤差 , 而且還可以消除 V CO 振盪器的溫度漂移對頻率複製精度的影響 。
3 基於射頻延遲線方案的射頻環境仿真及其關鍵技術
射頻延遲線有模擬延遲線和數字延遲線兩種 , 模擬延遲線是由換能器將射頻信號轉換為其他形式的信號 , 經過延遲後再由換能器轉換為射頻信號的能量 。 由於雷達信號的頻率較高 ,不宜直接進行能量轉換 , 一般採用下變頻器降低頻率 , 經過延遲和能量轉換後再由上變頻器轉換為雷達的工作頻率 。 模擬延遲線的優點是頻率精度高 , 可以模擬仿真出雷達信號的脈內特徵 。缺點包括 : ( 1)延遲時間無法連續變化 , 不能模擬目標的連續運動 。 延遲線的延遲時間較短 , 一般為幾個微秒 , 而雷達信號的仿真一般要求延遲時間為幾十甚至幾百微秒 , 靠一次延遲無法滿足要求 , 必須進行多次循環延遲 , 這樣就使得延遲時間以一次延遲時間為步長步進式變化 , 無法模擬距離上的連續變化 。( 2)延遲線損耗太大 , 被延遲信號的失真較大 , 影響仿真效果 。
數字延遲線是採用數字射頻存儲 ( D RFM)技術 , 將雷達發射信號的頻率和相位信息進行儲存 、 延遲後再發射出去 。 該方法的優點是延遲時間長 , 使用 、 控制方便 、 靈活 , 缺點是被複製信號的頻譜純度較差 , 寄生電平較高 。對模擬延遲線來講 , 關鍵技術就是發展延遲時間連續可調 、 低損耗 、 寬頻帶和長延遲時間的高性能射頻延遲線 , 聲光連續可變延遲線 ( AO CVD L) 可以做到延遲時間連續可調 ,且損耗較低 , 但頻帶太窄 , 只能用於固定頻率雷達信號的仿真 , 不能用於捷變頻雷達信號的仿真 。 數字射頻延遲線方案的關鍵技術就是發展高性能的數字射頻儲存技術 。
通用軟體平台技術
通用性是當今自動化測試系統 ( A T S)的主要發展方向 ,A T S 的通用性包括硬體平台的通用性和軟體平台的通用性 ,本文重點討論軟體平台的通用性問題即測試程式集 (T PS)的可移植性 、 T PS 與硬體平台的無關性等內容 。
1 通用軟體平台的基本屬性
軟體設計執行 V ISA 標準 , 在軟體平台定義的基礎性構件的基礎上 , 按照規定的軟體結構設計的完成的 T PS 可以實現A T S 之間的可移植性及 T PS 與硬體平台的無關性 , 軟體平台的核心由若干個動態程式庫 ( D LL)及一個 A T S 管理程式組成 , 軟體平台核心主要具有以下屬性 :軟體的適應性 , 儀器可更換 ( IV I), 開放性 ;信號轉接通道設計的無關性 , 與系統計量數據的無關性 , T PS 與測試項目特徵參數的無關性 , T PS與測試結果數據記錄格式的無關 , 故障診斷方法的無關 , 對儀器運行狀態的自動管理功能 。 以上屬性定義由構成系統核心的動態程式庫以及規定的軟體結構完成 , T PS 直接調用這些D L L 導出的函式就可繼承這些屬性 。
2 軟體平台總體結構
A T S 邏輯結構模型包括資源控制模型 、 信號轉換通道控制模型 、 信號校正模型 、 測試項目數據模板等幾個部分 。 資源控制模型對儀器資源的匯流排形式 、 儀器類別地址 、 邏輯儀器與物理儀器的映射關係 、 物理儀器與物理驅動程式的對應關係等進行了描述 , 系統核心在該模型的基礎上實現了 IV I 特性 ;信號轉換通道控制模型描述了構成信號轉換通道的控制模組及其間的電器連線關係及信號連線埠間的互連屬性 , 藉助於該模型可以實現 T P S 與信號轉換通道設計的無關性 ;測試項目數據模板定義了 U U T 所有測試項目的參數特徵 , 測試項目數據模板資料庫的建立及其處理程式的設計提高了 T PS 的可維護性和可操作性 ;核心設計有故障診斷功能函式 , 在 U U T 故障診斷字典的基礎上 , 可以根據U U T 的測試結果資料庫形成故障診斷及故障定位報告 。
3 平台核心軟體組成
平台核心由 A T ESy stem 、 ChanM anag e 、 Da taM anag e 、Diagnoser 、 D M M [ 3] 等組成 , 其中 A T E Sy stem 主要完成 T PS的系統無關性及系統集成 , 其主要功能為 :系統資源控制模型管理 ;儀器運行狀態的實時監測 ;儀器運行模式管理 ;類驅動程式及物理驅動程式 D LL 模組句柄管理 ;邏輯儀器到物理儀器映射及對物理驅動程式導出函式的動態調用 ;類驅動函式到物理儀器驅動函式映射 ;類驅動程式及物理驅動程式註冊等 。ChanM anag e 主要完成對信號轉接通道的註冊及自動管理功能 , 主要包括系統信號連線埠及連線埠屬性註冊 、 信號轉換通道控制模型管理 、 信號轉換通道的自動管理等 。 DataM anage 主要實現測試項目模板處理 , 測試結果快取 、 顯示 、 列印 , 測試結果檔案管理及列印表格的自動生成 , 信號校正模型處理及被測信號 、 激勵信號校正 。 Diag no se r 實現故障診斷功能 , DM M提供共享數據軟體接口 。
4 儀器可互換性
採用動態程式庫的動態載入技術和顯示連結技術可以實現平台儀器的可互換屬性 , 軟體平台中類驅動程式與物理儀器驅動程式都是 DL L , T PS 與類儀器驅動程式的連結為隱含連結方式 , 而類儀器驅動程式對物理儀器驅動程式導出函式的調用方式為顯式連結 。 類驅動程式及物理驅動程式以註冊的方式記錄在資源控制器模型中 , 實現了核心儀器可更換特性的開放性 。類驅動程式及物理驅動程式導出的函式分為公共函式和功能函式兩類 , 其中公共函式為各類儀器所共有的 , 如儀器初始化 、 關閉等 , 功能函式是與各類儀器有關的 。
5 軟體平台研製過程中的關鍵技術
A T S 通用性設計的關鍵是要制定一套廣泛的標準 , 來規範整個系統的設計 , 從而實現整個系統的通用性 , 但目前還沒有一套完整的標準適用於 A T S 系統的設計 , 近幾年來發展起來的 IV I 標準為 T PS 儀器的可更換的實現提供了可行的技術途徑 , 但該標準目前少數幾類測試儀器的驅動程式設計工作 ,還不能包含目前 A T S 中使用的所有儀器 。 在缺乏相關標準的前提下 , 構建 A T S 系統模型 , 建立系統測試軟體的設計平台 ,為測試軟體的設計提供標準的基礎性軟體構件 , 是實現 T PS可移植性及軟硬體無關性的可行方案 。
故障自動診斷技術
對雷達自動測試的目的就是檢測雷達性能和技術指標是否正常 , 並根據檢測結果對雷達進行故障定位 。 故障自動診斷技術是自動化測試技術的關鍵技術之一 , 故障診斷的方法可以分為基於模型的方法 、 基於知識的方法和基於信號處理的方法三類。
1 基於模型的故障診斷的方法
首先建立被測對象的模型 , 通過將被測對象的可測信息與由模型表達的先驗信息進行比較 , 並對產生的殘差進行分析和處理 , 來實現故障診斷 。 根據殘差產生的形式不同 , 分為狀態估計法 、 參數辨識法和等價空間法 。狀態估計法是利用被測對象的解析模型和可測信息設計檢測濾波器 , 重建被測對象的某一可測變數 , 對系統的狀態進行評估並構成殘差序列 , 通過對殘差序列的統計檢驗檢測出其中的故障並作進一步的分離 、 估計和決策 。 參數辨識法是利用被測對象的系統參數和故障參數進行故障診斷的方法 , 分為基於系統參數辨識的診斷方法和基於故障參數辨識的診斷方法 。 等價空間法是通過系統輸入輸出的實際值 , 檢測對象數學關係的等價性實現故障檢測和故障分離的方法 。
2 基於知識的故障診斷的方法
基於解析方法的故障診斷方法需要已知被測對象的精確數學模型 , 在有些系統中精確數學模型是很難得到的 , 而基於知識的診斷方法不需要已知對象的數學模型 , 該方法分為基於症狀的方法和基於定性模型的方法 。基於症狀的方法包括神經網路法 、 模糊推理法 、 模式識別法 、 故障樹和專家系統法等 。 在神經網路方法中套用最多的是基於 BP 算法的多層感知器神經網路理論 , 神經網路故障診斷方法具有從樣本進行學習 、 歸納 、 推廣和很強的自適應能力 , 但它需要較多的訓練樣本用於神經網路學習才能使網路收斂 , 得出穩定的診斷結果 。
3 基於信號處理的故障診斷的方法
利用信號模型直接分析可測信號 , 提取方差 、 幅值和頻率等特徵值用於故障檢測, 有基於小波變換的方法、 基於信息融合的方法、 基於自適應濾波器方法、 基於 Kullback 信息準則方法等 ,給予小波變換的方法不需要對象的數學模型 , 且對輸入信號的要求低, 計算量不大是一種很有前途的故障診斷的方法 。
4 故障自動診斷的關鍵技術
故障診斷技術雖然在理論上取得很大的進步 , 但還存在很多需要解決的關鍵技術問題 , 主要包括 : ( 1 )故障診斷的魯棒性問題 , 即對被測對象的故障具有很高的敏感性的同時 , 具有對噪聲 、 干擾和建模誤差的不敏感性 。( 2 )找到合適的合理的診斷方法 , 設計合理的診斷軟體提高故障的診斷速度 , 進行故障的實時診斷 。 ( 3 )設計先進的診斷技術 , 建立完備的診斷系統知識庫 , 實現相對的自主診斷 。 ( 4 )採用多故障假設模型 ,實現多故障耦合的診斷 , 解決多故障之間的耦合問題 。
