基于PCI總線的無線電高度表測試系統(tǒng)

　　0引言

　　為了適應(yīng)高科技條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭，不僅要不斷地提高戰(zhàn)斗機的性能，而且對相應(yīng)檢測設(shè)備也提出了更高要求。先進測試技術(shù)的應(yīng)用是戰(zhàn)斗機維護修理的發(fā)展方向，是減少維修時間、提高裝備完好率的重要手段。本文所設(shè)計的檢測設(shè)備的技術(shù)高低對高度表的日常維護、檢測起了決定性的作用。

　　本文對高度表的組成和工作原理進行分析，確定被測試項目。重點對被測參數(shù)進行分析，采用并行的開發(fā)模式。選擇適合的工控機，設(shè)計相應(yīng)的調(diào)理電路。軟件用LabWindows/CVI語言，完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等開發(fā)。

　　1 高度表概述

　　本文所研究的無線電高度表(以下簡稱高度表)作為某型導(dǎo)彈縱向彈道控制的關(guān)鍵部件，其性能的好壞將直接影響著導(dǎo)彈飛行高度的準(zhǔn)確性和戰(zhàn)術(shù)發(fā)揮。在導(dǎo)彈飛行過程中，它實時測量導(dǎo)彈相對陸地(或海面)的真實高度，并給出與高度成正比的高度脈沖信號送給綜合控制計算機，以協(xié)助控制導(dǎo)彈在預(yù)定的高度上穩(wěn)定飛行。

　　對于LFMCW高度表，其測高原理主要有差頻法和調(diào)制信號周期法。由于該高度表采用恒定差拍閉環(huán)體制，則其測高原理為調(diào)制信號周期法，可用式(1)來表征：

　　式中：fb——差拍頻率(Hz);

　　△F——調(diào)頻帶寬(MHz);

　　C——電磁波傳播速度(3×1O8 m/s);

　　Tm——鋸齒波調(diào)制周期(μs);

　　H——被測高度(m)。

　　對于確定的高度表，Tm與H成正比。當(dāng)保持高度脈沖信號與調(diào)制周期Tm同步時，就可實現(xiàn)高度測量。

　　2 測試需求

　　高度表本質(zhì)上屬于近程無線電探測系統(tǒng)，為判斷這類系統(tǒng)工作狀態(tài)與性能，通常對其高頻輻射信號和信號處理電路輸出的控制信號或狀態(tài)信號進行檢測，檢查其是否滿足輻射設(shè)計指標(biāo)要求、工作時序與工作狀態(tài)要求。對該型高度表，需要檢查輻射信號頻率、帶寬、功率和整機靈敏度;檢查搜索/跟蹤狀態(tài);檢查工作狀態(tài)是否滿足要求;檢查給定高度時，高度表輸出控制信號的正確性;還要監(jiān)測整機工作電流。高度表工作是否正常、性能是否滿足探測、跟蹤與測距精度要求。

　　3 整體設(shè)計思路

　　本檢測設(shè)備的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則，以使系統(tǒng)功能完善、技術(shù)先進、性能優(yōu)良、使用安全、操作簡單、維護方便，并具有一定動態(tài)適應(yīng)性。從功能上講，要它能夠順利完成高度表的自動測試任務(wù)，具有連續(xù)自動測試、單步測試、自檢、測試結(jié)果儲存打印顯示等功能。

　　根據(jù)該系統(tǒng)的使命任務(wù)要求，“無線電高度表測試系統(tǒng)”由工控機、功能模板、適配器、程控高度模擬器和測試與管理軟件5個子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及子系統(tǒng)間控制與信息相互關(guān)系如圖l所示。

　　圖1 測試設(shè)備原理框圖

　　3.1 系統(tǒng)所涉及的各個子硬件功能介紹

　　3.1.1 工控機

　　工控機是整個測試系統(tǒng)操作、測控程序、管理程序的基本平臺，實現(xiàn)測試自動運行與管理。它提供測試功能模板所需的PCI總線，該總線也作為測試系統(tǒng)的測控總線。鑒于測試系統(tǒng)使用中溫度、力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性和可靠性要求較高，擬選用西門子公司的工控機產(chǎn)品作為整個測試系統(tǒng)的測控中心。

　　3.1.2 功能模板

　　功能模板是根據(jù)被測試信號種類和測試精度選購的。在高度表測試中，需要的功能模板主要有數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字I/O卡、計數(shù)卡和繼電器矩陣卡。這些功能模板均選用PCI總線結(jié)構(gòu)，以便裝載在工控機內(nèi)。

　　3.1.3 適配器

　　適配器的作用是對被測信號進行調(diào)理、分類，使得測試資源與被測信號適配，在模擬被測對象和數(shù)字測試資源之間建立一個測試接口。主要由分壓轉(zhuǎn)換、光隔離、開關(guān)控制組合、衰減控制組合、電源模塊等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 適配器結(jié)構(gòu)原理

　　分壓與轉(zhuǎn)換模塊主要完成模擬電壓信號調(diào)理和分類，使得較大幅值電壓信號按比例調(diào)整到數(shù)據(jù)采集卡測試范圍內(nèi)，并將同類模擬信號集中送至繼電器矩陣，以便測試選擇。

　　光隔離模塊主要對Pc、Pn信號進行隔離與電平轉(zhuǎn)換處理，以適應(yīng)計數(shù)卡輸入計數(shù)信號電平需要。同時，對微波開關(guān)驅(qū)動信號進行隔離，以減小微波信號干擾。

　　因為微波開關(guān)數(shù)量較多，設(shè)計開關(guān)邏輯組合，用四位信號控制16路開關(guān)。

　　衰減控制信號通過計算機控制D/A器件產(chǎn)生，視具體電控衰減其型號確定。

　　電源模塊為整個測試系統(tǒng)和高度表提供測試電源，輸出電壓分別為+28.5VDC、±15VDC、+5VDC、+3.3VDC等。

　　3.1.4 程控高度模擬器

　　程控高度模擬器為模擬發(fā)射信號在目標(biāo)與接收天線之間往返路徑產(chǎn)生的參數(shù)變化而設(shè)計，完成射頻信號經(jīng)由的自由空間狀態(tài)模擬，即模擬導(dǎo)彈的飛行高度。程控高度模擬器為高度表測試提供測試高度要求的電磁波衰減與延遲特性，從而提供閉環(huán)測試條件。程控高度模擬器主要由微波開關(guān)、電控衰減器、延遲組件和控制部分組成，如圖3所示。

　　圖3 程控高度模擬器結(jié)構(gòu)原理

　　延遲組件采用聲體波延遲技術(shù)制作，由電(聲)轉(zhuǎn)換薄膜換能器、傳播聲波晶體、匹配網(wǎng)絡(luò)(或濾波器)三部分組成。根據(jù)測試要求，需要模擬7個不同的導(dǎo)彈飛行高度，因此需要7個延遲組件。每個延遲組件延遲時間是固定的，根據(jù)模擬的高度不同，確定每個延遲組件的延遲時間。在每個模擬高度上，程控高度模擬器總的延遲時間τ應(yīng)該滿足式(2)：