虚拟仪器在雷达测试方面的应用

吕浩然，孙 凯

(西安电子科技大学 电子工程学院，陕西 西安710071)

雷达系统测试贯穿于雷达研制过程中的各个阶段，其对于确保设计合理、节约生产调试成本，提高雷达的自我保障能力，使雷达系统处于最佳工作状态，充分发挥雷达系统的战斗力具有重要作用。

随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，测试理论、方法、领域和系统结构发生了质的变化。现代雷达系统的发展要求测试系统的功能全、精度高、体积小、重量轻、通用性强、机动性好、可靠性高。而外场测试是检验雷达系统性能的一项重要测试内容，因此基于LabWindows/CVI平台研制了便携式雷达测试系统，能够满足使用者在实验室和外场测试的需要。系统具有雷达信号采集、信号记录、信号分析、重要指标检验以及形成测试性能报告等功能。

1 测试系统总体框架

为满足系统便携式及可靠性的要求，采用安捷伦M9018A高性能便携式PXI平台，安捷伦M9392数据采集卡以及相应测试软件，以满足测试在实验室或者外场的需求。系统总体框架如图1所示。

图1 便携式雷达测试系统总体设计框架

系统分为:(1)硬件数据采集部分，其中由PXI机箱和内嵌采集板卡系统提供数据采集功能，通过Y1200A PXIe电缆和M9047 PXIe适配器将采集的数据送到上位机。(2)由上位机和开发的测试软件组成，其作用是将采集到的数据进行存储和分析，并将测量结果记录下来给出评估报告。

2 系统软件设计

2.1 软件开发平台介绍

便携式雷达测试系统的软件采用NI公司的LabWindows/CVI进行设计开发［1］。其定位于面向计算机测试领域的虚拟软件开发平台，以ANSIC为核心的交互式虚拟仪器为开发环境，可以快捷地进行虚拟测试软件开发。

2.2 软件需求分析

便携式雷达测试系统的主要设计目的是建立一个方便、可靠、快捷的雷达性能测试平台，主要应用于雷达外场测试，故在设计过程中其专用性需要突出，即可以便捷地对雷达信号的特征参数进行分析检验，除此之外还设计了一般信号的测量和观察功能［2］。经分析，具体需求如下:(1)能够准确测量相应雷达信号参数。(2)具有设备自检功能。(3)测试数据能够实时存储、显示。(4)丰富的分析处理功能，具有时域、频域以及时频域显示能力。(5)较为人性化的用户界面。(6)具有查看结果、打印以及报表生成等功能。

软件运行流程，如图2所示。

图2 软件系统运行流程图

专用模式软件设计界面，如图3所示。

图3 专用模式设计界面

专用模式界面由两部分构成:(1)波形显示控件，即图3中的两个graph控件，顶部控件为全景图，显示采集数据的波形。下面的graph窗口根据参数测试的需要，自动调整为时域，频域或者时频域显示窗口。在每个窗口上方设计有辅助显示工具，如光标、时间频率位置显示、波形缩放等，并根据实际情况自由控制辅助工具的出现与否。(2)测量控制部分。按照功能划分为参数配置、硬件设置、测量设置、状态显示、存储、模式切换，测量参数列表，以及报告分析等小功能模块［6］。

2.3 信号采集

采用安捷伦M9392矢量信号分析仪作为前端数据采集和处理，其有5个模块部分组成:(1)M9211A PXIe中频数字化模块。(2)M9302A PXI本振模块。(3)M9360A PXI预选/衰减模块。(4)M9361A PXI微波频段(2.75～26.5 GHz)下变频模块。(5)M9351A PXI射频频段(50 MHz～2.75 GHz)下变频模块。

系统测试信号频率范围为100 Hz～26.5 GHz，并根据采集信号频率不同，分为3个信号通道路径:直通，射频通路和微波通路。其中，直通路径信号频率为100 Hz～625 MHz，射频通路信号频率为625 Hz～2.75 GHz，微波通路信号频率为2.75～26.5 GHz。具体采集过程如下:启动采集仪和测试软件后，设计程序会自动对信号采集设备进行初始化，然后根据测试信号频率的大小在软件界面中硬件设置模块进行相应的通道路径选择，并通过调用函数AGMD1_ConfigureAcquisition()设置采样频率和采样深度等信息后，通过函数AGMD1_ReadWaveformReal64()进行数据采集。

3 系统测量功能的实现

雷达参数测量功能是便携式雷达测试系统的重要功能部分，其主要任务是将采集得到的雷达信号进行分析处理，依照测试参数的不同对系统进行设置，根据实际需要进行自动测量和人工手动测量，并生成数据报表和分析报告。

3.1 模拟信号的中心频率测量分析

模拟信号(采样频率1 GHz;采样时间4 ms):(1)信号类型:线性调频信号。(2)信号参数:被测信号带宽40 MHz;中心频率420 MHz;跨度设置为150 MHz。

模拟的线性调频信号在全景graph中得到显示，并根据参数的实际情况显示窗口自动调整为频域显示界面，首先用辅助测量的光标在全景图中选定一个脉冲，然后在测量参数列表中选中发射机脉冲带宽测量选项，仿真结果如图4所示。

图4 信号带宽测量界面

通过图4可以看出，所测信号带宽结果为40.4 MHz与理论值存在约1%的误差，此误差在允许范围内。

3.2 发射脉冲重复周期和参差比测量

(1)测量方法。准确计算脉冲的到达时间TOA是分析脉冲重复周期的关键，在发射机的测量过程中，由于信噪比较高，所以获得准确的到达时间，程序不必设计复杂算法［4］。在检测TOA前对采集信号先做5点平滑滤波，再做适当的门限检测可以保证测量的准确性。

5点平滑滤波和门限检测如下

其中，HT为检测门限;nis为上升沿时刻;im为检测到的脉冲数。

脉冲重复周期及参差比计算方法:假设所测信号的最高参差阶数为5阶，由TOA计算每个脉冲间隔τi，i=0，1，…，im，将τi依次分发给in=5，4，3，2，1个数组，每个数组大小为im/in，循环分发，直至完全发完。分别计算5种情况下每个数组的方差，并求和，从5种情况中找出最小求和结果in。参差个数即为in，参差序列即为in下的in个数组内平均值。脉冲重复周期即为in个数组下平均值求和值，抖动即为每个im/in个脉冲重复周期的方差。其流程图如图5所示。

图5 脉冲测量算法流程图

(2)可测参数。脉冲重复周期;脉冲重复周期个数;脉冲重复周期参差比;脉冲重复周期均值;脉冲重复周期抖动。

(3)测量方式。1)手动测量:使能时域分析光标后，通过操作光标1、2可测量脉冲间隔等。2)自动测量:由算法直接给出测量结果。

(4)所模拟测量信号。1)输入信号类型:线性调频信号。2)输入信号参数:脉冲宽度10μs;重复周期100μs;重复周期参差比5∶3∶2;脉冲个数120;下变频信号起始频率400 MHz;参差信号带宽40 MHz，50 MHz，60 MHz;调频斜率4e12 MHz/s，5e12 MHz/s，6e12 MHz/s。

图6为自动测量得到的脉冲重复周期及参差等参数的测量图，其参数测量结果显示在时域图的左上方，所测得的脉冲周期为100μs，与理论值一致。当测量环境较恶劣时，即噪声影响较大，可选用手动测量进行人工干预，由此得到较好的测量结果。使能光标测量功能，可通过光标1、2测量脉冲的重复周期，如图7所示。

图6 发射脉冲重复周期及参差比

测量的结果显示在时域图右上方框中，显示的重复周期为100.40μs，测量误差0.4%。

图7 发射脉冲重复周期

4 结束语

介绍了基于LabWindows/CVI的便携式雷达测试系统，在利用LabWindows/CVI开发应用程序时，结合安捷伦M9392数据采集仪，完成了多种信号的采集和数据分析，根据实际情况，在测量过程中可以选择自动或人工测量，前者测量效率高，后者适用于信号信噪比低自动测量准确度不高的情况，在雷达参数测试完成后给出相应参数测量分析和性能评估报告。实际使用结果表明，测试系统运行良好、数据采集可靠、分析功能稳定、可以满足多种雷达信号的采集和分析需要。

［1］ 王建新，杨世凤，隋美丽.LabWindows/CVI测试技术及工程应用［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［2］ 常晓飞，符文星，闫杰.便携式应变采集分析系统的设计［M］.测控技术，2011，30(5):6－8.

［3］ 习修民，王建.基于LabWindows/CVI的虚拟仪器软件开发技术［J］.软件技术，2003(增刊):66－69.

［4］ 王永东.雷达接收机自动测试系统的研制［D］.南京:南京理工大学，2006.

［5］ 曾德国，熊辉.基于相位差分的脉内调制信号类型识别［J］.电子测量与仪器学报，2009，23(10):187－192.

［6］ 杨恒辉，王超.基于LabWindows/CVI的数据报表技术［J］.科学技术与工程，2011，11(6):69－71.