基于混合总线的地面情报雷达自动测试设备设计

夏 勇 尤 路 杨志谦

(中国电子科技集团第38研究所 合肥 230031)

0 引言

以人工测试为主要手段的传统测试方法，已远远不能满足目前军事电子装备的维护保障要求。自动测试设备(ATE)正逐步成为地面情报雷达可靠运行的必要保证，因此采用自动测试设备作为维护保障手段就成为必然的选择。

地面情报雷达在国土防空中通常承担着站岗放哨任务，因此要求探测到更高、更远的目标，并具有目标的分类和识别等能力［1］。它主要由天馈、发射、接收、信号处理、终端、监控、伺服、电源等分系统组成［2］，组成框图如图1所示。

1 设计需求分析

1.1 天馈分系统

天馈分系统包括天线和馈线子系统，其主要技术指标包括:电压驻波比、馈线损耗、额定功率等［3］。由于天馈分系统主要在外场和微波暗室进行测试，所以在自动测试系统中一般不包含天馈分系统的测试设备。

图1 地面情报雷达基本组成框图

1.2 发射分系统

发射分系统中的被测单元(UUT)包括:前级组件、末级组件、射频检测等，主要属于射频电路和模拟电路单元。发射分系统涉及的主要技术指标包括:脉冲功率、发射频率、脉冲重复频率、脉冲包络特性等。

1.3 接收分系统

接收分系统中的被测单元包括:接收机、一本振、二本振、频率源等，主要属于射频电路和模拟电路单元。接收分系统涉及的主要技术指标包括:动态范围、镜像频率抑制度、工作带宽和中心频率、增益、灵敏度等。

1.4 信号处理分系统

信号处理分系统中的被测单元包括:脉冲压缩、波束形成、滤波运算、点迹处理、时序处理、恒虚警处理等，主要属于数字电路单元。信号处理分系统涉及的主要技术指标包括:脉冲压缩特性、杂波图和恒虚警等。

1.5 终端分系统

终端分系统中的被测单元包括:通信接口、显示接口、光栅显示、数据处理计算机、检测录取、波控计算机等，主要属于数字电路和模拟电路单元。终端分系统涉及的主要技术指标包括数据处理能力等。

1.6 监控分系统

监控分系统中的被测单元包括:远端测控、PIN接口、SD转换、信号调理等，主要属于数字电路单元。监控分系统涉及的主要技术指标包括方位码输出功能等。

1.7 伺服分系统

伺服分系统中的被测单元包括:同步翻转、伺服控制等，主要属于数字电路和模拟电路单元。伺服分系统涉及的主要技术指标包括天线转速等。

1.8 电源分系统

电源分系统中的被测单元包括:AC/DC电源、DC/DC电源等，主要属于模拟电路单元。电源分系统涉及的主要技术指标包括:额定电压、额定电流、输出纹波等。

2 系统设计

2.1 总线选择

VXI总线具有扩展能力强、传输速率高、体积小、重量轻等优势，也是未来自动测试设备使用的主流总线［4］，所以地面情报雷达自动测试设备以VXI总线设备为主，包括:控制机箱、零槽控制器、数字万用表、数字IO等。某些大功率的测试仪表由于体积和散热的原因，目前主要还是以基于GPIB总线形式为主［5］。地面情报雷达自动测试设备基本上都是作为固定设备使用，一般不需要进行快速移动和野外使用，对体积、重量的要求相对较低，所以从性价比的角度考虑，仍然选择了一定数量的GPIB总线仪器。

因此，地面情报雷达自动测试设备最终采用了以VXI总线为主、GPIB总线为辅的混合总线形式。

2.2 组成概述

地面情报雷达自动测试设备主要包括:混合测试台、射频测试台、控制台、返修台等。我们根据地面情报雷达被测单元的功率、功能等特点，划分为数字电路、模拟电路、射频电路等单元。针对不同的被测单元，由相应的测试台执行自动测试任务。

2.3 混合测试台

混合测试台主要有VXI测试组合(含零槽模块、数字IO模块、DA模块、AD模块、数字万用表等)、程控电源设备、电子负载、数字示波器、任意波形发生器、JTAG转换器等设备。混合测试台提供数字电路单元、模拟电路单元的测试资源，可以通过JTAG转换器对数字电路单元进行边界扫描测试，主要负责信号处理、监控、终端、伺服、电源等分系统被测单元的测试工作。其组成框图如图2所示。

图2 混合测试台组成框图

2.4 射频测试台

射频测试台主要有VXI测试组合(含零槽模块、数字IO模块、数字万用表等)、程控电源、数字示波器、任意波形发生器、射频信号源、频谱分析仪、矢量网络分析仪、微波开关等设备。射频测试台提供射频电路单元的测试资源，主要负责发射、接收等分系统被测单元的测试工作。其组成框图如图3所示。

图3 射频测试台组成框图

2.5 控制台

控制台是自动测试设备的控制中枢和人机交互的主要界面，主要由主控计算机、打印机等组成。主控计算机包括显示器、计算机主机、键盘及鼠标等设备，提供 GPIB、LAN、VXI、USB等总线接口。还配有一台UPS，可以在临时断电时给主控计算机供电。

2.6 维修台

返修台主要用于经过测试台检测出故障并定位到器件的被测单元进行元器件的拆除和更换。当需要返修的高密度封装器件使用手工工具无法实现返修时，可以使用返修台，根据设定好的工艺参数进行修理。

3 关键技术研究

3.1 具有人工智能的故障诊断策略

自动测试设备的主要功能是排除被测单元的故障，从而实现被测单元的可用性。因此，自动测试设备中所使用的故障诊断策略是自动测试设备设计中的关键技术。随着计算机技术和人工智能的发展，智能化故障诊断策略在自动测试设备中得到了推广和应用。

具有人工智能的故障诊断策略是指模拟人类的思维方式，将各种知识融入诊断过程，可以实现对于复杂设备的故障预测和诊断［6］。故障诊断分析系统主要由人机接口、知识获取、诊断知识库、用户数据库、推理机等模块组成，框图如图4所示。

图4 人工智能诊断策略框图

3.2 边界扫描技术

随着大规模集成电路技术的发展，芯片的集成度越来越高，电路板的层数越来越多。电路板复杂性的增加给传统的测试方法提出了严重挑战，为了解决这些问题，联合测试行动组(JTAG)于1987年提出一种电路测试方法，称为边界扫描技术［7］。

边界扫描技术的核心思想是通过在芯片管脚和芯片内部逻辑电路之间增加由移位寄存器构成的边界扫描单元，实现测试向量的加载以及测试响应向量的捕获［8］。边界扫描测试的典型流程包括:扫描链测试、互联测试和存储器测试等。

边界扫描测试系统由软件和硬件设备组成。硬件包括边界扫描测试控制器和以太网接口。软件采用层次化和结构化的思想，自顶向下划分模块，包括输入处理模块、功能处理模块、输出处理模块，又可以具体划分为信息输入、文本编译、故障诊断、测试学习、测试数据等软件子模块。其软件模块组成框图如图5所示。

图5 边界扫描软件组成框图

4 结束语

自动测试设备已经成为地面情报雷达的重要组成部分，是保障其修理、维护的基本手段，同时也是雷达装备发挥威力的保障，对提高部队装备水平和作战能力具有重要的意义。总之，自动测试设备领域的应用前景非常广泛，对其研究具有非常重要的实际意义。

［1］吴道庆.地面对空情报三坐标雷达技术发展研究［J］.现代雷达，2008，30(11):1－4.

［2］夏勇.地面情报雷达自动测试系统研究［D］.北京:北京航空航天大学，2012.

［3］丁鹭飞，耿富录.雷达原理［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2006:1－10.

［4］刘劲松.基于VXI总线技术的自动测试系统研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工程大学，2008.

［5］曹乃森，王春光，刘秀娟.基于PXI总线的机载导航设备通用自动测试系统设计［J］.机电产品开发与创新，2010，23(6):122－124.

［6］李云松，任艳君.智能诊断技术发展综述［J］.四川军工学报，2010，31(4):122－125.

［7］曲伟.基于IEEE1149标准的电子装备可测试性设计技术研究［J］.计算机测量与控制，2010，18(12):2710－2712.

［8］李彬，张强，任焜，唐宁.航天器可测试性设计研究［J］.空间控制技术与应用，2010，36(5):13－17.