雷达接收机故障检测训练系统设计＊

2013-10-16蔡云龙潘红兵朱启龙

舰船电子工程 2013年11期

蔡云龙潘红兵朱启龙

（海军工程大学武汉 430033）

1 引言

在雷达故障检测和维修培训过程中，如果采用实装对学员进行训练，不仅装备的配置成本高难度大，而且对雷达装备的损伤程度大，维护费用高。为了在有限的条件下满足学员雷达故障诊断训练的需求，寻求在仿真环境下进行训练成为一条有效的途径。雷达接收机是雷达系统的关键组成部分，长期以来一直是雷达整机中故障频率较高的分机。本文就以接收机故障检测仿真训练介绍一个方案，对雷达整机仿真训练也有一定的研究意义。

传统的接收机故障诊断方法是维修人员根据接收机一些关键部件上有限的BIT和自身的经验进行分析、猜测、判断，缺乏故障推理机制，对多故障并发的情况较难进行隔离定位［1］。如果能提供接收机模块适当的电源和信号激励，使接收机模块在仿真的环境下工作，这样学员就可以直观地对模块的输出信号和模块内部中间的信号进行检测，可以加深学员对雷达接收机工作机理的理解，提高他们雷达故障检测和诊断能力。基于这一目的，本文研究设计一种可以模拟、仿真雷达接收机工作环境的故障检测训练系统。

2 系统硬件

系统以嵌入式微处理器小系统作为中心处理器，通过相应接口分别控制FPGA信号发生系统，信号调理系统，电源系统。依据接收机模块的电源和信号激励要求，嵌入式微处理器系统发送指令给FPGA，控制FPGA信号发生系统产生标准仿真信号。仿真信号进入信号调理电路进行调制、放大等处理后，作为雷达接收机模块的激励信号。电源系统根据嵌入式微处理器传来的指令产生相应的电压，作为接收机模块的电源输入［2～3］。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2.1 信号发生系统

信号发生系统主要是以FPGA、晶振及相应的外围电路组成。FPGA采用的是EP2C8Q208C8芯片，管脚电平和嵌入式微处理器是一致的，和嵌入式微处理器通信不需电平转换电路。FPGA根据嵌入式微处理器的指令有选择性的输出相应的脉冲信号［4］。其中FPGA信号产生及选择输出模块的顶层设计图和仿真信号如图2～图4所示。

图2 信号产生和选择模块FPGA顶层设计图

图3 信号周期和脉宽控制电路

图4 信号发生系统仿真结果

2.2 信号调理系统

信号调理系统主要包括振荡电路、信号调制电路和信号放大电路。振荡电路由有源晶振电路构成，振荡产生的信号通过衰减和滤波网络作为中频载波。中频载波和FPGA产生的脉冲信号进行ASK调制，生成中频调制信号［5］。振荡电路和调制电路实现如图5所示。

图5 晶体振荡电路和AD835ASK调制电路

由于信号放大电路一方面要放大信号产生系统产生的脉冲信号，一方面要放大调制电路调制好的中频调制信号，所以要求放大电路具有较宽的带宽和良好的放大性能［6］。本系统采用低噪声、宽带宽的高频放大芯片AD8009，作为放大电路的核心芯片。具体实现如图6所示。

图6 AD8009信号放大电路

2.3 电源系统

雷达接收机采用直流供电，鉴于它是接收、放大和处理雷达微弱电磁中频信号的，对电源噪声要求较高，本系统采用以下措施对电源系统进行了处理［7］：

1）在电源输出端采用大电容和扼流圈等措施扼制纹波电压；

2）运用电磁兼容等技术手段，合理布线，减少外来干扰和内部串扰；

3）将数字地和模拟地分开处理，最后再集中到一点接地，减少接地电阻。

3 系统软件

本系统软件包括嵌入式微处理器系统程序和FPGA信号产生程序。嵌入式微处理器控制键盘输入、液晶显示、FPGA信号产生、电源供给，是整个系统的控制中心，也是人机交互的接口。系统启动后，嵌入式微处理器对各模块进行初始化，并根据不同的接收机模块进入对应的检测程式，仿真产生对应的电源和信号激励。首先，系统启动电源对模块供电。如果电源监测系统报警，则待检测模块可能发生短路、断路等故障，断开电源，结束检测。而后，系统启动FPGA信号产生系统，生成对应脉冲到信号调理电路进行信号调制和放大，作为接收机模块的中频输入［8～9］。

嵌入式微处理器程序流程框图如图7所示。