便携式相控阵雷达自动测试系统

杨先超,任 超,熊 函,王 凯

（国营第七八三厂，四川绵阳，621000）

便携式相控阵雷达自动测试系统

杨先超,任 超,熊 函,王 凯

（国营第七八三厂，四川绵阳，621000）

相控阵雷达的工作状态多，测试工作量大，在设备交付用户使用后，缺少一种在外场就能对设备参数进行检测的便携式自动测试系统。文章介绍的相控阵雷达自动测试系统，将板卡式的系统控制模块、仪器模块集成到一个PXI机箱中，并研制一套专用软件对设备参数进行自动测试。该自动测试系统重量轻、体积小，非常便于携带。

便携式；相控阵雷达；自动测试

0 引言

由于相控阵雷达具有波束快速扫描、波束形状捷变、多波束形成等技术特点，使相控阵雷达得到了广泛的运用。要充分发挥相控阵雷达的这些特点，对其发射/接收通道幅相参数的控制和测试尤为重要。

对幅相参数测试通常采用离散标准仪器进行手工测试，如网络分析仪，信号源、功率计、频谱分析仪、脉冲码型发生器等，这种测试方式在测试前准备工作量大、手工测试数据量不足、测试效率极低、对测试人员技能要求高等问题。进一步的改进测试方法是将上述离散标准仪器组装到测试机柜中，并采用GPIB等接口进行相连，通过工业计算机控制各仪器实现自动测试，这种测试方式设备成本高、机柜体积大、重量重，测试地点的灵活性受到限制。

PXI（PCI extensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展）是为满足对复杂仪器系统的需求而推出的一种开放式工业标准，它提供一个基于PC的兼具高性能和低成本的测量与自动化系统部署平台。使用PXI平台开发新一代相控阵雷达自动测试系统可克服以上缺点。

1 系统硬件组成

自动测试系统由三个基本组件构成：PXI机箱、系统控制模块和外设模块。

PXI机箱：为系统控制模块和外设模块提供安装插槽，含有包括PCI总线、时钟与触发总线的高性能PXI背板，实现系统控制模块、各外设模块之间控制与通信。

系统控制模块：位于机箱最左边的系统控制器插槽，可选具有标准桌面PC的远程控制器或高性能嵌入式控制器，用于运行自动测试软件以实现自动测试过程和数据分析处理。

外设模块：PXI作为一个开放的业界标准，有来自PXI系统联盟多个成员的丰富产品提供选择，如模拟输入/输出、总线接口与通信、数字信号处理、功能测试与诊断、仪器、开关等等。自测试系统使用的外设模块有功率测试模块、示波器模块、信号分析模块、脉冲码型产生模块、信号产生模块、网络分析模块。

自动测试系统组成如图1所示。

图1 自动测试系统组成

另外：增加一台显示器，与系统控制模块相连，进行操作系统、外设模块界面、自动测试软件的显示；增加一台稳压电源，为功耗较大的被测件提供工作电源；定制一个自带滚轮和伸缩拉杆的仪器运输箱，满足外场测试时携带方便的需求。

2 参数测试方案

相控阵雷达的测试参数主要有发射通道幅相参数（发射功率、发射脉冲特性、相位一致性、移相步进等）、接收通道幅相参数（接收增益、接收相位一致性、移相步进等）、驻波、噪声系数等。通常相控阵雷达各通道均含有移相器、衰减器，若移相器为6位数字移相器，则含26=64种状态，若衰减器为5位数控衰减器，则含25=32种状态，并且相控阵雷达属宽带雷达，需对带内各工作频点进行测试，因此由移相器、衰减器、工作频点组成的测试状态非常多，手工测试时无法全状态进行测试，发射/接收通道幅相参数的全状态测试必须采用编程自动测试方式。驻波、噪声系数由于测试过程简单，仍采用手工测试方式。

2.1 发射通道幅相参数测试

2.1.1 发射功率、发射脉冲特性

本项测试主要对相控阵雷达的发射峰值功率，脉冲特性如上升沿、下降沿、脉宽、平坦度等进行测试。相控阵雷达通常采用脉冲功率放大器，因此需采用脉冲码型发生模块对信号产生模块和被测件进行脉冲同步，采用功率测试模块进行功率测试，测试过程使用的相关模块为系统控制模块、功率测试模块、脉冲码型发生模块、信号产生模块。测试框图如图2所示。

图2 测量框图

自动测试过程为：

a.系统控制模块将被测件控制相应的工作状态（工作频点、移相器移相值、衰减器衰减值等）；

b.系统控制模块设置信号产生模块状态（外触发方式、信号激励电平、信号频率等）；

c.系统控制模块控制脉冲码型产生模块产生两路相关的离散脉冲，一路用于触发信号产生模块输出射频信号，另一路用于控制被测件收/发状态；

d.射频信号由信号产生模块输出至被测件，经被测件移相、衰减、放大后输入功率测试模块，系统控制模块读取功率测试模块发射功率、发射脉冲特性参数，存储并送显示器显示；

e.系统控制模块更换被测件和信号产生模块的工作状态，完成所有工作频点、移相器移相值、衰减器衰减值、信号激励电平等状态的测试。

2.1.2 发射相位一致性、发射移相步进

本项测试主要对相控阵雷达的各个发射通道的同一控制状态的相位一致性、单个发射通道移相器移相步进量进行测试。同样需要采用脉冲码型发生模块对网络分析模块和被测件进行脉冲同步，测试过程使用的相关模块为系统控制模块、脉冲码型产生模块、网络分析模块。测试框图如图3所示。

图3 测量框图

图4 测试框图

自动测试过程为：

a.系统控制模块将被测件控制相应的工作状态（工作频率、移相器移相值、衰减器衰减值等）；

b.系统控制模块设置网络分析模块状态（外触发方式、信号激励电平、信号频率、相位测试方式等）；

c.系统控制模块控制脉冲码型产生模块产生两路相关的离散脉冲，一路用于触发网络分析模块输出射频信号，另一路用于控制被测件收/发状态；

d.射频信号由网络分析模块输出至被测件，经被测件移相、衰减、放大后输入网络分析模块，系统控制模块读取网络分析模块发射相位参数，存储并送显示器显示；

e.系统控制模块更换被测件和网络分析模块的工作状态，完成所有工作频点、移相器移相值、衰减器衰减值、信号激励电平等状态的测试。

2.2 接收通道幅相参数测试

本项测试主要对相控阵雷达单个接收通道的增益、各个接收通道的同一控制状态的相位一致性、单个接收通道移相器移相步进量进行测试。接收通道幅相的测试可采用连续波测量方式，因此仅需采用网络分析模块即可完成测试，测试过程使用的相关模块为系统控制模块、网络分析模块。测试框图如图4所示。

自动测试过程为：

a.系统控制模块将被测件控制相应的工作状态（工作频率、移相器移相值、衰减器衰减值等）；

b.系统控制模块设置网络分析模块状态（内触发方式、信号激励电平、信号频率、幅度/相位测试方式等）；

c.射频信号由网络分析模块输出至被测件，经被测件移相、衰减、放大后输入网络分析模块，系统控制模块读取网络分析模块接收幅度/相位等参数，存储并送显示器显示；

d.系统控制模块更换被测件和网络分析模块的工作状态，完成所有工作频点、移相器移相值、衰减器衰减值等状态的测试。

2.3 驻波的测量

主要使用网络分析模块对驻波进行测试，测试前需对网络分析模块进行校准，测试过程简单，直接从网络分析模块上读取工作频带内的驻波数据即可，因此驻波的测量采用手动测量方式。

2.4 噪声系数的测量

主要使用信号分析模块对噪声系数进行测试，测试前需对信号分析模块进行校准，测试过程简单，直接从信号分析模块上读取工作频带内的噪声系数数据即可，因此噪声系数的测量采用手动测量方式。

3 软件设计

对被测件、各外设模块的控制通过自动测试软件实现。自动测试软件运行于系统控制模块上，以Visual C#进行开发，主要分为外设模块初始化、被测件控制、测试参数配置及自动测试、数据存储与显示、数据分析与报表生成等功能模块。软件的用户界面如图5所示。

图5 自动测试软件用户界面

外设模块初始化：提供外设模块的配置、连接等功能，确保各外设模块运行受控。

被测件控制：提供自动测试系统与被测件间的接口配置、被测件控制命令的下发功能，用于自动测试时对被测件的控制。

测试参数配置及自动测试：

a.提供自动测试参数如工作频率、移相值、衰减值、激励电平等的配置，可采用直接修改配置列表框值的形式，亦可采用读取配置文件加载配置参数的方式。通过配置测试参数，可方便剪裁自动测试状态，加大自动测试灵活性；

b.提供发射/接收通道幅相参数测试流程，该流程根据配置参数自动循环工作状态进行测试，并采用一键式按钮，操作简捷。

数据存储与显示：提供TXT、EXCEL等形式文件数据接口，在测试过程中将测试数据自动保存到本地文件中，可对文件进行加密，确保外场测试数据的安全性。测试过程中同时可将测试曲线同步显示在软件界面，方便对测试过程进行监控。测试后亦可读取本地文件，解密后在软件界面显示，还原测试过程。

数据分析与报表生成：测试完毕后，调用本地文件中的测试数据，对比被测件指标系统分析数据的正确性、误差大小，完成被测件性能评估，并以报表形式给出数据和分析结果。在设备验收测试时，可读取测试数据生成验收报表，避免人工失误，大大提高了验收效率。

4 测试系统特点

随着仪器技术的发展，板卡式仪器的指标已经得到了很大提高，部分板卡式仪器的指标已经和独立仪器相当、甚至优于独立仪器。自动测试系统使用的板卡式仪器指标已完全能满足相控阵雷达测试需求。

便携是本自动测试系统最主要的优点。由于采用了PXI架构，自动测试系统重量仅25kg左右，体积仅台式机机箱大小；将多个外设模块集成到一个机箱中，并采用仪器运输箱进行包装，便于管理和运输。

自动测试系统由于集成了多个不同功能的外设模块，各外设模块可单独使用，因此功能丰富、一机多用是自动测试系统的又一特点，其它产品可使用部分模块完成自身参数测试。

据初步估计，该自动测试系统的成本价格比采用离散独立仪器方式搭建测试系统的成本价格低5～10倍，有利于降低相控阵雷达的研制保障成本。

5 结论

便携式相控阵雷达自动测试系统满足雷达测试需求，体积小、重量轻、成本低，特别适合相控阵雷达外场保障维护和内场生产验收使用。

[1]张光义,赵玉洁.相控阵雷达技术[M].北京:电子工业出版社,2006.

[2]朱亮宇.相控阵雷达自动测试系统的设计[D].南京:南京理工大学,2009.

[3]余振坤,郑新.一种微波脉冲大功率器件的幅相测试方法[J].现代雷达,2002,3:60～62.

[4]National Instruments.PXI:The Industry Standard Platform for Instrumentation [EB/OL].http://www.ni.com/whitepaper/3889/en/,2014-02-24.

杨先超（1983.8—）男，籍贯：四川泸县，2006年毕业于电子科技大学。研究方向：相控阵雷达系统设计与测试系统设计；

任超（1991.2—）男，籍贯：四川绵阳，2013年毕业于电子科技大学。研究方向：波束控制系统设计；

熊函（1988.11—）男，籍贯：重庆酉阳，2014年毕业于四川大学。研究方向：波束控制软件设计与系统测试；

王凯（1992.10—）男，籍贯：山东潍坊，2014年毕业于重庆大学。研究方向：波束控制软件设计与系统测试。

Automatic test system for portable phased array radar

Yang Xianchao,Ren Chao,Xiong Han,Wang Kai
（State seven eight three plant,Sichuan Mianyang,621000）

The phased array radar automatic test system, card system control module, instrument module integrated into a PXI chassis, and developed a set of special software automatic testing of equipment parameters. The automatic test system is of light weight, small size, easy to carry.

portable; phased array radar; automatic test