用于雷达故障诊断的综合信号源设计方案研究

杜 江，房海华（.葫芦岛市985部队，辽宁，500；.中国航空工业集团公司上海航空测控技术研究所，上海，060）



用于雷达故障诊断的综合信号源设计方案研究

杜 江1，房海华2
（1.葫芦岛市91851部队，辽宁，125001；2.中国航空工业集团公司上海航空测控技术研究所，上海，201601）

摘 要：为实现雷达故障定位与诊断，本文采用模块化构建方法，设计了一种综合信号源，可产生一系列时序，具有关系复杂、特征灵活多变的回波信号和多个波门信号，满足雷达故障诊断的实际需要。本综合信号源具有结构简单，使用方便，扩展性好的特点。

关键词：雷达故障诊断；信号源；回波；波门信号

引言

在雷达故障定位与诊断时，需要向待检测的雷达或其分机部件提供特定的激励信号，以检测雷达或其分机部件在该激励下的回波信号等，以确定故障情况。在电路板级的故障诊断时，激励信号除了回波信号外，还可能包括上一级电路输出的在时序上相关的众多波门信号，如距离波门、杂波门、闭塞波门［1］等。传统雷达信号源一般侧重于回波信号的产生，输出通道数量较少，不具备同时输出众多波门信号的能力，难以满足电路板级故障诊断的需要。在故障诊断的实际工作中，往往需要若干个信号源连接成复杂的同步、触发关系，它们之间协同工作，才能产生特定的信号组合用于诊断，系统较为复杂，成本较高。

本文提出了一种用于雷达故障诊断的综合信号源的设计实现方法，可产生雷达电路板级故障诊断所需时序关系复杂的众多信号，产生的信号形式既可以是连续信号，又可以是连续个数和中断个数可设定的断续信号，满足雷达故障诊断的实际需求。

1 设计原理

信号是信息的物理表现形式。作为传递信息的载体，具有各种属性特征（如不同的频率、幅值、极性）［2］。采用信号分解的方法，将这些属性特征进行适当分类处理，分解为一系列具有单一属性特征的分量之和，设计若干基本电路模块与这些单一特征对应，通过模块内部参数的调整以及模块之间的组合关系的变化可实现信号复合特征的模拟与生成。

这种特征分解与模块级联的信号产生方法化繁为简，将雷达故障诊断所需信号的特征分解到各个模块，降低了设计难度，使雷达故障诊断所需信号可以按照统一的模式来生成。

2 基本功能模块设计

根据故障诊断的实际需要，基本功能模块可划分为振源、缓冲、延时、调宽和输出模块五种。下面分别介绍振源模块、缓冲模块等五大模块的设计实现方法。

2.1 振源模块设计

振源模块的功能是产生一定频率的基准方波信号，具有同步关系的脉冲信号可共用一个振源模块。振源电路由时基电路IC1、反相器IC2、电阻R1、电容C1、电容C2、电位器RP1组成。时基电路IC1可采用NE555芯片。振源模块振荡频率T1如公式（1）［3，4］所示：

通过选定电容C1的容值、电阻R1的阻值，以及调节电位器RP1的滑动端位置可精确调节基准方波信号的周期T1，电路原理如图1所示。

2.2 缓冲模块设计

图1 振源模块电路原理图

缓冲模块的功能是提高振源模块输出的基准方波信号的驱动能力。缓冲模块电路由与门IC3和电阻R2组成，与门IC3的1Y为输出端，输出驱动后的基准方波信号，电路原理如图2所示。

图2 振源模块电路原理图

2.3 延时模块设计

延时模块的功能是对缓冲后的基准方波信号进行延时，用以调节各脉冲信号之间的时序关系。延时电路由单稳触发器IC4、电位器RP2、电容C3组成，单稳触发器IC4可采用74121芯片实现，电路原理如图3所示。

延时电路产生的延时时间T2由公式（2）所示，通过选定电容C3和调节电位器PR2滑动端的位置可精确调节延时时间。

式中T2单位为秒；RP2单位为欧姆；C3单位为pF。

图3 延时模块电路原理图

2.4 调宽模块设计

调宽模块的功能是调节以输入触发信号为起点的输出信号的脉宽。调宽模块从电路形式上与延时模块基本相同，由单稳触发器IC4'、电位器RP2'、电容C3'组成。单稳触发器IC4'的正触发输入端（5脚）为该电路的输入端。该电路的输出端有两个，单稳触发器IC4'的负脉冲输出端Q（1脚）为该电路的负脉冲输出端；单稳触发器IC4'的正脉冲输出端Q（6脚）为该电路的正脉冲输出端。调节电位器PR2'滑动端的位置可精确调宽时间。调宽模块电路原理如图4所示。

图4 调宽模块电路原理图

2.5 输出模块设计

输出模块分正脉冲输出和负脉冲输出两类，根据输出脉冲的极性来进行选择。例如对于同步脉冲，则选用正脉冲输出的输出电路，对于杂波门、闭塞波门等，选用负脉冲输出的输出电路。输出模块电路原理如图5所示。

图5 输出模块原理图

3 基本模块的变换扩展

基本功能模块具有扩展性，经适当变化就可产生新的功能模块，适应性较宽。在调宽模块上增加调宽范围分段选择功能后，可变成多档位调宽模块；缓冲模块增加对输入信号的选择开关后，可变成状态选择模块［5］。

3.1 多档位调宽模块

多档位调宽模块是在调宽电路的基础上经适当变化而成。其变化主要有：将电位器RP2替换成由波段开关W1和多个电位器RP5～RP15组成的多档调宽电路，调节电位器RP5～RP15各滑动端的位置，可精确设定各档位输出信号的宽度。不同电位器可以决定不同级别的脉宽，从而实现更大范围的脉宽调节。多档位调宽模块电路原理如图6所示。

图6 多档位调宽模块电路原理图

3.2 状态选择模块

状态选择模块是在缓冲电路的基础上经适当变化而成。其改变主要是输入关系上的变化如图7所示。在与门IC3'的1A输入端接入一个单刀双掷开关K1，开关K1的一个静触点接电阻R2'的第一端，开关K1的另一个静触点接上一级模块的输出信号，与门IC3'的1B输入端接调宽模块。

通过开关K1可选择上一级模块信号的输出方式，当开关K1置电阻R2'的第二端时，来自VCC1的电压使与门IC3'的1A输入端始终处于高电位，接到1B输入端的信号不受限制，那么输出连续脉冲；当开关K1置于另外一个触点时，只有1A输入端有高电平到来时，与门IC3'才能将1B输入端的信号输出，否则与门IC3'只能输出低电平。

图7 状态选择模块电路原理图

4 基本模块的组合应用

将调宽模块和多档位调宽模块相互串联，使前级调宽模块产生的波门比后级多档位调宽模块产生的波门宽，且用前级产生波门的前沿作为后级的触发信号，则可形成信号周期由前级调宽模块控制、占空比由后级多档位调宽模块控制的不同步信号调宽模块，该调宽模块通过与脉冲的相与，从而可以实现高电平窗口内输出脉冲，低电平窗口内不输出脉冲，即实现了连续个数和中断个数可设定的断续脉冲信号的输出，称为组脉冲。

5 雷达故障诊断信号的生成

在雷达故障诊断中可能需要连续脉冲和组脉冲两种不同状态的回波脉冲信号，在连续脉冲状态下，产生的回波是不间断的，属于同步信号，每一个同步周期内都有一个回波脉冲产生；在组脉冲状态下，产生的回波是有规律的断续信号，且脉冲连续和间断的个数可设定，属于有特定规律的非同步信号。

为此，可采用不同步调宽模块实现该功能，将连续回波脉冲信号输入不同步调宽模块后，通过该模块的前级调节输出信号的周期，后级调节输出信号的占空比。该模块的输出信号及连续回波脉冲信号分别接到状态选择电路上，通过控制状态选择模块是否对两个输入信号进行“与”运算，来确定状态选择模块是输出连续回波脉冲信号还是输出组脉冲回波信号。当连续回波脉冲信号和不同步调宽电路组的输出信号进行“与”运算时，状态选择模块输出的是组脉冲回波信号，组脉冲信号的宽度由不同步调宽电路组的前级进行设置，组脉冲宽度内连续回波脉冲的个数由不同步调宽模块的后级进行设置，故具有连续脉冲和组脉冲两种状态的回波信号可由振源、缓冲、延时、调宽、状态选择、输出模块组合产生。

同步脉冲可由振源、缓冲、调宽、输出四级模块级联产生；距离波门、杂波门、闭塞波门、鉴别波门、分裂波门等具有同步关系但时延和宽度信号各不相同的信号均可由振源、缓冲、延时、调宽、输出五级模块级联产生。具有组脉冲关系的回波信号振源、缓冲、延时、不同步调宽、状态选择、输出六级模块级联产生。综合信号源的组成结构如图8所示，信号波形如图9所示。

图8 综合信号源的组成结构图

图9 信号波形图

6 结束语

采用模块化思想，设计中采用了结构简单、功能独立、使用灵活的基本功能模块，通过模块内部参数的调整、模块之间的组合，就可实现时序关系复杂的众多信号的产生，在雷达故障诊断中发挥了重要作用。

参考文献

［1］ 邓斌等.雷达性能参数测量技术［M］.北京：国防工业出版社，2009.

［2］ 程佩青.数字信号处理教程［M］，北京：清华大学出版社，2005.

［3］ 阎石.数字电子技术基础［M］，北京：高等教育出版社，1994.

［4］ 陈永莆.多功能集成电路555经典应用实例［M］，北京：电子工业出版社，2009.

［5］ 赵桂钦.电子电路分析与设计［M］，北京：电子工业出版社，2003.

Studying Plan on A Comprehensive Source for Radar Fault Diagnosis

Jiang Du1， Haihua Fang2
（1.Huludao City Unit 91851， Liaoning， 125001， China；2.China Aviation Industry Group Co.， LTD.，Shanghai Institute of Aerospace Measurement and Control Technology，Shanghai， 201601， China）

Abstract：In order to realize radar fault location and diagnosis，a comprehensive source was designed by adopting the method modularization ，which can generate a series of echo signals and wave gate signals with complex sequential relationships and flexible characters.The source has simple structure， userfriendliness and good scalability.

Key words：Radar Fault Diagnosis； Source； Echo Signal； Gate Signal

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：2095-8412 （2016） 02-247-05

DOI：工业技术创新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.033

作者简介：

杜江（1976-），男，葫芦岛市91851部队，科研人员，高工，硕士研究生，控制理论与控制工程研究。

E-mail： fanghaihua.523@163.com

房海华（1983-），男，中国航空工业集团公司上海航空测控技术研究所，科研人员，工程师，硕士研究生，数据采集与处理。

E-mail： fanghaihua.523@163.com