适用于机载电子侦察设备的自动校准测试系统设计

仇雅芳，吴 健，刘 琳

(中国电子科技集团公司第51研究所，上海 201802)



适用于机载电子侦察设备的自动校准测试系统设计

仇雅芳，吴 健，刘 琳

(中国电子科技集团公司第51研究所，上海 201802)

对机载电子侦察设备的技术指标进行自动测试，是研制开发、批量生产、综合保障和战时维护中必不可少的手段。在简述研制自动测试系统背景及意义的基础上，首先对面向机载电子侦察设备的自动校准测试系统进行了总体设计，介绍了系统组成和工作原理,给出了误差校准总体思路，对误差校准工作流程进行了详细阐述。然后对自动测试软件组成及各模块的功能进行了阐述，对自动测试系统的工作流程进行了详细说明。最后通过对电子侦察设备测频和测向能力的测试，验证了面向机载电子侦察设备的自动校准测试系统的可行性。调试结果表明，面向机载电子侦察设备的自动测试极大提高了机载电子侦察设备性能测试的工作效率和设备测向精度，同时避免了微波辐射对测试人员身体的伤害。

电子侦察；自动测试；误差校准；测向

0 引 言

机载电子侦察设备可对敌雷达信号辐射源进行截获、识别、分析和定位，以获取战术部队所需的情报[1]。在敌方威胁即将到来时能够及时提供告警信息，并引导干扰设备对敌方雷达系统进行电子攻击[2]。如何对机载电子侦察设备的性能进行测试，对系统性能进行科学合理的分析，则是研制机载电子侦察设备时需要重点考虑的问题。

目前，对机载电子侦察设备的性能测试主要是通过测试人员手动来完成，这种手动操作仪器和纸质记录数据不但效率低下，而且测试人员整个身体都裸露在微波辐射的环境之下，这对测试人员身体的伤害是十分巨大的[3]。为克服现有技术的不足，这里研究并设计了一种适用于机载电子侦察设备的自动测试系统。同时考虑在实际工程中，由于制造工艺和装配等问题总会造成各通道间相位响应不一致，信道失衡，最终会对电子侦察系统测向性能产生严重影响[4]，故自动测试系统还兼顾了误差校准功能。论文从系统总体构成、误差校准、系统软件组成、系统工作流程等几个方面对自动测试进行了详细阐述，结合自动测试结果对自动测试、误差校准的可行性进行分析和说明。

1 系统总体设计

面向机载电子侦察设备的自动测试系统主要由雷达信号模拟器、发射天线、网络交换机、伺服控制器、工控计算机、伺服转台和设备安装架等几部分组成，自动测试系统总体结构图如图1所示。为了防止外界信号及信号反射对系统测试造成影响，被测机载电子侦察设备、雷达信号模拟器、发射天线、伺服转台和设备安装架被安置在微波暗室内，网络交换机、伺服控制器和工控计算机被安置在工控室。雷达信号模拟器为电子侦察设备提供所需的各种形式的雷达信号，雷达信号通过发射天线对外辐射。伺服转台可以根据工控机的控制旋转任意角度，从而考核电子侦察设备的测向能力，通过安装支架将电子侦察设备安装在伺服转台上。工控计算机、伺服控制器、雷达信号模拟器通过网络交换机组成局域网，设备之间的通讯遵循传输控制协议/英特网互连协议(TCP/IP)[5]。

图1 面向机载电子电子侦察设备的自动测试系统总体结构图

在图1中的工控计算机上装有基于Labwindows/CVI的自动测试软件，测试人员依据雷达对抗设备验收时所需考核的各种雷达信号，在自动测试软件上设置好各种雷达信号所对应的相关参数。待自动测试软件运行后，工控计算机把相关参数通过网络交换机转发给雷达模拟器。雷达模拟器依据收到的相关参数信息自动产生对应的雷达信号并通过发射天线将产生的雷达信号发射出来。机载电子侦察设备安装在设备安装架上，测试人员在工控计算机的自动测试软件上设置好电子侦察设备旋转角度信息。待自动测试软件运行后，工控计算机把角度信息通过网络交换机转发给伺服控制器，伺服控制器将收到的角度参数信息转换成RS-232C标准并发送给伺服转台。伺服转台按照收到的角度信息带动机载电子侦察设备进行旋转。机载电子侦察设备的接收天线探测到发射天线发出的雷达信号后，经过测量和计算得到该雷达信号的相关参数的测量值以及来波到达方位角度的计算值，机载电子侦察设备通过网络交换机将上述测量值和计算值上报给工控计算机。工控计算机上的自动测试软件将机载电子侦察设备的上报值进行统计和计算并和雷达模拟器的设置值以及伺服转台旋转角度值进行对比，最终判定机载电子侦察设备的相关指标是否达到设计要求，判定结果及测试的详细信息在自动测试主界面上显示。

2 误差校准

机载电子侦察设备瞬时工作频带属于窄带系统，可以认为其相位误差不随频率变化，即各通道只有一个相位误差因子[5]。因此，只要在中心频率上进行校准即可，而不考虑带内频率特性失配。然而，当接收机覆盖一个宽频段时，不平衡度将是频率的函数，也就是说接收通道在不同的频率下会对应有不同的相位偏移。因此，对于机载电子侦察设备这样一个宽带系统，需要在其每个频段内记下其对应的相位偏移，最终形成一个相位校准表。

机载电子侦察设备校准总体思路为：将接收通道在整个信号带宽内分频段处理，用校准源信号对每个频段分别进行窄带校准，再将相位误差存入存储器。当接收机工作时，查表进行校准。考虑到器件老化、工作环境变化及维护操作等问题，系统在使用过程中每隔一段时间还要进行一次自动校准。

自动校准系统主要由雷达信号模拟器、发射天线、路由器、机载电子侦察设备等几个部分构成。自动校准系统的工作过程为：首先将相位测试校准设备按图1进行搭建，借助激光器使得发射天线方向和系统天线阵轴线一致，打开雷达信号模拟器确认整个链路畅通。

在图1所示的工控计算机上装有基于Labwindows/CVI的自动控制软件，在进行相位校准测试时，测试人员将2～18GHz频段范围内的雷达信号以10MHz为间隔抽取测试点,并将这些点记录在样本表格中。待自动测试软件运行后，工控计算机把样本表格中记录的频点通过路由器转发给雷达模拟器。雷达模拟器依据收到的相关参数信息自动产生对应的雷达信号,并通过发射天线将产生的雷达信号发射出来。

机载电子侦察设备在接收到雷达模拟器发出的雷达信号后，经过测量和计算就可确定出电子侦察系统在法线方向上针对各个频点的相位误差。在自动控制软件的控制下,系统软件自动将上述相位差记录发送给工控计算机，工控计算机对相位差进行记录和存储,并最终形成相位校准表。待整个频段测试完成后，自动控制软件将相位校准表传输回机载电子侦察设备，并将系统切换至工作模式，对机载电子侦察设备法线方向上的测向能力进行验证。机载电子侦察设备误差校准工作流程图如图2所示。

图2 误差校准工作流程图

3 软件设计

机载电子侦察设备的自动测试系统软件利用Labwindows/CVI开发环境进行设计，软件运行在工控计算机上，软件的组成框图如图3所示。自动测试系统软件主要完成对雷达模拟器、伺服转台的控制,同时完成电子侦察设备与工控计算机之间的交互，将电子侦察设备上报的侦察结果进行数据统计，并与仪器设置值进行对比分析。

图3 机载电子电子侦察设备的自动测试系统软件组成图

通讯管理模块是整个测试系统的通讯桥梁，测试系统与雷达模拟器的通讯、测试系统与电子侦察设备的通讯、测试系统与转台伺服系统的通讯都通过通讯管理模块来完成。测试系统与雷达模拟器的通讯、测试系统与电子侦察设备的通讯都遵循TCP/IP协议，测试系统与转台伺服系统通讯遵循RS422协议。

仪表控制模块主要完成对雷达模拟器的控制，按照电子侦察系统研制总要求，产生与研制总要求匹配的雷达模拟信号。具体来说仪表控制模块主要完成对产生雷达模拟信号模式的控制，如可以控制产生连续波或脉冲信号等等，同时仪表控制模块还可以对雷达模拟信号的工作参数进行控制与修改，如可以修改雷达模拟信号的频率、脉宽、重复周期、功率等。

转台控制模块主要完成测试系统与转台伺服系统间的交互等工作。具体来说转台控制模块主要完成对转台转动角度和转动速度的控制。

设备控制模块主要完成测试系统与电子侦察系统间的交互工作。具体来说设备控制模块主要完成对电子侦察系统工作模式的控制，对电子侦察系统工作频段的控制，侦察结果的上报控制等。

报表生成模块主要完成对测试表格的管理工作。具体来说报表生产管理模块主要对测试样本表进行解析，控制自测系统将电子侦察系统上报的侦察结果按照测试结果格式进行记录。

面向机载电子侦察设备的自动测试系统软件工作流程如图4所示。

图4 面向机载电子电子侦察设备的自动测试系统软件工作流程图

利用Labwindows/CVI开发环境开发的面向机载电子侦察设备的自动测试系统软件主界面如图5所示。

图5 面向机载电子电子侦察设备的自动测试系统软件主界面

4 测试系统调试结果及分析

机载电子侦察设备对雷达信号频率的测量是其重要的功能，由于机载电子侦察设备工作频段很宽(0.8～18GHz)，所以传统人工对机载电子侦察设备测频能力的考核十分繁琐，耗时也十分长。利用本文介绍的自动测试系统，以100MHz为一个步长，3min就可以完成0.8～18GHz范围内所有频点的测试和统计，测试系统依据测频结果获得的测频误差曲线如图6所示。

图6 测频误差曲线图

机载电子侦察设备对雷达信号方位的测量也是其核心功能，对来波方位的传统人工测量主要依靠人工移动雷达信号模拟器或电子侦察设备，这种做法不但费时费力，而且测试人员还存在被微波辐射的危险。利用本文介绍的自动测试系统，依据转台转动所带来的电子侦察设备和发射天线间的相对运动，通过转台转动角度和电子侦察设备上报的测量角度就可以对电子侦察设备的测向能力进行定量分析。利用本文介绍的自动测试系统，让伺服转台在215°～325°范围内转动，依据电子侦察设备上报的测向结果，获得电子侦察设备在215°～325°范围内测向误差曲线如图7所示。

图7 测向误差曲线图

为了验证误差校准的可行性，在进行误差校准时，记录下校准前和校准后测向数据，根据校准前后的测向数据得到校准前后测向误差曲线如图8、图9所示。

从图8可以看出校准前测向误差较大，误差曲线趋于发散。从图9可以看出校准后测向误差得到明显改善，误差曲线基本在±0.8°之间波动。

图8 校准前测向误差曲线

图9 校准后测向误差曲线

5 结束语

介绍了一种适用于机载电子侦察设备的自动测试系统，该系统能够自动完成对机载电子侦察设备的性能指标的测试，整个过程无需测试人员全程参与，该系统极大地提高了机载电子侦察设备性能测试工作效率，同时还避免了微波辐射对测试人员身体的伤害，误差校准功能为机载电子侦察设备的高精度测向和无源定位提供了强有力的保障，促进了电子侦察设备鉴定试飞的顺利进行。

[1] 赵国庆.雷达对抗原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.

[2]ROCKWELLDL.AirborneRWR/ESMforecast:strongpast,growingfuture[J].TheJournalElectronicDefense，2009,11(5):28-34.

[3] 赖根,肖明清，夏锐，等.国外自动测试系统发展现状综述[J].探测与控制学报，2005,27(3):26-29.

[4] 肖秀丽.干涉仪测向原理[J].中国无线电,2006(5):43- 49.

[5] 谢东.干涉仪测向技术研究[D].成都:四川大学,2003.

DesignofAutomaticCalibrationTestSystemforAirborneElectronicReconnaissanceEquipment

QIUYa-fang,WUJian,LIULin

(51stResearchInstituteofCETC,Shanghai201802,China)

Automatictestofthetechnicalindexesforairborneelectronicreconnaissanceequipmentisanessentialmeansforresearchanddevelopment,batchproduction,syntheticalguaranteeandwartimemaintenance.Basedonbrieflydescribingthebackgroundandsignificanceofdevelopingautomatictestsystem,thispaperfirstlyperformsoveralldesignofautomaticcalibrationtestsystemforairborneelectronicreconnaissanceequipment,introducesthesystemcompositionandoperatingprinciple,thengivesthegeneralideaoferrorcalibration,anddescribestheoperatingflowoferrorcalibrationsystemindetail,thenexpatiatestheautomatictestsoftwarecompositionandthefunctionofeachmodule,introducestheoperatingprocessofautomatictestsystemdetailedly,finally,validatesthefeasibilityofautomaticcalibrationtestsystemforairborneelectronicreconnaissanceequipmentthroughthetestoffrequencymeasurementanddirectionfindingcapabilitytoelectronicreconnaissanceequipment.Testresultsshowthattheautomatictestofairborneelectronicreconnaissanceequipmentgreatlyimprovestheoperatingefficiencyofairborneelectronicreconnaissanceequipmentperformancetestandthedirectionfinding(DF)accuracyofequipment,aswellasavoidesthemicrowaveradiationdamageonthetesterbody.

electronicreconnaissance;automatictest;errorcalibration;directionfinding

2016-04-20

TN

B

CN32-1413(2016)03-0093-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.03.024