基于通用仪器的调频引信测试方法

周祖国，李 楠，郑晨皓

(西安机电信息技术研究所，陕西 西安 710065)

0 引言

调频无线电引信是利用回波信号与发射信号之间的频率差来实现定距功能[1]。这种体制的引信具有定距精度高、抗干扰性能好，测距误差理论上不受目标反射特性等因素的影响，在现代战争中得到越来越广泛的应用。

在调频引信的研制与生产过程中，对引信工作参数的检测通常通过手动调试仪器的方式来完成，对引信启动灵敏度的检测往往采用推板[2]、滑弹和靶场回收试验的方法来进行测试。手动控制仪器的测量方式存在测试效率低并存在人为因素影响的问题；采用推板、滑弹的测试方法最大局限性在于无法模拟高速弹目交汇环境，同时也会引入人为因素影响；依靠靶场试验验证产品性能时，存在多次反复试验的可能，多次的反复靶场试验不利于降低产品的研制或生产成本。常用的反射板试验法虽在多普勒无线电引信检测中应用较为广泛，但该方法不适用于调频引信[3]。近年随着调频引信的不断发展，其测试方法也在逐步改进、提高，出现了借助虚拟仪器构建的无线电引信自动化测试方法，该方法提高了产品的测试效率，但受虚拟仪器的制约，其无法模拟射频回波信号，无法从射频前端对产品进行完整测试[4]。除基于虚拟仪器的无线电引信测试方法外，也出现了基于通用模块的无线电引信测试方法，其方法虽引入了电源模块、通讯模块、数字I/O模块等部分通用模块，但必须配合一些非标的信号产生模块、延时模块等才能完成测试任务，影响了测试的通用性[5]。针对调频引信检测存在测试效率低、通用性差的问题，本文提出了基于通用仪器的调频引信测试方法。

1 调频引信测试概况

调频引信主要工作参数包括工作电流、中心频率、工作带宽、辐射功率、调制频率、启动灵敏度等工作参数。要完成对引信以上工作参数的测试，一般采用实验室静态测试和外场动态测试的方法。

调频引信静态测试，现阶段用电源、示波器、信号源、万用表、频谱仪等常用仪器测试，参数测试时需通过手工调试仪器进行，逐项测试，此方法适用于测试数量较小的情况，当批量较大时测试效率显得较低。近年出现了利用半自动方法的测试仪器，通过弹簧触点，可以一次测试几项参数，测试效率有所提高。测试效率若要进一步提高只能依赖自动化的测试方案，自动化测试系统的发展方向主要为通用化、标准化、模块化和网络化[6]。

对引信的目标交汇时启动灵敏度的检测常采用推板、滑弹试验方法进行测试。推板试验是引信不动，通过人工推动模拟靶板来模拟弹目交汇，由于引信天线方向图有方向性，一发引信往往需要许多次推板才能测出引信的目标信号，且每次推板存在人为因素的影响。例如同一发引信不同的人测试，或同一发引信不同批次测试，都可能测出不同的参数值，测试误差较大，效率较低。在小批量试验时可用，当引信批量较大时，此方法显得不足。

滑弹试验是利用引信在高空钢丝上滑动，引信做自由落体运动来模拟弹目交汇环境[7]，此方法能较真实的模拟引信在弹道飞行中的环境，但耗费人力物力，实验操作较繁锁，试验成本较高。

推板实验和滑弹实验只能模拟引信低速环境下的模拟交汇环境，但引信通常工作在高速的弹道环境中，因此为了检测引信的启动灵敏度，设计引信信号处理通道的带宽时必须适应高速和低速的弹道环境，这样势必降低了引信的抗干扰性能。为了提高引信抗干扰性能，当设计的信号处理通道只适应高速目标时，则无法利用推板或滑弹的方式来测试引信启动灵敏度。

2 基于通用仪器的调频引信测试方法

2.1 硬件组成

为了使基于通用仪器的调频引信测试方法具有很好的通用性、可扩展性和稳定性，所有通用仪器设备均选用知名厂家的具有USB标准通讯接口和可编程功能的高性能产品，通用仪器设备与计算机之间通过USB总线进行连接。

基于通用仪器的调频引信测试方法所需硬件设备由通用仪器设备和专用设备两部分组成。通用设备包括计算机、USB集线器、接口转换器、频谱分析仪、程控电源、程控开关、数字示波器、射频信号源和任意波发生器；专用测试设备包括测试夹具、回波吸收箱、收、发天线和测试电缆。硬件组成框图如图1所示，下面分别描述各硬件设备的主要功能及其作用。

计算机是整个测试方法的控制中枢，负责与各通用仪器设备建立通讯关系，控制整个测试时序，并负责对测试结果进行合格性判断、录入测试结果和管理测试数据；程控电源1提供产品的装定供电，程控电源2提供产品的工作供电。程控开关用于测试产品的触发功能时模拟引信内部惯性开关的闭合动作，数字示波器测试产品的调制信号参数并侦测产品输出的点火信号，确定产品的启动灵敏度，射频信号源和任意波发生器模拟射频回波信号，回波吸收箱用于以减少周围物体反射及外界电磁干扰对测试的影响；测试夹具用于定位待测产品，确保测试时产品空间位置的一致性，消除因产品测试位置的差异带来的测试影响。接收天线用于接收待测产品的辐射信号，发送天线用于发送模拟的射频回波信号。

图1 硬件组成图Fig.1 The hardware diagram

2.2 基于通用仪器的调频引信测试方法

通过选用具有标准通讯接口的通用仪器构建了调频引信硬件测试平台，与之配套的专用测试软件的测试方法主要分为以下几个步骤：

1) 模拟火控系统装定引信工作模式

调频引信一般具有近炸、触发、延期等多种工作模式。火箭弹发射前根据具体作战需求由火控系统通过通讯总线提前对引信工作模式进行装定，发射后根据预先装定的工作模式进行作用。在测试过程中，为实现引信的全功能检测，专用测试软件需控制设备对引信各工作模式逐一装定，逐一测试。火控系统与引信之间通讯接口一般采用RS485或RS422通讯接口，所以通过通讯接口转换器可实现计算机模拟火控系统对引信工作模式进行装定。

2) 侦测引信静态工作参数

引信静态工作参数主要包括工作电流、中心频率、工作带宽、辐射功率、调制频率等工作参数。计算机控制程控电源对引信加电使其工作，从程控电源中读取工作电流，利用频谱分析仪侦测中心频率、工作带宽、辐射功率，利用数字示波器测试调制频率。

3) 模拟射频回波信号或模拟惯性开关闭合动作

当引信装定为近炸功能时，采用基于干扰机原理模拟射频回波信号。该方法的基本原理为：首先对接收到的引信信号进行分析，在获得其特征参数后，复制该信号转发给引信，复制过程中叠加上速度欺骗和距离欺骗信息。采用这种方法，不仅能可靠的启动引信，还能对启动电平进行定量的测试。计算机利用已经侦测的中心频率、工作带宽、调制信号频率等参数控制射频信号源和任意波发生器模拟射频回波信号。

当引信装定为触发功能时，采用程控开关模拟惯性开关闭合动作。当引信触地时，内部惯性开关闭合，触发点火通道启动输出触发点火信号。通过对惯性开关闭合动作的模拟，可以检测引信触发点火通道性能。

4) 侦测引信点火信号并确定近炸启动灵敏度

模拟的射频回波信号经射频信号源送出，通过天线辐射到吸收箱中。引信接收模拟回波信号与发射信号进行混频并将混频后的差频信号交予信号处理进行滤波、放大、识别处理。当模拟回波信号输出功率达到一定的值时，侦测到引信的点火输出信号，该输出功率值定义为引信的相对启动灵敏度。

5) 将测试结果录入数据库管理

数据库利用Access编制，专用测试软件通过ADO.NET进行数据访问。Access是Microsoft公司Office软件的重要组成部分，是现今流行的台式数据库管理软件，它操作简便、占用资源少。将侦测的引信工作参数逐一进行合格性判断并将产品编号、生产批次、测试温度等信息一起录入数据库中。

专用测试软件采用NET技术的组件化程序设计思想。组件化程序设计结合了对象技术和组件技术，软件由被封装的组件装配而成，在满足安全性的基础上，提高了软件的编制效率，保证了软件的可重用性和可扩展性。专用测试软件通过驱动程序与仪器通讯，并通过SCPI标准仪器命令集指控制仪器设备工作，软件测试流程见图2所示。

图2 软件流程图Fig.2 The software flow chart

启动测试软件，测试程序开始运行，完成整个测试的初始化工作，保证所有通用仪器设备在指定的工作状态正常运行。按照设定的程序首先对产品进行功能装定，功能装定完毕后进入产品静态工作参数测试环节，利用频谱分析仪测试产品的中心频率、工作带宽、调制参数等信息；利用程控电源测试产品的工作电压、工作电流等信息；利用数字示波器测试产品噪声、信号幅度等信息。当所有静态参数测试完毕后进入射频回波模拟状态，利用侦测的引信参数结合射频信号源模拟高速的射频回波信号，或利用程控开关模拟产品惯性开关闭合动作。最后进入侦测引信点火信号环节，根据输出的射频信号源功率确定引信的启动灵敏度以及点火回路的性能。待所有工作模式测试完毕后，将所有测试结果录入数据库进行统一管理。

3 应用试验验证

选取5发调频引信分别采用基于通用仪器的调频引信测试方法、传统手动方式测试方法和推板或滑弹测试方法进行测试，测试参数均选为一样。

基于通用仪器的调频引信测试方法自动化程度高，装入待测产品后，一键即可完成产品所有参数的测试及合格性判断，产品参数测量结果如图3所示，参数测量结果录入数据库后的产品合格性判断结果如图4所示。完成单发产品测试的平均时间约1 min，而采用传统手动方式完成测试及数据记录需要时间平均约5 min，采用推板或滑弹完成测试需要时间平均约10 min。由此可见基于通用仪器的调频引信测试方法测试效率明显得到了提高；由于采用计算机控制下的射频回波模拟方式，将高速条件下的引信多普勒信号调制到射频回波信号中，因此该测试方法可以模拟高速弹道环境，解决了推板或滑弹只能进行低速交汇测试的问题；该测试方法所用到的仪器设备均为常见通用仪器设备，仅需对测试软件作适应性修改便可用于同类产品的测试，具有较强的通用性。

基于通用仪器的调频引信测试方法对引信工作参数及性能的测试均通过计算机控制通用仪器完成，其测量结果和测量精度由仪器自身精度及性能保证。该测试方法已在多个项目中得到广泛应用，经该测试方法验收合格的产品在动态飞行试验中表现优异。动态飞行试验结果表明该测试方法能真实反映产品的性能。

图3 产品工作参数测量结果Fig.3 Measurement results of product working parameters

图4 产品合格性判断结果Fig.4 Product qualification judgment result

4 结论

本文提出了基于通用仪器的调频引信测试方法。该测试方法选用具有标准通讯接口的通用仪器构建硬件测试平台，编写了调频引信专用测试软件。运行该测试软件，计算机控制通用仪器对调频引信主要工作参数进行自动化测试，对各参数的测试结果进行实时分析、显示并录入数据库进行统一管理。应用试验表明，该测试方法自动化程度好、测试效率高、通用性强。