一种DAM便携式测试系统的设计

2021-03-19李国清

雷达与对抗 2021年1期

张玲，李国清

(中国电子科技集团公司第三十八研究所, 合肥 230088)

0 引言

数字阵列模块(Digital Array Module,以下简称DAM)是数字阵列雷达中的基本单元，也是最重要和数量最多的基本单元，其技术指标决定了数字阵列雷达技战术指标的高低。随着数字阵列雷达的大批量生产，整机外场调试任务越来越多，传统的DAM测试系统仪表多，拆装复杂，携带不方便。因此需要一种简易便携的DAM测试设备，应用于外场DAM的测试、调试、诊断和维护。[1-2]

1 测试系统的设计

1.1 测试原理

DAM组件是一种将多个收发通道集成的模块，主要完成多通道接收数字化及预处理、多通道的数字波形产生及功率放大、多通道数字波束形成等功能。该测试系统需要对DAM的收发数据进行采集，实现对单件DAM每个通道发射功率、接收增益、接收信噪比、I/Q镜像抑制度等指标进行测试。原理是通过CPCI/以太网控制测试设备产生单件DAM组件测试所需要的各种激励——时钟本振激励、控制信号激励、电源激励等。这些激励通过混装电缆和光纤转接到DAM，同时被测DAM组件产生的输出信号也通过电缆和光纤转接到校正采集模块，通过计算机辅助数据采集，并进行数据处理，最终生成测试报告。

1.2 硬件设计

硬件部分采用高集成度的结构设计，使用校正采集模块代替传统测试系统中的信号源和频谱仪，将所有模块集成到一个机箱中，方便携带。系统框图如图1所示，主要由DAM适配器、校正采集模块、计算机、本振时钟模块、电源模块、环行器、功分器、光纤、电缆等组成，其中DAM适配器需要设计的简易轻巧，仅需满足DAM供电和信号的连接。

图1 系统框图

(1) DAM适配器

DAM适配器主要由装夹DAM的夹具、小风扇、功分器组成。测试夹具对被测DAM安装固定，提供工作电源及时钟本振信号，并对DAM接插件进行适配转接以便于测试。DAM采用风冷散热。

(2) 校正采集模块

校正采集模块是该测试系统中的核心模块。该数据采集接口模块具备快速、准确地完成被测件的数据采集、整个系统的状态控制等功能。数据采集接口模块以FPGA为核心芯片，采用标准CPCI板卡设计。原理图如图2，由一路射频收发通道和数据采集板组成，射频收发通道已知发射功率和接收增益。每块数据采集接口板具备1路光纤接口、1路LAN接口。光模块与DAM上的光模块配对使用，LAN是与计算机的通信接口。工作时，计算机与校正采集模块采用网络通讯，校正采集模块与被测组件采用光纤通讯。数据采集模块可以将计算机发布的控制命令传输到被测DAM中去，控制其工作状态，同时控制校正采集模块中单路收发通道的工作状态，再把采集到的数据传输给计算机。[3-5]

图2 校正采集模块原理图

(3) 本振时钟模块

本振时钟模块内部包括晶体振荡器、时钟电路、本振源、本振放大功分电路，主要是给被测DAM和校正采集模块提供时钟和本振信号。

(4) 电源模块

电源采用专门定制电源，输入220 V交流电，给DAM组件、本振时钟模块、校正采集模块、风扇等模块供电。

1.3 软件设计

测试系统的软件基于LABVIEW环境开发。采用模块化设计，以测试功能为依据，将系统软件划分为3个模块：用户界面模块、测试控制模块、数据采集模块。在设计时充分考虑各模块的体积和互联关系，软件中各功能模块体积既不能过大也不能过小。体积过大则结构复杂难于维护；体积过小则功能意义不完善，影响模块的独立性。整个软件是由相互联系的模块构成。在满足功能要求的前提下，模块彼此之间的联系相对越弱则软件越容易修改和维护。因此，在模块的设计过程中，应尽量减少模块间的信息传递，简化模块间的相互联系，从而充分保证模块的独立性。[6-8]软件测试流程如图3所示。

图3 软件测试流程

(1) 信息确认模块：用于待测DAM组件的信息输入，包括待测组件编号、测试时间、测试人员、测试地点等。这些信息将在最终输出的测试表格中呈现。

(2) 判断组件状态信息：用于检查组件连接通信状态是否正常，若通信不正常一般则检查电源及时钟是否连接。

(3) 测试设置：包括发射接收模式选择、测试点数选择等。根据模式选择对校正采集模块和被测组件进行相应的模式设置。当被测组件测试发射指标时，校正采集模块中射频收发通道设置为接收状态；当被测组件测试接收指标时，校正采集模块中射频收发通道设置为发射状态。

(4) 数据获取输出：根据数据采集模块采集到的数据，采用基于虚拟仪器的多通道数字接收机的测试方法进行指标分析。该测试方法是一种频域分析法[5]，其方法是：获取M个采样点，对原始数据加窗函数(Blackman窗)处理。这对非相干采样是必须的，对于相干采样则无须加窗，然后计算FFT。分离出其中的信号、直流、谐波、杂散波以及噪声成分，通过计算处理可得到接收增益、接收信噪比、I/Q镜像抑制度、发射功率等测试数据。[9-10]

测试系统具体运行如下：

(1) 发射指标测试时，软件控制DAM只开通一路发射。系统信号的走向是DAM被测件单个端口输出的脉冲信号经过功分器、环行器、校正采集模块处理后传输到计算机。测试系统软件对T/R组件输出的数字信号作频谱分析，处理可得到被测件的发射功率。

(2) 接收指标测试时，由校正采集模块产生射频信号经过衰减器、环行器，功分器输入到被测DAM的各个通道。被测DAM接收处理后再将数据通过光纤传输至数据采集模块。数据采集模块对光信号进行光电解调后再通过网线传输至计算机。测试系统软件对DAM组件输出的数字信号作频谱分析，处理可得到被测件接收增益、接收信噪比、I/Q镜像抑制度等指标。

2 结果

该DAM便携式测试系统结构如图4，整机仅有12 kg，携带方便。测试界面如图5所示。

图4 DAM便携式测试系统结构面

图5 指标测试界面

测试单个组件的接收增益、接收信噪比、I/Q镜像抑制度、发射功率仅需5 min。增益测量不确定度为±2 dB,接收信噪比、I/Q镜像抑制度测量不确定度为±1.5 dB，发射功率测量不确定度为±1 dB，各指标较传统仪表测试台不确定度相差1 dB左右，满足外场DAM的测试、调试、诊断需求。该测试系统还可以集成其他测试插件，使功能更加强大。如集成频谱仪插件，可以对DAM发射谱进行实时监控。