雷达接收设备灵敏度自动化测试系统设计与实现

张 令

（中国电子科技集团公司第二十九研究所,四川 成都 610036）

雷达接收设备是截获、跟踪辐射目标的主要电子载荷设备,因其跟踪目标距离远,跟踪角速度大,精度高,抗干扰能力强,被广泛应用于装备领域[1]。当前由于实际工作环境复杂,对电子载荷精度要求高,因此,对雷达接收设备指标和可靠性也越来越高。雷达接收设备的灵敏度是考核雷达接收设备跟踪目标源的基本参数指标,需要对该指标精准和快速测试,实现对该指标准确考核[2-3]。过去,由于搭建环境设备多,设置参数频繁,多采用手动测试方式完成,存在设备控制效率低,人工肉眼对数据读取存在差异。因此,该指标测试准确性无法把握。

随着自动化测试技术和仪器控制技术的不断深入发展,雷达接收设备灵敏度自动化测试需求被提上日程。基于参数配置项CSCI可以实现软件对灵敏度参数配置,从而为灵敏度自动化测试提供一种重要的解决方案[4-5]。

本文采用成熟的C++Builder6.0软件在Windows系统上应用CSCI设计ini文件对灵敏度指标参数加载测试面板。利用GPIB-USB-H驱动实现对硬件环境的设备仪器及计算机连接,实现对仪器自动控制和参数下发。利用嵌入灵敏度算法将测试结果显示在UI界面或者报表输出供用户查看,同时在记录指标测试过程中上报原始数据供用户分析和查看。

1 灵敏度测试原理和计算方法

雷达接收设备灵敏度是指雷达接收设备能对目标建立稳定踪迹所必须的来自目标的输入参数门限值,即正常工作时稳定截获目标接收机可接收最弱信号强度。通常换算为功率表示,单位dBm。因此,在工作频带内每个中心频率都对应一个灵敏度值。通常,灵敏度越高,雷达接收设备对目标识别距离越远,但提高灵敏度又增加了技术难度、成本和设计复杂度[6-10]。

雷达接收设备灵敏度通常在暗室采用远场测试方法,确保雷达接收设备与辐射目标在同一高度水平线上,启动雷达接收设备稳定截获目标,接收机收到目标信号参数稳定不变,然后减小辐射信号源的输出功率,直到雷达接收设备接收机无法截获目标。然后逐步增加信号源输出功率,雷达接收设备重新稳定截获目标,记下此时信号源输出功率。该稳定截获目标需要判断设备状态参数、捕获目标信号的参数稳定性。以一定步进长度,遍历整个工作频率范围,记下对应中心频率的功率,通过下面频点灵敏度计算公式：

式中：

SZi-雷达接收设备系统灵敏度,dBmW；

PZimin-雷达接收设备正常工作时射频信号源输出的最小功率电平,dBmW；

Gi-发射天线增益,dB；

Pi-雷达接收设备接收机接收到功率,dBmW；

△Li-射频信号源和发射天线连接电缆损耗,dB；

L-大气损耗,1dB；

i-频率测试点序号（i＝1……n）。

2 暗室测试环境和硬件搭建

2.1 暗室环境

由于灵敏度测试需要在无电磁干扰环境下进行,因此,需要在暗室中进行,同时需要满足远场距离要求。将雷达接收设备固定在转台上,设备与通过UPort 1250及通讯电缆与PC机连接,直流电源与其设备供电,PC机通过RS232串口与转台通信,与设备处于同一水平线上的发射天线与信号源连接,信号源与PC机通过GPIB卡或者网口连接,实现对信号源的控制,见图1。

图1 暗室灵敏度测试环境

2.2 仪器选择

根据雷达接收设备自身工作特点和灵敏度性能测试指标参数,选择合适的仪器。直流电源需要考虑最大输出功率、输出电压范围、通道路数和上下电电压电流特性,也可考虑GPIB程控需求。信号源需要考虑频率范围、调制特性,功率范围以及信噪比等,要考虑GPIB或者网线程控要求。射频电缆需要测量其插损,电磁信号无泄漏。发射天线选择满足工作频率范围,天线增益需要测试记录。PC机需要安装相应C++Builder6.0、Matlab2010以及GPIB-USB-H卡和UPort 1250驱动程序,二维转台可以实现设备在方位和俯仰上二维控制。

3 软件CSCI设计

3.1 CSCI总体设计

该设计总体思想是通过配置测试环境参数和测试指标项的CSCI设计,通过软件后台计算实现对灵敏度指标阈值判断,并将执行消息显示和测试结果输出,实现文件存储、人机交互和参数可配置。主控软件采用C++Builder开发,调用VISA接口库来实现对直流稳压电源、信号源和转台控制,并封装成动态端口库、仪器库、转台库进行调用,见图2。

图2 CSCI输入/输出数据流图

3.2 CSCI详细设计

由灵敏度测试原理和计算方法可知,灵敏度测试需要配置对应设备参数和仪器参数。设备需要加载目标库、设备状态、灵敏度合格范围；信号源设置信号参数、起始功率和步进；稳压电源给设备供电,不参与测试过程,因此,可手动控制设置输出电压值和电流保护限制。将相应的发射天线增益和射频电缆插损及空间衰减,暗室远场距离等参数在用户界面UI采用ini文件记录配置,用于测试前加载测试参数到测试面板,用户也可在界面根据实际环境变化修改参数并保存用于后续测试,如图3所示。

图3 灵敏度测试执行流程图

雷达接收设备测试软件包括端口库、仪器库、转台库、数据库及自动测试模块,如图4所示。

图4 CSCI单元组成

详细各单元组成、标识符和用途如表1所示。在测试前需要完成对端口库调用,完成设备、转台、仪器之间的通信连接。调用仪器库完成对信号源控制。调用转台库实现对转台控制,调用库和设备状态控制库实现对数据库设置及雷达接收设备状态控制,以上完成对环境参数设置。最后调用灵敏度指标测试完成灵敏度测试。

表1 CSCI单元标识符和用途

根据灵敏度测试原理和计算公式,首先雷达接收设备工作状态,向转台发控制指令,使雷达接收设备正对发射天线,根据ini文件参数完成对信号源频点设置,设置雷达接收设备数据库,确保被测频点在数据库内。设置初始信号源功率值P0,启动雷达接收设备测试,正常接收信号,根据上报状态是否捕捉目标信号,再根据上报信号的特征判断是否稳定截获,如果是,减小信号源功率直到无法正常截获,记录下此时信号源功率PZimin。如果无法正常截获,则增加信号源功率直到正常截获记下此时信号源功率PZimin,并将该功率填入标签中。根据ini文件参数,依次进行下一个频点测试。详细流程如图5所示。

图5 雷达接收设备灵敏度测试程序流程图

4 灵敏度自动化测试的应用

根据上述结果流程,完成灵敏度自动化测试软件设计,在某型号雷达接收设备上进行实际应用,如图6所示。

图6 灵敏度自动测试软件界面

对比该型号设备超过30次的灵敏度测试,对比手动和自动测试结果,测试一致性好。不考虑准备时间,手动测试该型号设备指标需要40min,采用该软件测试,单套设备不超过10min,详细测试结果见表2所示。

表2 自动实测灵敏度和手动实测灵敏度对比

根据提示更换对应编号天线,点击确定后程序自动运行,测试该编号天线所覆盖的测试频点。各频点测试结果在测试面板上实时更新,并保存测试结果文件。测试过程中的雷达接收设备数据自动存储为数据文件。点击编辑灵敏度计算参数表按钮,自动打开灵敏度计算参数表文件,根据实际测试情况编辑频率、天线增益、插损、合格线等测试参数,参数表对应测试环境,当测试环境改变时,比如更换标准增益天线、更换射频电缆等,需重新填写该表。

在软件设计上增加了用户友好界面设计,当测试人员在参数设置超界或者无效,更换发射天线等操作,界面将弹出窗口提示错误,流程如图7所示,弹出窗口如图8所示。

图7 异常与错误处理流程

图8 用户提示标签

5 结论

本文从雷达接收设备灵敏度测试原理和计算以及应用需求出发,通过基于CSCI设计了雷达接收设备灵敏度自动化测试软件,并通过手动和自动测试验证了这一结果,证明基于CSCI设计的雷达接收设备灵敏度测试能有效提高测试准确度和效率。同时,该软件具有扩展和通用性,为其他复杂指标测试提供了解决手段。