新一代信号处理机测试软件的设计与应用

沈英 毛子鹰

（中国电子科技集团公司第十四研究所 江苏省南京市 210039）

1 概述

信号处理机是雷达的重要组成部分，其工作性能直接影响到雷达的探测性能。随着作战任务多样化的发展，雷达面临更加恶劣的战场环境和更加复杂的目标特性，为了应对更加复杂的雷达系统要求，新一代雷达信号处理机基于CPU硬件平台，具有极高的运算速度及数据传输能力。

作为雷达的核心系统，信号处理机自身的工作性能及故障诊断能力显得尤为重要。本文基于某雷达信号处理机，设计了一种信号处理机测试软件，通过测试软件能直观地观测到信号处理机各功能模块的处理性能和工作状态，协助快速完成故障排除，在信号处理机的调试及排故过程中发挥重要作用。

2 测试软件的设计

信号处理机的主要功能是对接收到的雷达回波进行脉冲压缩、杂波抑制、反干扰、目标检测及信息提取等处理，使雷达在强地物杂波、气象杂波环境和复杂干扰环境下具有良好的目标检测性能，并能适应雷达的多模式多参数工作方式。因此通用雷达信号处理机的功能模块包含脉冲压缩模块、MTI（动目标显示）处理模块、MTD（动目标检测）处理模块、CFAR（恒虚警）处理模块及目标检测模块等。

本测试软件设计了信号处理机功能测试模块，对各功能模块处理后的数据进行采集，测试信号处理机的功能和性能；信号处理机自身的故障诊断能力也是重要性能指标，测试软件重点设计了故障诊断模块，能实时监测信号处理机的工作状态；测试软件还设计了数据记录模块，可记录信号处理机工作过程中的软件及硬件状态，通过回放也可有效排查故障；另有风机监测模块、网络设置模块等辅助功能模块。

测试软件中各功能模块界面布局设计如图1。

图1：测试软件显示界面

2.1 功能测试模块

信号处理机的处理性能参数是评价信号处理机工作性能的基本标准，测试软件设计了显示界面，通过网络采集信号处理机中各处理模块处理后的输出数据，绘制出相应特征波形，可以直观地观测到信号处理机各处理模块的特征参数，测试信号处理机的处理性能。在显示界面上，可以通过鼠标操作方便地进行图形缩放，读取图形坐标参数。

信号处理机是多通道数据同时处理的，显示界面设计了通道选择按钮，且设计了图形显示颜色选择按钮，通过设置，可以以不同颜色曲线显示不同数据通道的处理结果；在显示界面中可以通过“坐标设置”栏进行显示坐标的范围定义。

2.2 故障诊断模块

由于系统复杂，雷达系统工作过程中经常出现许多意想不到的问题。作为雷达系统中的核心系统，信号处理经常需要协助完成故障定位。在以往的调试过程中，通常采用在软件代码中插桩或者记录数据分析的方式进行故障定位。插桩方法的工作量较大，并且破坏了程序结构，容易造成软件版本失控。而记录数据的方法确定问题的周期较长，效率低下。

信号处理故障诊断模块通过精心设计的软件状态报文和故障点设置，将软件状态直观地显示在调试界面中，可以快速定位故障发生位置，协助完成故障排除。由于故障诊断程序已经预先集成在信号处理程序中，排查问题时不需要更改软件程序，又可以确保信号处理软件版本受控。

2.2.1 软件状态报文设计

为了能够确认软件版本，软件状态报文中需要有字段表明软件版本；由于新一代信号处理机中每块处理板每一个CPU能自行上报软件信息，报文中需要明确软件运行位置。

在处理板中，信号处理软件可以分为多个任务：节点配置任务、接收任务、发送任务、处理任务1～处理任务n（运行在CPU核1～CPU核n上）。因此，软件状态报文主要需要将上述任务的状态报出。

由于有的CPU中只运行了上述部分任务，因此报文中需要标识任务的有效性。对于有效的任务，需要上报任务名称、错误代码以及运行计数。其中，运行计数可以用于确认软件是否已经处于死锁状态。

软件状态报文中主要的内容见表1。

表1：软件状态报文

2.2.2 软件状态收集

每一个任务在运行期间，将运行过程中发现的错误通过全局变量的形式进行记录。记录的内容主要包括：软件运行计数、程序名称、软件错误代码和子错误代码。

软件运行计数主要用于判断当前程序是否处于死锁状态；程序名称主要用于程序自身的标识；错误代码主要是预设的错误条件，用于确认错误位置；子错误代码是对错误代码的补充，主要用于确认故障的具体原因。

故障诊断模块中信号处理系统状态监测模块负责收集各个任务的软件状态。由于信号处理系统状态监测模块是系统任务，除了软件任务之外，还需要收集硬件状态。具体的数据流图如图2。

图2：软件状态收集数据流图

2.2.3 软件故障集

软件故障集主要来源于日常调试中的故障数据收集。主要的故障包括：

（1）控制表错误。主要是输入控制表错误，可能引起信号处理异常。

（2）M0计数错误。主要是数据格式错误，可能引起信号处理异常。

（3）节点配置错误。主要是链路配置出现问题，导致程序无法启动。

（4）程序挂起。主要是前一级节点故障，导致没有数据流驱动本级处理。

所有的故障均编成固定序号。用于故障诊断过程中的分析，见表2。

表2：软件故障代码表

2.2.4 软件故障分析

软件故障分析在状态监测软件中完成。在监测软件中设计软件状态指示灯。当软件状态正常时，绿色灯闪烁；软件状态异常时，红色灯闪烁；灰色表示未获得软件BIT信息，效果图如图3。

图3：软件状态指示灯

其中圆形小灯就是软件状态指示灯。当软件状态异常时，点击异常状态的指示灯就可以观察到具体的软件状态。

当有故障时，点击红色节点，可以观察到具体的软件状态信息，包括：程序名称、运行计数以及错误代码。双击错误代码可以观察到具体的错误原因。程序不解析子错误代码，详细信息需要查找配套的信号处理错误码文件。

2.3 状态记录和其他辅助功能模块

2.3.1 状态记录模块

信号处理程序运行期间，可以通过状态记录模块记录软件状态。

当雷达系统关机后，可以通过“回顾”功能进行软件状态的分析，如果出现故障，将在界面中显示发生故障的数目。

点击图4界面中的“上一帧”和“下一帧”按钮，可以观察到具体故障的发生时间，并且在图3所示的界面中，故障软件对应的指示灯将变为红色，可以通过2.2.4节中所述的操作进行故障的具体定位。

图4：故障分析结果

2.3.2 其他辅助功能模块

新一代信号处理机用到的处理板集成度高、功耗大，机箱好的散热性能是信号处理机稳定工作的保证，本例信号处理机是通过风冷散热的，测试软件设计了风冷设备的监测模块，能将每个风扇的转速直观地显示出来。如果风机出现故障，相应故障风扇界面显示红色。

测试软件与信号处理机之间的网络交互，可以通过网络设置模块设置。

3 测试软件的应用

3.1 信号处理机功能和性能测试

在进行雷达信号处理机功能和性能测试时，选择模拟器产生相应信号处理功能测试码源，通过测试软件测试相应处理模块性能参数。以测试信号处理机脉冲压缩功能为例，通过网络采集数字脉冲压缩模块处理后的数据画图，显示的波形可判断处理功能是否正常，脉冲压缩的主副瓣比、-3dB处脉宽等参数都可直观读取，可判定信号处理机的脉冲压缩性能，如图1功能测试模块所示。

3.2 信号处理机故障诊断

在信号处理机工作时，记录信号处理机工作状态。点击状态监测栏中的“设置”按钮设置存储路径，之后点击界面的“记录”按钮开始进行数据记录。

开始记录后，原先“记录”按钮的文字变为“停止记录”。需要停止记录时，点击“停止记录”按钮。停止记录后，在存储路径中将有两种类型的文件生成：

（1）系统BIT信息（硬件BIT）：前缀为“spdisp_survRec_”，之后为记录的时间，扩展名为“.dat”；

（2）内部BIT信息（软件BIT）：前缀为“spdisp_SoftStatRec_”，之后为记录的时间，扩展名为“.dat”

发生故障需要分析监测数据的时候，点击界面的“回顾”按钮。此时，“回顾”按钮将变为“实时”。同时，下方的勾选框、按钮均变为可用状态。如果要避免已有画面的干扰，建议点击界面左下角的“重置”按钮。

勾选上“分析软件信息”，选择内部需分析的BIT记录文件。点击“打开”按钮后提示即将开始分析内部BIT信息。

点击“确定”按钮即开始系统BIT数据分析过程。分析完毕后，可以在图5的右下角看到具体的故障发生数目。

图5：故障分析

这个例子中，49表示分析后总共记录到的错误帧数为49帧，1表示当前分析的错误帧在所有错误帧中的序号，利用“上一帧”和“下一帧”按钮可以逐帧查看故障情况。

点击界面上变色的小圆点，可以查看当前模块当前CPU上的软件状态。在这个例子中，点击了slot9的CPUA对应的小圆点，弹出具体软件信息，可以发现，其中的“发送任务”出现故障。双击错误代码，可以在错误原因栏内显示该代码对应的错误原因是数据不连续。由于发送任务出现了数据不连续的故障，而其他任务均正常，因此判定输入数据和模块本身的处理均无问题，故障发生在该模块到下一级模块之间，后续的排查重点就在下一级模块上，根据数据流程，更换下一级模块slot8，故障排除。

4 结束语

信号处理机测试程序是基于新一代雷达信号处理机设计的，其不仅能测试信号处理机的工作性能，而且能快速地进行故障定位。雷达信号处理机的故障出现时间过于随机，人工确认非常困难，并且容易出现遗漏的问题。新一代信号处理机测试软件设计了专门的软件状态报文结构和软件状态诊断模式，且具备状态记录的功能，节省了人工等待故障复现的时间。在故障发生后，利用该测试程序在10秒内就可以完成故障定位，大幅度节省了人工判断的时间，提高了故障判断的准确率和工作效率。