某搜索雷达天线座专用检测设备设计

周帅文 张丽娟 刘 洁

(1.西安电子工程研究所 西安 710100;2.武警工程大学军事基础教育学院 西安 710086;3.西安市射频综合仿真重点实验室 西安 710100)

0 引言

雷达天线座是雷达系统非常重要的一部分,在雷达系统工作过程中,能够利用它实现雷达天线的运转、定位、定向等功能,并完成在转动状态下各种信号的传送任务[1-2]。在日常使用过程中,天线座不可避免地会出现故障,为了提高检测维修能力,配备专用的检测设备是必不可少的[3]。专用的检测设备不仅能够使雷达天线座完成快速维修,保障雷达系统正常使用,同时也能减少维修人员的工作量。

本文针对某搜索雷达天线座设计了一种专用检测设备,该设备主要用于测试雷达天线座的功能和特性,主要包括雷达天线座的力矩、编码链路、电机电流特性、天线升降和锁定回路等项目的功能和特性的测试。通过测试,我们可以判定雷达天线座系统及其各个工作单体是否故障,如果存在故障,可以根据相关技术条件,完成对雷达天线座的维修。

1 主要功能

为了达到该搜索雷达天线座检测维修的要求,实现雷达天线座功能和特性的测试,在设计专用检测设备的过程中,对该设备提出了以下功能的要求:

1)实现天线座方位轴力矩测试;

2)实现天线方位、俯仰工作功能测试;

3)能够测量驱动控制信号参数;

4)实现天线座的驱动特性测试,采集编码数据,完成编码器工作特性测试;

5)产生检测所需的电源。

2 专用检测设备设计

2.1 系统组成及工作原理

为了实现专用检测设备的主要功能,根据实际需求,该专用检测设备主要由机柜、维修设备、测试计算机、专用测试附件、测试软件等组成。其中维修设备主要由驱动组合、模拟操控装置、力矩测试装置、编码测试装置、1M信号源、PLCC20-DIP转接座等组成;专用测试附件主要由天线座安装架及工作台、配电装置、专用测试电缆、数字秒表、数字多用表等组成;测试软件主要由设备自检软件、专用检测软件、PC104开发软件、编码软件、数据采集分析软件等组成。雷达天线座专用检测设备硬件组成框图如图1所示,测试软件组成框图如图2所示。

图1 天线座专用检测设备硬件组成框图

图2 天线座测试软件组成框图

使用该专用检测设备对雷达天线座进行检测维修时,首先利用驱动组合提供伺服驱动电流,使用模拟操控装置操作控制驱动天线方位、俯仰动作,通过力矩测试装置测量雷达天线座伺服系统方位轴力矩,通过PC104开发器进行采集天线座的驱动特性、编码数据等,并利用测试计算机对采集的数据进行处理和分析,从而得出检测结论,然后按照相关的技术条件,完成雷达天线座的维修。天线座专用检测设备检测工作原理框图如图3所示。

图3 天线座专用检测设备工作原理框图

2.2 供电设计

雷达天线座专用检测设备的供电输入为了满足不同模块的供电需求同时保证用电安全,将其设计成了两部分,分别为单相供电220V/50Hz和三相供电220V/400Hz。其中单相供电220V/50Hz经过电源模块转变成+28V直流电源,给检测设备中需要的组合供电,三相供电220V/400Hz则是直接给驱动组合供电。供电设计框图如图4所示。

图4 供电设计框图

2.3 硬件设计

雷达天线座专用检测设备硬件的设计是本文主要内容之一。在设计过程中,为了减少一定的工作量,部分硬件选用了标准设备组合,所以不需要再进行繁琐的设计。下面将主要介绍测试机柜、模拟操控装置、力矩测试装置、编码测试装置、以及专用测试附件等硬件的设计。

2.3.1 测试机柜设计

测试机柜的主要作用是放置专用检测设备除天线座安装架外的各个组合,包括测试计算机、系统配电单元、操控单元、显示器以及其它测试装置和测试电缆等设备。测试机柜的设计应该以相关国家标准和军用标准作为设计的基本依据[4],并结合自己的实际需求,使测试机柜便于使用和测试,因此本文选用标准机柜并进行了适当的改进。测试计算机放置于测试机柜的第一层,模拟操控装置放置于第二层,显示器和鼠标键盘等设备放置于第三层,驱动组合和编码测试装置等设备放置于第四层,测试电缆则是合理排布在测试机柜内并引出与雷达天线座的接口。

2.3.2 模拟操控装置设计

模拟操控装置是专用检测设备的主要控制单元,利用操控装置可以实现对检测设备供电的控制,以及对搜索雷达天线座升降的控制,同时可以控制搜索雷达的工作状态。另外,为了显示天线的实时状态,在操作面板上增加了显示灯,便于维修人员进行观察。

2.3.3 力矩测试装置设计

该专用检测设备的主要功能之一就是实现天线座方位轴力矩测试,因此力矩测试装置的设计是必不可少的。天线座方位轴工作时,由于轴承摩擦力矩的存在会引起方位轴的扭转变形,所以可以根据扭矩变形来确定扭矩的大小,即方位轴的力矩[5]。为了便于使用和操作,在力矩测试装置的设计过程中,本文选择较为直观的弹簧秤进行测试,将弹簧秤与天线座方位轴之间的工装连接好后,控制方位轴的运动,通过弹簧秤的测量即可得到方位轴力矩的大小。其测试流程图如图5所示。

图5 力矩测试流程

2.3.4 编码测试装置设计

雷达天线座在进行天线方位、俯仰动作时,其驱动特性和编码数据是重要的参数,为了实现天线座驱动特性和编码器工作特性的测试,本文的专用检测设备需要一个编码测试装置。PC104是一个具有灵活扩展性的平台,在很多行业内都有着广泛的应用[6]。所以利用该专用检测设备对雷达天线座编码进行测试时,将检测设备与天线座连接后,给系统上电,驱动天线进行运动,利用PC104开发器进行编码采集,然后利用测试计算机对采集到的数据进行处理和分析,从而得出检测结论。其驱动与编码一致性处理流程如图6所示。

图6 驱动及编码一致性处理流程

2.3.5 专用测试附件设计

专用检测附件是由多个设备组合而成,其中配电装置和专用测试电缆均选用标准设备组合,搜索雷达天线座安装架需要进行单独设计。安装架主要用于安装雷达天线座,保证其工作环境和总站一致。安装架的设计主要涉及结构设计,这里不再赘述。

2.4 结构设计

专用检测设备的结构设计主要包括两部分,由搜索雷达天线座安装架结构设计和测试机柜结构设计组成。

2.4.1 天线座安装架结构设计

搜索雷达天线座安装架主要由柜体、吊环、调整座、脚轮等组成。为了考虑其使用的便利性,在安装架柜体顶部设计了转接板,用于安装、固定搜索雷达天线座,在顶部四角也设计了四个吊环,用于安装架整体装卸运输。另外,在安装架柜体底部设计了调整座用于工作时支撑整个测试工装,同时可以调整机柜高低确保天线座水平,脚轮则是用于调整机柜位置。设计过程中,安装架结构均按照天线座的所需承重、安装尺寸和工作要求进行设计,以此保证维修检测的安全,同时便于检测维修时的安装和拆卸。搜索雷达天线座安装架示意图如图7所示。

图7 搜索雷达天线座安装架示意图

2.4.2 测试机柜结构设计

测试机柜的结构设计是在选用了标准机柜的基础上,并结合自己的使用需求进行了改进。主要包括了专用检测设备各组合的安装位置和安装架,在顶部和背部设计了散热口和风机,底部安装了带有锁定功能的万向轮,便于移动,在雷达天线座检测维修时可锁死。专用检测设备测试机柜示意图如图8所示。

图8 专用检测设备测试机柜示意图

2.5 软件设计

测试软件采用了基于Windows的用户界面框架的WPF,它能为开发人员在文档、媒体和用户界面设计方面提供各种解决方案[7]。WPF可以将界面和代码分离开,开发人员利用C#语言来编写逻辑代码,更加便于开发和维护,同时为使用人员提供了简洁明了的测试软件界面和使用方法。测试软件主界面主要包括六个部分:顶部标题栏、检测项目菜单、测试内容显示框、设备状态显示栏、软件反馈栏和检测日志栏。其分布如图9所示。

图9 测试软件主界面示意图

3 试验情况

为了验证该搜索雷达天线座专用检测设备的性能,对其进行了试验验证。将天线座安装在天线座安装架上,连接好线缆,在能正常供电后,调好各设备性能状态,依次对天线座方位轴力矩、天线升降和锁定功能以及编码特性进行了测试,同时还测量了驱动控制信号参数。通过试验测试,证明了该专用检测设备的主要功能均能实现,能够很好地对该搜索雷达天线座进行维修检测。

4 结束语

本文根据某搜索雷达天线座使用过程中存在故障的可能,设计了一款专用的维修检测设备。首先介绍了该专用检测设备的主要功能,然后介绍了其系统组成和工作原理、供电设计、硬件设计和软件设计这几个方面,最后通过实际的试验进而验证了该专用检测设备的实用性和便捷性,有效提高了某搜索雷达天线座的检测维修效率,具有较好的工程实用价值。