基于PCI總線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)電高度表測試系統

　　0引言

　　為了適應高科技條件下的現代戰爭，不僅要不斷地提高戰斗機的性能，而且對相應檢測設備也提出了更高要求。先進(jìn)測試技術(shù)的應用是戰斗機維護修理的發(fā)展方向，是減少維修時(shí)間、提高裝備完好率的重要手段。本文所設計的檢測設備的技術(shù)高低對高度表的日常維護、檢測起了決定性的作用。

　　本文對高度表的組成和工作原理進(jìn)行分析，確定被測試項目。重點(diǎn)對被測參數進(jìn)行分析，采用并行的開(kāi)發(fā)模式。選擇適合的工控機，設計相應的調理電路。軟件用LabWindows/CVI語(yǔ)言，完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等開(kāi)發(fā)。

　　1 高度表概述

　　本文所研究的無(wú)線(xiàn)電高度表(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高度表)作為某型導彈縱向彈道控制的關(guān)鍵部件，其性能的好壞將直接影響著(zhù)導彈飛行高度的準確性和戰術(shù)發(fā)揮。在導彈飛行過(guò)程中，它實(shí)時(shí)測量導彈相對陸地(或海面)的真實(shí)高度，并給出與高度成正比的高度脈沖信號送給綜合控制計算機，以協(xié)助控制導彈在預定的高度上穩定飛行。

　　對于LFMCW高度表，其測高原理主要有差頻法和調制信號周期法。由于該高度表采用恒定差拍閉環(huán)體制，則其測高原理為調制信號周期法，可用式(1)來(lái)表征：

　　式中：fb——差拍頻率(Hz);

　　△F——調頻帶寬(MHz);

　　C——電磁波傳播速度(3×1O8 m/s);

　　Tm——鋸齒波調制周期(μs);

　　H——被測高度(m)。

　　對于確定的高度表，Tm與H成正比。當保持高度脈沖信號與調制周期Tm同步時(shí)，就可實(shí)現高度測量。

　　2 測試需求

　　高度表本質(zhì)上屬于近程無(wú)線(xiàn)電探測系統，為判斷這類(lèi)系統工作狀態(tài)與性能，通常對其高頻輻射信號和信號處理電路輸出的控制信號或狀態(tài)信號進(jìn)行檢測，檢查其是否滿(mǎn)足輻射設計指標要求、工作時(shí)序與工作狀態(tài)要求。對該型高度表，需要檢查輻射信號頻率、帶寬、功率和整機靈敏度;檢查搜索/跟蹤狀態(tài);檢查工作狀態(tài)是否滿(mǎn)足要求;檢查給定高度時(shí)，高度表輸出控制信號的正確性;還要監測整機工作電流。高度表工作是否正常、性能是否滿(mǎn)足探測、跟蹤與測距精度要求。

　　3 整體設計思路

　　本檢測設備的設計應遵循以下原則，以使系統功能完善、技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良、使用安全、操作簡(jiǎn)單、維護方便，并具有一定動(dòng)態(tài)適應性。從功能上講，要它能夠順利完成高度表的自動(dòng)測試任務(wù)，具有連續自動(dòng)測試、單步測試、自檢、測試結果儲存打印顯示等功能。

　　根據該系統的使命任務(wù)要求，“無(wú)線(xiàn)電高度表測試系統”由工控機、功能模板、適配器、程控高度模擬器和測試與管理軟件5個(gè)子系統組成。系統結構及子系統間控制與信息相互關(guān)系如圖l所示。

　　圖1 測試設備原理框圖

　　3.1 系統所涉及的各個(gè)子硬件功能介紹

　　3.1.1 工控機

　　工控機是整個(gè)測試系統操作、測控程序、管理程序的基本平臺，實(shí)現測試自動(dòng)運行與管理。它提供測試功能模板所需的PCI總線(xiàn)，該總線(xiàn)也作為測試系統的測控總線(xiàn)。鑒于測試系統使用中溫度、力學(xué)環(huán)境適應性和可靠性要求較高，擬選用西門(mén)子公司的工控機產(chǎn)品作為整個(gè)測試系統的測控中心。

　　3.1.2 功能模板

　　功能模板是根據被測試信號種類(lèi)和測試精度選購的。在高度表測試中，需要的功能模板主要有數據采集卡、數字I/O卡、計數卡和繼電器矩陣卡。這些功能模板均選用PCI總線(xiàn)結構，以便裝載在工控機內。

　　3.1.3 適配器

　　適配器的作用是對被測信號進(jìn)行調理、分類(lèi)，使得測試資源與被測信號適配，在模擬被測對象和數字測試資源之間建立一個(gè)測試接口。主要由分壓轉換、光隔離、開(kāi)關(guān)控制組合、衰減控制組合、電源模塊等組成，其結構如圖2所示。

　　圖2 適配器結構原理

　　分壓與轉換模塊主要完成模擬電壓信號調理和分類(lèi)，使得較大幅值電壓信號按比例調整到數據采集卡測試范圍內，并將同類(lèi)模擬信號集中送至繼電器矩陣，以便測試選擇。

　　光隔離模塊主要對Pc、Pn信號進(jìn)行隔離與電平轉換處理，以適應計數卡輸入計數信號電平需要。同時(shí)，對微波開(kāi)關(guān)驅動(dòng)信號進(jìn)行隔離，以減小微波信號干擾。

　　因為微波開(kāi)關(guān)數量較多，設計開(kāi)關(guān)邏輯組合，用四位信號控制16路開(kāi)關(guān)。

　　衰減控制信號通過(guò)計算機控制D/A器件產(chǎn)生，視具體電控衰減其型號確定。

　　電源模塊為整個(gè)測試系統和高度表提供測試電源，輸出電壓分別為+28.5VDC、±15VDC、+5VDC、+3.3VDC等。

　　3.1.4 程控高度模擬器

　　程控高度模擬器為模擬發(fā)射信號在目標與接收天線(xiàn)之間往返路徑產(chǎn)生的參數變化而設計，完成射頻信號經(jīng)由的自由空間狀態(tài)模擬，即模擬導彈的飛行高度。程控高度模擬器為高度表測試提供測試高度要求的電磁波衰減與延遲特性，從而提供閉環(huán)測試條件。程控高度模擬器主要由微波開(kāi)關(guān)、電控衰減器、延遲組件和控制部分組成，如圖3所示。

　　圖3 程控高度模擬器結構原理

　　延遲組件采用聲體波延遲技術(shù)制作，由電(聲)轉換薄膜換能器、傳播聲波晶體、匹配網(wǎng)絡(luò )(或濾波器)三部分組成。根據測試要求，需要模擬7個(gè)不同的導彈飛行高度，因此需要7個(gè)延遲組件。每個(gè)延遲組件延遲時(shí)間是固定的，根據模擬的高度不同，確定每個(gè)延遲組件的延遲時(shí)間。在每個(gè)模擬高度上，程控高度模擬器總的延遲時(shí)間τ應該滿(mǎn)足式(2)：