嵌入式雷達發(fā)射機故障監(jiān)測系統(tǒng)的研制

摘要：某型早期雷達的發(fā)射機只采用兩個指針式電表作為監(jiān)測設(shè)備，缺乏完善的機內(nèi)測試系統(tǒng)，為了更有效地監(jiān)測發(fā)射機的工作狀態(tài)，采用了加裝嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)的方法。利用成熟的單片機及數(shù)據(jù)采集技術(shù)，設(shè)計了用于雷達發(fā)射機的多點調(diào)理電路和隔離電路，研制成嵌入式的故障監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)在發(fā)射機上加裝調(diào)試后經(jīng)長期使用，檢驗了其使用效果良好，可靠性高，具有推廣使用價值。
關(guān)鍵詞：嵌入式；雷達；發(fā)射機；故障監(jiān)測；單片機；數(shù)據(jù)采集

新一代雷達裝備都設(shè)計有比較完善的機內(nèi)測試(BIT)系統(tǒng)，它能對雷達的各功能模塊進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障，將故障定位到現(xiàn)場可更換單元(LRU)，快速指導(dǎo)維修人員進行換件維修。完善的雷達BIT系統(tǒng)顯著提高了雷達的維修保障性，使雷達出現(xiàn)的許多故障可以在現(xiàn)場維修。BIT技術(shù)的應(yīng)用，使中繼級維修的作用已日趨減弱，以兩級維修體制逐步取代三級維修體制(基層級、中繼級和基地級)。所謂兩級維修，就是將外場不能修理的零部件直接送到基地修理，而不經(jīng)過作戰(zhàn)部隊修理廠這一中繼級，外場維修人員的工作就是將故障部件拆下，換上正常部件。
大量現(xiàn)役的早期雷達，只有簡單的幾個電表在線監(jiān)測發(fā)射機的關(guān)鍵器件。在向兩級維修體制轉(zhuǎn)變的時期，這些沒有自動檢測功能的雷達由于工作時間長，同時又失去了原有的技術(shù)保障能力，就故障頻發(fā)，尤其是工作于高頻高電壓的發(fā)射機，故障率更高，裝備完好率迅速降低。
利用成熟的單片機技術(shù)及數(shù)據(jù)采集技術(shù)研制成嵌入式系統(tǒng)，監(jiān)測這些雷達發(fā)射機中的所有關(guān)鍵器件，當發(fā)現(xiàn)某器件有故障預(yù)兆時發(fā)出報警并進行故障隔離，可大大裝備完好率。

1 雷達發(fā)射機內(nèi)監(jiān)測點和隔離點的梳理
早期雷達發(fā)射機一般采用單級振蕩式結(jié)構(gòu)，包括定時器、脈沖調(diào)制器、射頻產(chǎn)生器3個單元。
單級振蕩式發(fā)射機的定時器一般由門電路級別的簡單集成電路和石英晶體振蕩器構(gòu)成頻率源，然后經(jīng)分頻電路多級分頻輸出定時觸發(fā)脈沖，不同周期的觸發(fā)脈沖由工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)進行轉(zhuǎn)換；射頻產(chǎn)生器就是一個磁控管，這也是“單級振蕩式”名稱的由來；電路最復(fù)雜的是脈沖調(diào)制器，根據(jù)脈沖調(diào)制器的任務(wù)，它基本由下列3部分組成：電源部分、能量儲存部分、脈沖形成部分。
脈沖調(diào)制器中高壓電源由升壓變壓器和整流硅堆整流而成；充電元件為電感和二極管；調(diào)制開關(guān)為氫閘流管；儲能元件為多節(jié)人工線串聯(lián)而成，并可以由繼電器控制串聯(lián)的有效節(jié)數(shù)從而改變射頻脈沖的寬度，由工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)控制；耦合元件為脈沖變壓器。另外還有其他輔助電路，比如反肩峰脈沖電路、磁控管燈絲電流測量電路等。磁控管燈絲電流測量指示儀表為指針式微安表，但沒有聲光報警功能。
根據(jù)對發(fā)射機內(nèi)電路和元件的充分分析，結(jié)合修理發(fā)射機的先驗經(jīng)驗，梳理出發(fā)射機內(nèi)部需要監(jiān)測的各點及其監(jiān)測參數(shù)、數(shù)量等指標如表1所示。

當監(jiān)測到某點參數(shù)超出標稱值的范圍后，預(yù)警系統(tǒng)的液晶屏可顯示故障點的編號以供維修者迅速判定故障點，同時還可以對故障進行簡單隔離保護，隔離保護的方式為機械式切斷相關(guān)電源或信號通路。梳理隔離點的形式和數(shù)量如表2所示。

2 單片機選型及其資源分配
單片機是一種集成在電路芯片上，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I／O口和中斷系統(tǒng)、定時器／計時器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。
單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。
單片機有很多系列，其中應(yīng)用范圍和數(shù)量最大的還是MCS-51系列，并且隨著激烈的競爭，MCS-51系列也在不斷地發(fā)展，現(xiàn)在集成顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A／D轉(zhuǎn)換器等電路的MCS-51系列單片機也很多。由于設(shè)備空間的限制，加裝的嵌入式系統(tǒng)必須要實現(xiàn)自身設(shè)備的小型化，選用集成多通道高精度A／D和D／A變換器和通訊接口等是必須的，根據(jù)使用習慣及資源要求選用STC12C5628AD。