虛擬儀器卡在雷達性能測試中的應(yīng)用

摘要：本文以軍用工控機為平臺，采用通用和自行研制的專用PC虛擬儀器卡，構(gòu)成一個集成化的雷達性能測試儀器，完成雷達發(fā)射機功率，接收機靈敏度等性能的測試，并給出了實現(xiàn)自動測試的軟件表達。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器卡 雷達 性能測試

雷達性能指標是雷達是否處于最佳工作狀態(tài)的主要手段，它的標準如何將直接影響到雷達效能的發(fā)揮。為此，對雷達的主要性能指標應(yīng)進行必要的測試。

傳統(tǒng)的測試方法是利用隨機配發(fā)的測試儀器進行，由于這些儀器是相互獨立的臺式儀器，且功能單一，通用性較差，在測試過程中對信號的處理主要是以模擬信號為主，測試步驟復(fù)雜，人為因素影響較大。隨著計算機和集成電路的發(fā)展，一些智能測試儀器在雷達性能測試中相繼得到應(yīng)用，然而，大部分儀器仍需要外部計算機或內(nèi)置處理器（8031、8051等單片機），若需要特殊模塊（微波信號源等），仍需配備臺式儀器，雖攜帶不便，但不適合野戰(zhàn)條件下對雷達裝備的技術(shù)保障。

為適應(yīng)雷達裝備性能測試的需要，我們研制了雷達智能性能測試系統(tǒng)，它是在軍用工控機底板的ISA槽中插入萬用表卡、示波器卡、功率計卡、噪聲測量卡、微波信號源卡等PC虛擬儀器卡，由工控機進行統(tǒng)一管理，適時對數(shù)據(jù)進行采集、保存、處理，配以自動測試軟件引導(dǎo)構(gòu)成的智能化雷達性能測試儀器。

這樣，一臺儀器代替多種儀器，實現(xiàn)了多項性能指標的綜合測試。并且在測試精度、測試方法、操作使用等方面都優(yōu)于以前的儀器。

硬件組成

圖1為基于便攜軍用工控機平臺的雷達性能測試系統(tǒng)的硬件設(shè)備組成框圖。

軍用工控機

圖2a為工控機的側(cè)視圖（內(nèi)部已插入通用和專用虛擬儀器卡），機殼由超強鈦鋁合金組成，采用賽揚466處理器，64M內(nèi)存，1個3.5“軟驅(qū)和1個5.25”光驅(qū)，顯示器為12.1 TFT LCD液晶顯示屏，底板為8槽ISA無源底板（圖2b），鍵盤是可分離式鍵盤，電源為200WAC電源。它是雷達性能測試儀器的主控計算機，用來管理整個系統(tǒng)，并且對各個虛擬儀器卡采集的數(shù)據(jù)進行綜合處理，完成各個性能指標的測試。

多用表卡

型號：DMM-100；直流、交流電壓量程：400mV、4V、40V、400V；分辨率0.1mV；電阻測量量程：400～40MΩ，分6檔，分辨率0.1Ω；直流、交流電流量程：400mA、4A，分辨率0.1mA。它的功能主要是在程序的控制下，采集電壓、電流、電阻等數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)與工控機進行數(shù)據(jù)交換。

示波器卡

型號：Scope Card 220；2個通道；采樣率：20Msa/s；帶寬：2MHz；輸入幅度：Max 300V+PK；阻抗：1MΩ，25PF。它的功能主要是在程序的控制下，采集信號波形，并實現(xiàn)與工控機進行數(shù)據(jù)交換。

微波信號源卡（自行研制）

工作頻率范圍：15G±400MHz，9450±200MHz；頻率顯示精度≤±5‰MHz；輸出功率：9G>5mw，15G>1mw；電調(diào)衰減范圍：9G，0～30dB，15G，0～20dB；衰減量顯示精度≤±1.0dB。它的功能主要是在程序的控制下，產(chǎn)生符合測試要求的微波信號，并實現(xiàn)與工控機進行數(shù)據(jù)交換。

功率計卡（自行研制）

功率基準顯示精度1mw±1%；功率探頭測量范圍：GX2B-T2功率探頭，100μw～50mw；小功率測量精度±5%。它的功能主要是在程序的控制下，通過測試衰減后的小功率信號，自動轉(zhuǎn)換成雷達發(fā)射機的實際功率，并實現(xiàn)與工控機進行數(shù)據(jù)交換。

噪聲測量卡（自動研制）

固態(tài)噪聲源頻率范圍：0.2～12.4GHz；固態(tài)噪聲源超噪比：16dB+(對應(yīng)頻率的修正值)dB。它的功能主要是在程序的控制下，控制噪聲輸出大小，測試接收機的噪聲系數(shù)，并實現(xiàn)與工控機進行數(shù)據(jù)交換。

雷達性能指標測試方法

利用性能測試專家知識庫，由計算機控制操作引導(dǎo)界面，通過調(diào)用各種測試虛擬儀器卡，自動完成對雷達發(fā)射機功率，接收機靈敏度（或噪聲系數(shù)）和動態(tài)改善因子等主要性能指標的測試。下面以接收機靈敏度測試為例說明測試方法。

靈敏度是接收機的一項重要質(zhì)量指標，它表示接收機接收微弱信號的能力。接收機靈敏度通常以接收最小可辨輸入信號功率Pmin來表示，為使用方便，還常以最小可接收信號功率相對于某一標定功率電平P0比的分貝數(shù)A來表示，即：

A=10lg（Pmin/P0）(分貝)

接收機靈敏度在測量時有兩種定義。一是臨界靈敏度，接收機線性部分（包括混頻器、中頻放大器）輸出端達到信噪比1：1時，其輸入端所需的最小信號功率Pmin。二是實際靈敏度，接收機輸出達到距離顯示器正常工作的最小信噪比時，其輸入端所需的最小信號功率Pmin。對某種雷達接收機靈敏度測量中，具體是用哪種定義，及輸出端信噪比是多少，應(yīng)由生產(chǎn)雷達的工廠驗收技術(shù)條件所決定。

雷達接收機輸入端的最小可辨功率通常是很小的，一般在微微瓦的數(shù)量級，這樣微弱的微波信號，用功率計測量是十分困難的。因此，在工程上接收機靈敏度的測量不是直接測量接收機輸入端的最小可辨功率，而是采用一已知的標準功率源，經(jīng)過精密衰減器加到接收機輸入端，在保證輸出端信噪比為某定值（如1：1）時，此標準功率（1mw）被衰減的分貝數(shù)A，作為此接收機靈敏度-A（dB/mw）。

接收機靈敏度測試方框圖如圖3所示。工控機自動實現(xiàn)虛擬儀器調(diào)用、數(shù)據(jù)處理和下面所需界面引導(dǎo)，完成接收機靈敏度測試。

*正確連接：微波信號源卡輸出經(jīng)精密衰減器、同軸測試電纜接到接收機輸入端。接收機檢波電流輸出接到μA表輸入。

*裝定超始噪聲電流：微波信號源卡不輸出。接收機接電，增益置某規(guī)定值，μA表測出起始噪聲電流INO。

*裝安微波信號源卡頻率、功率：調(diào)整信號源頻率，使之與接收機調(diào)諧頻率一致，μA表指示最大，并裝定信號源輸出功率為1mw，記錄1mw時信號衰減Dm。

*確定輸出端信噪比：增加微波信號源卡輸出衰減，使μA表指示為2INO，即信噪比1：1。

*求和計算靈敏度：A=衰減器衰減值dA+測試電纜衰減dL+饋線損耗dT-Dm。

實現(xiàn)性能測試的軟件表達

雷達性能測試靠測試引導(dǎo)軟件來實現(xiàn)。圖4為實現(xiàn)各種性能測試引導(dǎo)軟件的程序流種圖。整個程序為用戶提供了一個集成化的測試環(huán)境和測試界面，測試者只需按測試界面的引導(dǎo)，就可自動完成雷達性能指標的測試。

在軟件設(shè)計中，被測雷達、測試項目、被測雷達的各種性能指標測試所涉及的信息都建立了不同的數(shù)據(jù)庫。在操作界面中，從數(shù)據(jù)庫中讀取被測雷達，選取所測試的雷達，出現(xiàn)該雷達要測試的項目，選擇測試項目，進入測試步驟，首先以文字、視頻、圖片等多媒體信息提示操作都按測試要求把性能測試儀器連接到被測雷達上，完成之后，根據(jù)測試需要，同樣以文字、視頻、圖片等多媒體信息引導(dǎo)雷達開機，測試儀器接電等，進行預(yù)熱。然后根據(jù)測試項目的不同出現(xiàn)各種不同的虛擬儀器卡的虛擬面板，根據(jù)提示對虛擬儀器進行操作，在操作虛擬儀器過程中，根據(jù)不同的被測性能指標要求對需要的數(shù)據(jù)進行采集、讀寫和計算，并顯示測試結(jié)果。最后根據(jù)測試結(jié)果對雷達的性能作出評估，給出專家意見。在程序設(shè)計中，由于運用了大量的數(shù)據(jù)庫，因此增加了該儀器的可擴充性、修改性和開發(fā)性，為軟件的升級和擴充提供了很大的方便。

結(jié)束語

以軍用工控機為平臺，結(jié)合PC虛擬儀器卡研制的雷達性能測試儀器，均采用標準化的模塊，由計算機對數(shù)據(jù)自動采集、處理、顯示，保證了系統(tǒng)的高可靠性，提高了測試速度和精確性。實踐證明，PC虛擬儀器卡在雷達性能測試儀器中的應(yīng)用，在克服現(xiàn)有的雷達測試儀器缺點的同時，將高科技含量的現(xiàn)代測試技術(shù)與計算機技術(shù)融與一體，強化了測試功能，優(yōu)化了人機界面，創(chuàng)造了可觀的軍事效益和經(jīng)濟效益，使雷達性能測試工作升了一個新水平，為自動化程序低且功能單一的分離式雷達測試儀器的更新?lián)Q代開辟了新的技術(shù)途徑。