虛擬儀器卡在雷達(dá)性能測(cè)試中的應(yīng)用

摘要：本文以軍用工控機(jī)為平臺(tái)，采用通用和自行研制的專用PC虛擬儀器卡，構(gòu)成一個(gè)集成化的雷達(dá)性能測(cè)試儀器，完成雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率，接收機(jī)靈敏度等性能的測(cè)試，并給出了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試的軟件表達(dá)。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器卡 雷達(dá) 性能測(cè)試

雷達(dá)性能指標(biāo)是雷達(dá)是否處于最佳工作狀態(tài)的主要手段，它的標(biāo)準(zhǔn)如何將直接影響到雷達(dá)效能的發(fā)揮。為此，對(duì)雷達(dá)的主要性能指標(biāo)應(yīng)進(jìn)行必要的測(cè)試。

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

為適應(yīng)雷達(dá)裝備性能測(cè)試的需要，我們研制了雷達(dá)智能性能測(cè)試系統(tǒng)，它是在軍用工控機(jī)底板的ISA槽中插入萬用表卡、示波器卡、功率計(jì)卡、噪聲測(cè)量卡、微波信號(hào)源卡等PC虛擬儀器卡，由工控機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理，適時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、保存、處理，配以自動(dòng)測(cè)試軟件引導(dǎo)構(gòu)成的智能化雷達(dá)性能測(cè)試儀器。

這樣，一臺(tái)儀器代替多種儀器，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)性能指標(biāo)的綜合測(cè)試。并且在測(cè)試精度、測(cè)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(jī)平臺(tái)的雷達(dá)性能測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)備組成框圖。

軍用工控機(jī)

圖2a為工控機(jī)的側(cè)視圖（內(nèi)部已插入通用和專用虛擬儀器卡），機(jī)殼由超強(qiáng)鈦鋁合金組成，采用賽揚(yáng)466處理器，64M內(nèi)存，1個(gè)3.5“軟驅(qū)和1個(gè)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(dá)性能測(cè)試儀器的主控計(jì)算機(jī)，用來管理整個(gè)系統(tǒng)，并且對(duì)各個(gè)虛擬儀器卡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，完成各個(gè)性能指標(biāo)的測(cè)試。

多用表卡

型號(hào)：DMM-100；直流、交流電壓量程：400mV、4V、40V、400V；分辨率0.1mV；電阻測(cè)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(shí)現(xiàn)與工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

示波器卡

型號(hào)：Scope Card 220；2個(gè)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(hào)波形，并實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

微波信號(hào)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(cè)試要求的微波信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

功率計(jì)卡（自行研制）

功率基準(zhǔn)顯示精度1mw±1%；功率探頭測(cè)量范圍：GX2B-T2功率探頭，100μw～50mw；小功率測(cè)量精度±5%。它的功能主要是在程序的控制下，通過測(cè)試衰減后的小功率信號(hào)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成雷達(dá)發(fā)射機(jī)的實(shí)際功率，并實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

噪聲測(cè)量卡（自動(dòng)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(duì)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(cè)試接收機(jī)的噪聲系數(shù)，并實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

雷達(dá)性能指標(biāo)測(cè)試方法

利用性能測(cè)試專家知識(shí)庫，由計(jì)算機(jī)控制操作引導(dǎo)界面，通過調(diào)用各種測(cè)試虛擬儀器卡，自動(dòng)完成對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率，接收機(jī)靈敏度（或噪聲系數(shù)）和動(dòng)態(tài)改善因子等主要性能指標(biāo)的測(cè)試。下面以接收機(jī)靈敏度測(cè)試為例說明測(cè)試方法。

靈敏度是接收機(jī)的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)，它表示接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力。接收機(jī)靈敏度通常以接收最小可辨輸入信號(hào)功率Pmin來表示，為使用方便，還常以最小可接收信號(hào)功率相對(duì)于某一標(biāo)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(jī)靈敏度在測(cè)量時(shí)有兩種定義。一是臨界靈敏度，接收機(jī)線性部分（包括混頻器、中頻放大器）輸出端達(dá)到信噪比1：1時(shí)，其輸入端所需的最小信號(hào)功率Pmin。二是實(shí)際靈敏度，接收機(jī)輸出達(dá)到距離顯示器正常工作的最小信噪比時(shí)，其輸入端所需的最小信號(hào)功率Pmin。對(duì)某種雷達(dá)接收機(jī)靈敏度測(cè)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(dá)的工廠驗(yàn)收技術(shù)條件所決定。

雷達(dá)接收機(jī)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(jí)，這樣微弱的微波信號(hào)，用功率計(jì)測(cè)量是十分困難的。因此，在工程上接收機(jī)靈敏度的測(cè)量不是直接測(cè)量接收機(jī)輸入端的最小可辨功率，而是采用一已知的標(biāo)準(zhǔn)功率源，經(jīng)過精密衰減器加到接收機(jī)輸入端，在保證輸出端信噪比為某定值（如1：1）時(shí)，此標(biāo)準(zhǔn)功率（1mw）被衰減的分貝數(shù)A，作為此接收機(jī)靈敏度-A（dB/mw）。

接收機(jī)靈敏度測(cè)試方框圖如圖3所示。工控機(jī)自動(dòng)實(shí)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(jī)靈敏度測(cè)試。

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

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

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

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

*求和計(jì)算靈敏度：A=衰減器衰減值dA+測(cè)試電纜衰減dL+饋線損耗dT-Dm。

實(shí)現(xiàn)性能測(cè)試的軟件表達(dá)

雷達(dá)性能測(cè)試靠測(cè)試引導(dǎo)軟件來實(shí)現(xiàn)。圖4為實(shí)現(xiàn)各種性能測(cè)試引導(dǎo)軟件的程序流種圖。整個(gè)程序?yàn)橛脩籼峁┝艘粋€(gè)集成化的測(cè)試環(huán)境和測(cè)試界面，測(cè)試者只需按測(cè)試界面的引導(dǎo)，就可自動(dòng)完成雷達(dá)性能指標(biāo)的測(cè)試。

在軟件設(shè)計(jì)中，被測(cè)雷達(dá)、測(cè)試項(xiàng)目、被測(cè)雷達(dá)的各種性能指標(biāo)測(cè)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(cè)雷達(dá)，選取所測(cè)試的雷達(dá)，出現(xiàn)該雷達(dá)要測(cè)試的項(xiàng)目，選擇測(cè)試項(xiàng)目，進(jìn)入測(cè)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(cè)試要求把性能測(cè)試儀器連接到被測(cè)雷達(dá)上，完成之后，根據(jù)測(cè)試需要，同樣以文字、視頻、圖片等多媒體信息引導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)，測(cè)試儀器接電等，進(jìn)行預(yù)熱。然后根據(jù)測(cè)試項(xiàng)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(duì)虛擬儀器進(jìn)行操作，在操作虛擬儀器過程中，根據(jù)不同的被測(cè)性能指標(biāo)要求對(duì)需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、讀寫和計(jì)算，并顯示測(cè)試結(jié)果。最后根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)雷達(dá)的性能作出評(píng)估，給出專家意見。在程序設(shè)計(jì)中，由于運(yùn)用了大量的數(shù)據(jù)庫，因此增加了該儀器的可擴(kuò)充性、修改性和開發(fā)性，為軟件的升級(jí)和擴(kuò)充提供了很大的方便。

結(jié)束語

以軍用工控機(jī)為平臺(tái)，結(jié)合PC虛擬儀器卡研制的雷達(dá)性能測(cè)試儀器，均采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、處理、顯示，保證了系統(tǒng)的高可靠性，提高了測(cè)試速度和精確性。實(shí)踐證明，PC虛擬儀器卡在雷達(dá)性能測(cè)試儀器中的應(yīng)用，在克服現(xiàn)有的雷達(dá)測(cè)試儀器缺點(diǎn)的同時(shí)，將高科技含量的現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)融與一體，強(qiáng)化了測(cè)試功能，優(yōu)化了人機(jī)界面，創(chuàng)造了可觀的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益，使雷達(dá)性能測(cè)試工作升了一個(gè)新水平，為自動(dòng)化程序低且功能單一的分離式雷達(dá)測(cè)試儀器的更新?lián)Q代開辟了新的技術(shù)途徑。