捷变频雷达

捷变频雷达射频环境仿真技术

1捷变频雷达信号特徵

捷变频雷达的特点是发射脉冲的载频在一个很大的範围内以很高的速度随机跳变, 相参体制的捷变频雷达大都採用电调谐方法, 跳频规律可以做到伪随机跳变, 发射频率的机率分布在捷变频频宽内是均匀分布的。 非相参体制的捷变频雷达中多採用旋转调谐磁控管振荡器, 磁控管以正弦规律进行旋转调谐。

对捷变频雷达信号的模拟一般有 4 种途径:( 1)频率综合器方案;( 2)引出本振方案;( 3)瞬时测频 +频率引导方案;( 4)射频延迟线方案。 频率综合器方案只适用于相参体制的捷变频雷达, 对目前广泛套用的非相参体制的雷达无效。 引出本振方案是将本振频率附加到中频以后变为雷达发射信号频率, 仿真效果与雷达本身的频率跟蹤精度有关, 若雷达本身的频率跟蹤精度不高, 则仿真效果不好, 因此, 该方案在工程上很少被採用。 瞬时测频加频率引导方案仅适用于非相参体制的雷达, 目前在捷变频雷达信号仿真中被广泛套用, 但对相参体制的雷达无效。 射频延迟线方案既适用于相参体制的雷达, 又适用于非相参体制的雷达。

2 基于瞬时测频方案的射频环境仿真及其关键技术

该方案採用瞬时测频技术测量雷达发射机的工作频率, 再由频率引导电路将仿真模拟器内振荡器的工作频率引导到雷达发射机的工作频率上去, 保证仿真模拟器输出模拟信号的工作频率始终与雷达发射机的工作频率一致。 基于瞬时测频技术的仿真模拟器中某捷变频雷达 VCO 是模拟器的射频振荡源, 在频率引导状态下, 由瞬时测频电路测量雷达的工作频率, 输出频率码到频率引导电路, 由频率引导电路控制 VCO 的工作频率使其振荡在雷达的工作频率上, 保证模拟器的工作频率与雷达的工作相同。功率控制电路控制模拟器输出功率电平的大小, 模拟雷达目标 RCS 的变化。 调製与延时控制电路控制仿真模拟器输出信号的调製参数的变化, 模拟目标距离等信息的变化。

对捷变频雷达信号的仿真的关键是输出信号的频率精度 , 频率複製精度取决于瞬时测频电路的测频精度 、 频率引导电路的频率引导精度以及振荡器本身的频率漂移 。 目前不论採用数字鑒频器测频 还是採用 驻波测 频技术都 可以使 测频精度 做到0. 5M H z 以下 , 完全可以满足对非相参捷变频雷达信号仿真模拟的要求 。 频率引导误差和振荡器的温漂将是影响频率複製精度的关键因素 , 解决的方法是採用频率边跟蹤边校準的技术措施 , 即在频率跟蹤过程中 , 利用脉冲间隔时间对频率引导电路进行自动校準, 这样不但可以消除由于电源电压等因素的变化造成的频率引导电路的引导误差 , 而且还可以消除 V CO 振荡器的温度漂移对频率複製精度的影响 。

3 基于射频延迟线方案的射频环境仿真及其关键技术

射频延迟线有模拟延迟线和数字延迟线两种 , 模拟延迟线是由换能器将射频信号转换为其他形式的信号 , 经过延迟后再由换能器转换为射频信号的能量 。 由于雷达信号的频率较高 ,不宜直接进行能量转换 , 一般採用下变频器降低频率 , 经过延迟和能量转换后再由上变频器转换为雷达的工作频率 。 模拟延迟线的优点是频率精度高 , 可以模拟仿真出雷达信号的脉内特徵 。缺点包括 : ( 1)延迟时间无法连续变化 , 不能模拟目标的连续运动 。 延迟线的延迟时间较短 , 一般为几个微秒 , 而雷达信号的仿真一般要求延迟时间为几十甚至几百微秒 , 靠一次延迟无法满足要求 , 必须进行多次循环延迟 , 这样就使得延迟时间以一次延迟时间为步长步进式变化 , 无法模拟距离上的连续变化 。( 2)延迟线损耗太大 , 被延迟信号的失真较大 , 影响仿真效果 。

数字延迟线是採用数字射频存储 ( D RFM)技术 , 将雷达发射信号的频率和相位信息进行储存 、 延迟后再发射出去 。 该方法的优点是延迟时间长 , 使用 、 控制方便 、 灵活 , 缺点是被複製信号的频谱纯度较差 , 寄生电平较高 。对模拟延迟线来讲 , 关键技术就是发展延迟时间连续可调 、 低损耗 、 宽频带和长延迟时间的高性能射频延迟线 , 声光连续可变延迟线 ( AO CVD L) 可以做到延迟时间连续可调 ,且损耗较低 , 但频带太窄 , 只能用于固定频率雷达信号的仿真 , 不能用于捷变频雷达信号的仿真 。 数字射频延迟线方案的关键技术就是发展高性能的数字射频储存技术 。

通用软体平台技术

通用性是当今自动化测试系统 ( A T S)的主要发展方向 ,A T S 的通用性包括硬体平台的通用性和软体平台的通用性 ,本文重点讨论软体平台的通用性问题即测试程式集 (T PS)的可移植性 、 T PS 与硬体平台的无关性等内容 。

1 通用软体平台的基本属性

软体设计执行 V ISA 标準 , 在软体平台定义的基础性构件的基础上 , 按照规定的软体结构设计的完成的 T PS 可以实现A T S 之间的可移植性及 T PS 与硬体平台的无关性 , 软体平台的核心由若干个动态程式库 ( D LL)及一个 A T S 管理程式组成 , 软体平台核心主要具有以下属性 :软体的适应性 , 仪器可更换 ( IV I), 开放性 ;信号转接通道设计的无关性 , 与系统计量数据的无关性 , T PS 与测试项目特徵参数的无关性 , T PS与测试结果数据记录格式的无关 , 故障诊断方法的无关 , 对仪器运行状态的自动管理功能 。 以上属性定义由构成系统核心的动态程式库以及规定的软体结构完成 , T PS 直接调用这些D L L 导出的函式就可继承这些属性 。

2 软体平台总体结构

A T S 逻辑结构模型包括资源控制模型 、 信号转换通道控制模型 、 信号校正模型 、 测试项目数据模板等几个部分 。 资源控制模型对仪器资源的汇流排形式 、 仪器类别地址 、 逻辑仪器与物理仪器的映射关係 、 物理仪器与物理驱动程式的对应关係等进行了描述 , 系统核心在该模型的基础上实现了 IV I 特性 ;信号转换通道控制模型描述了构成信号转换通道的控制模组及其间的电器连线关係及信号连线埠间的互连属性 , 藉助于该模型可以实现 T P S 与信号转换通道设计的无关性 ;测试项目数据模板定义了 U U T 所有测试项目的参数特徵 , 测试项目数据模板资料库的建立及其处理程式的设计提高了 T PS 的可维护性和可操作性 ;核心设计有故障诊断功能函式 , 在 U U T 故障诊断字典的基础上 , 可以根据U U T 的测试结果资料库形成故障诊断及故障定位报告 。

3 平台核心软体组成

平台核心由 A T ESy stem 、 ChanM anag e 、 Da taM anag e 、Diagnoser 、 D M M [ 3] 等组成 , 其中 A T E Sy stem 主要完成 T PS的系统无关性及系统集成 , 其主要功能为 :系统资源控制模型管理 ;仪器运行状态的实时监测 ;仪器运行模式管理 ;类驱动程式及物理驱动程式 D LL 模组句柄管理 ;逻辑仪器到物理仪器映射及对物理驱动程式导出函式的动态调用 ;类驱动函式到物理仪器驱动函式映射 ;类驱动程式及物理驱动程式注册等 。ChanM anag e 主要完成对信号转接通道的注册及自动管理功能 , 主要包括系统信号连线埠及连线埠属性注册 、 信号转换通道控制模型管理 、 信号转换通道的自动管理等 。 DataM anage 主要实现测试项目模板处理 , 测试结果快取 、 显示 、 列印 , 测试结果档案管理及列印表格的自动生成 , 信号校正模型处理及被测信号 、 激励信号校正 。 Diag no se r 实现故障诊断功能 , DM M提供共享数据软体接口 。

4 仪器可互换性

採用动态程式库的动态载入技术和显示连结技术可以实现平台仪器的可互换属性 , 软体平台中类驱动程式与物理仪器驱动程式都是 DL L , T PS 与类仪器驱动程式的连结为隐含连结方式 , 而类仪器驱动程式对物理仪器驱动程式导出函式的调用方式为显式连结 。 类驱动程式及物理驱动程式以注册的方式记录在资源控制器模型中 , 实现了核心仪器可更换特性的开放性 。类驱动程式及物理驱动程式导出的函式分为公共函式和功能函式两类 , 其中公共函式为各类仪器所共有的 , 如仪器初始化 、 关闭等 , 功能函式是与各类仪器有关的 。

5 软体平台研製过程中的关键技术

A T S 通用性设计的关键是要制定一套广泛的标準 , 来规範整个系统的设计 , 从而实现整个系统的通用性 , 但目前还没有一套完整的标準适用于 A T S 系统的设计 , 近几年来发展起来的 IV I 标準为 T PS 仪器的可更换的实现提供了可行的技术途径 , 但该标準目前少数几类测试仪器的驱动程式设计工作 ,还不能包含目前 A T S 中使用的所有仪器 。 在缺乏相关标準的前提下 , 构建 A T S 系统模型 , 建立系统测试软体的设计平台 ,为测试软体的设计提供标準的基础性软体构件 , 是实现 T PS可移植性及软硬体无关性的可行方案 。

故障自动诊断技术

对雷达自动测试的目的就是检测雷达性能和技术指标是否正常 , 并根据检测结果对雷达进行故障定位 。 故障自动诊断技术是自动化测试技术的关键技术之一 , 故障诊断的方法可以分为基于模型的方法 、 基于知识的方法和基于信号处理的方法三类。

1 基于模型的故障诊断的方法

首先建立被测对象的模型 , 通过将被测对象的可测信息与由模型表达的先验信息进行比较 , 并对产生的残差进行分析和处理 , 来实现故障诊断 。 根据残差产生的形式不同 , 分为状态估计法 、 参数辨识法和等价空间法 。状态估计法是利用被测对象的解析模型和可测信息设计检测滤波器 , 重建被测对象的某一可测变数 , 对系统的状态进行评估并构成残差序列 , 通过对残差序列的统计检验检测出其中的故障并作进一步的分离 、 估计和决策 。 参数辨识法是利用被测对象的系统参数和故障参数进行故障诊断的方法 , 分为基于系统参数辨识的诊断方法和基于故障参数辨识的诊断方法 。 等价空间法是通过系统输入输出的实际值 , 检测对象数学关係的等价性实现故障检测和故障分离的方法 。

2 基于知识的故障诊断的方法

基于解析方法的故障诊断方法需要已知被测对象的精确数学模型 , 在有些系统中精确数学模型是很难得到的 , 而基于知识的诊断方法不需要已知对象的数学模型 , 该方法分为基于症状的方法和基于定性模型的方法 。基于症状的方法包括神经网路法 、 模糊推理法 、 模式识别法 、 故障树和专家系统法等 。 在神经网路方法中套用最多的是基于 BP 算法的多层感知器神经网路理论 , 神经网路故障诊断方法具有从样本进行学习 、 归纳 、 推广和很强的自适应能力 , 但它需要较多的训练样本用于神经网路学习才能使网路收敛 , 得出稳定的诊断结果 。

3 基于信号处理的故障诊断的方法

利用信号模型直接分析可测信号 , 提取方差 、 幅值和频率等特徵值用于故障检测, 有基于小波变换的方法、 基于信息融合的方法、 基于自适应滤波器方法、 基于 Kullback 信息準则方法等 ,给予小波变换的方法不需要对象的数学模型 , 且对输入信号的要求低, 计算量不大是一种很有前途的故障诊断的方法 。

4 故障自动诊断的关键技术

故障诊断技术虽然在理论上取得很大的进步 , 但还存在很多需要解决的关键技术问题 , 主要包括 : ( 1 )故障诊断的鲁棒性问题 , 即对被测对象的故障具有很高的敏感性的同时 , 具有对噪声 、 干扰和建模误差的不敏感性 。( 2 )找到合适的合理的诊断方法 , 设计合理的诊断软体提高故障的诊断速度 , 进行故障的实时诊断 。 ( 3 )设计先进的诊断技术 , 建立完备的诊断系统知识库 , 实现相对的自主诊断 。 ( 4 )採用多故障假设模型 ,实现多故障耦合的诊断 , 解决多故障之间的耦合问题 。