基于PCI總線的無(wú)線電高度表測(cè)試系統(tǒng)

　　0引言

　　為了適應(yīng)高科技條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)，不僅要不斷地提高戰(zhàn)斗機(jī)的性能，而且對(duì)相應(yīng)檢測(cè)設(shè)備也提出了更高要求。先進(jìn)測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用是戰(zhàn)斗機(jī)維護(hù)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(shè)計(jì)的檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)高低對(duì)高度表的日常維護(hù)、檢測(cè)起了決定性的作用。

　　本文對(duì)高度表的組成和工作原理進(jìn)行分析，確定被測(cè)試項(xiàng)目。重點(diǎn)對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行分析，采用并行的開發(fā)模式。選擇適合的工控機(jī)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)理電路。軟件用LabWindows/CVI語(yǔ)言，完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等開發(fā)。

　　1 高度表概述

　　本文所研究的無(wú)線電高度表(以下簡(jiǎn)稱高度表)作為某型導(dǎo)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導(dǎo)彈飛行高度的準(zhǔn)確性和戰(zhàn)術(shù)發(fā)揮。在導(dǎo)彈飛行過(guò)程中，它實(shí)時(shí)測(cè)量導(dǎo)彈相對(duì)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(hào)送給綜合控制計(jì)算機(jī)，以協(xié)助控制導(dǎo)彈在預(yù)定的高度上穩(wěn)定飛行。

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

　　式中：fb——差拍頻率(Hz);

　　△F——調(diào)頻帶寬(MHz);

　　C——電磁波傳播速度(3×1O8 m/s);

　　Tm——鋸齒波調(diào)制周期(μs);

　　H——被測(cè)高度(m)。

　　對(duì)于確定的高度表，Tm與H成正比。當(dāng)保持高度脈沖信號(hào)與調(diào)制周期Tm同步時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)高度測(cè)量。

　　2 測(cè)試需求

　　高度表本質(zhì)上屬于近程無(wú)線電探測(cè)系統(tǒng)，為判斷這類系統(tǒng)工作狀態(tài)與性能，通常對(duì)其高頻輻射信號(hào)和信號(hào)處理電路輸出的控制信號(hào)或狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，檢查其是否滿足輻射設(shè)計(jì)指標(biāo)要求、工作時(shí)序與工作狀態(tài)要求。對(duì)該型高度表，需要檢查輻射信號(hào)頻率、帶寬、功率和整機(jī)靈敏度;檢查搜索/跟蹤狀態(tài);檢查工作狀態(tài)是否滿足要求;檢查給定高度時(shí)，高度表輸出控制信號(hào)的正確性;還要監(jiān)測(cè)整機(jī)工作電流。高度表工作是否正常、性能是否滿足探測(cè)、跟蹤與測(cè)距精度要求。

　　3 整體設(shè)計(jì)思路

　　本檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則，以使系統(tǒng)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(hù)方便，并具有一定動(dòng)態(tài)適應(yīng)性。從功能上講，要它能夠順利完成高度表的自動(dòng)測(cè)試任務(wù)，具有連續(xù)自動(dòng)測(cè)試、單步測(cè)試、自檢、測(cè)試結(jié)果儲(chǔ)存打印顯示等功能。

　　根據(jù)該系統(tǒng)的使命任務(wù)要求，“無(wú)線電高度表測(cè)試系統(tǒng)”由工控機(jī)、功能模板、適配器、程控高度模擬器和測(cè)試與管理軟件5個(gè)子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及子系統(tǒng)間控制與信息相互關(guān)系如圖l所示。

　　圖1 測(cè)試設(shè)備原理框圖

　　3.1 系統(tǒng)所涉及的各個(gè)子硬件功能介紹

　　3.1.1 工控機(jī)

　　工控機(jī)是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)操作、測(cè)控程序、管理程序的基本平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)運(yùn)行與管理。它提供測(cè)試功能模板所需的PCI總線，該總線也作為測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)控總線。鑒于測(cè)試系統(tǒng)使用中溫度、力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性和可靠性要求較高，擬選用西門子公司的工控機(jī)產(chǎn)品作為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)控中心。

　　3.1.2 功能模板

　　功能模板是根據(jù)被測(cè)試信號(hào)種類和測(cè)試精度選購(gòu)的。在高度表測(cè)試中，需要的功能模板主要有數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字I/O卡、計(jì)數(shù)卡和繼電器矩陣卡。這些功能模板均選用PCI總線結(jié)構(gòu)，以便裝載在工控機(jī)內(nèi)。

　　3.1.3 適配器

　　適配器的作用是對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、分類，使得測(cè)試資源與被測(cè)信號(hào)適配，在模擬被測(cè)對(duì)象和數(shù)字測(cè)試資源之間建立一個(gè)測(cè)試接口。主要由分壓轉(zhuǎn)換、光隔離、開關(guān)控制組合、衰減控制組合、電源模塊等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 適配器結(jié)構(gòu)原理

　　分壓與轉(zhuǎn)換模塊主要完成模擬電壓信號(hào)調(diào)理和分類，使得較大幅值電壓信號(hào)按比例調(diào)整到數(shù)據(jù)采集卡測(cè)試范圍內(nèi)，并將同類模擬信號(hào)集中送至繼電器矩陣，以便測(cè)試選擇。

　　光隔離模塊主要對(duì)Pc、Pn信號(hào)進(jìn)行隔離與電平轉(zhuǎn)換處理，以適應(yīng)計(jì)數(shù)卡輸入計(jì)數(shù)信號(hào)電平需要。同時(shí)，對(duì)微波開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行隔離，以減小微波信號(hào)干擾。

　　因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/微波開關(guān)">微波開關(guān)數(shù)量較多，設(shè)計(jì)開關(guān)邏輯組合，用四位信號(hào)控制16路開關(guān)。

　　衰減控制信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制D/A器件產(chǎn)生，視具體電控衰減其型號(hào)確定。

　　電源模塊為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)和高度表提供測(cè)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(hào)在目標(biāo)與接收天線之間往返路徑產(chǎn)生的參數(shù)變化而設(shè)計(jì)，完成射頻信號(hào)經(jīng)由的自由空間狀態(tài)模擬，即模擬導(dǎo)彈的飛行高度。程控高度模擬器為高度表測(cè)試提供測(cè)試高度要求的電磁波衰減與延遲特性，從而提供閉環(huán)測(cè)試條件。程控高度模擬器主要由微波開關(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(jié)構(gòu)原理

　　延遲組件采用聲體波延遲技術(shù)制作，由電(聲)轉(zhuǎn)換薄膜換能器、傳播聲波晶體、匹配網(wǎng)絡(luò)(或?yàn)V波器)三部分組成。根據(jù)測(cè)試要求，需要模擬7個(gè)不同的導(dǎo)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(jù)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(yīng)該滿足式(2)：