发明内容
本发明的任务是针对现有技术存在的不足之处,提供一种雷达性能状态评估、判断方便,测试结果直观,能够确保雷达随时保持良好状态的自动测试方法。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到:一种脉冲测量雷达主要性能指标的自动测试方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)将与雷达接收机相连的雷达信号处理机和雷达目标模拟器通过通信网络交换机与雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器、雷达终端显控计算机和雷达数据处理计算机相连,组成在雷达终端显控计算机统一控制下的自动测试系统;
(2)雷达目标模拟器根据雷达数据处理计算机操作选定的模拟目标特性,产生三路具有不同幅度和相位的高频信号,经雷达雷达接收机的高频接收机、中频接收机放大、滤波处理和雷达信号处理机中频采样、回波信号处理、角误差提取、距离误差提取、自动增益控制AGC(Auto-Gain-Control)回路闭合、恒虚警处理,实现对接收机幅相一致性、接收机带宽、接收机动态范围主要性能指标的自动化测试,测试结果以数据形式送雷达数据处理计算机显示输出,以文件形式集中存储于雷达数据处理计算机中;
(3)根据测试项目的不同,雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器分别按照预先设定的程序控制雷达天线在方位和俯仰两个方向上进行运动,运动过程中由雷达数据处理计算机实时记录雷达天线的方位和俯仰角度数据,待运动周期结束后自动进行数据处理,以曲线和数据两种方式实时给出伺服方位/伺服俯仰最大跟踪速度、伺服方位/伺服俯仰最大跟踪加速度、伺服阶跃响应特性、伺服带宽的测试结果,并以文件形式存储于雷达数据处理计算机中。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
(1)本发明在不增加独立设备的基础上,采用雷达目标模拟器和专门的测试程序,实现对雷达的接收机幅相一致性、接收机带宽、接收机动态范围、伺服方位/伺服俯仰最大跟踪速度、伺服方位/伺服俯仰最大跟踪加速度、伺服跃阶相应特性、伺服带宽等主要性能指标的自动化测试功能,存储测试结果,记录各阶段的雷达性能情况,以直观的形式给出性能指标的测试结果,大大方便了对雷达性能状态的评估和判断,为确保雷达随时保持良好状态和可用性提供了随时掌握的方便性。
在雷达相关分机的设计过程中就考虑性能指标的自动化测试设计,统筹考虑正常工作和性能指标的自动化测试以及故障状态的自动化检测三者之间的关系,在保证雷达正常工作的前提下只需增加少许的测试设计即可实现性能指标的自动化测试功能,雷达接收机、雷达信号处理机甚至不需额外增加专门的测试设计,其测试工作与正常工作没有区别,从系统角度而言,正常工作和测试的区别只在于正常工作时雷达接收机和雷达信号处理机是对真实的目标信息进行处理,而测试状态下是对由雷达目标模拟器产生的模拟目标航路信息进行处理,很好地兼顾了正常工作和测试工作的一致性。
(2)性能指标的自动化测试过程中,只有相关分机参与工作,与其余分机的状态无关。如对接收机幅相一致性、接收机带宽、接收机动态范围等性能指标的自动化测试时,只需雷达终端显控计算机、雷达数据处理计算机、雷达目标模拟器、雷达接收机、雷达信号处理机、雷达伺服控制器(方位、俯仰)参与工作;而对伺服最大跟踪速度(方位、俯仰)、伺服最大跟踪加速度(方位、俯仰)、伺服阶跃响应特性、伺服带宽进行测试时,只需雷达终端显控计算机、雷达数据处理计算机、雷达伺服控制器(方位、俯仰)参与工作。
(3)所有测试命令由雷达终端显控计算机统一下达,测试结果由雷达数据处理计算机统一计算和显示测试结果,并将测试结果集中存储于雷达数据处理计算机中,雷达各分机职责清晰、操作方便、易于掌握。
本发明还可以延伸使用于多种跟踪雷达的性能指标的自动测试。
具体实施方式
参阅图1。脉冲测量雷达主要性能指标自动化测试,首先是将与雷达接收机相连的雷达信号处理机和雷达目标模拟器通过通信网络交换机与雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器、雷达终端显控计算机和雷达数据处理计算机相连,组成在雷达终端显控计算机统一控制下的自动测试系统。
在雷达终端显控计算机的统一控制下,雷达目标模拟器根据模拟的目标特性产生和、方位差、俯仰差三路具有不同幅度和相位的高频信号,经雷达接收机的高频接收机、中频接收机进行放大、滤波处理,雷达信号处理机中频采样、回波信号处理、角误差提取、距离误差提取、自动增益控制(Auto-Gain-Control,AGC)回路闭合、恒虚警处理等,实现对接收机幅相一致性、接收机带宽、接收机动态范围等性能指标的自动化测试,测试结果以数据形式送雷达数据处理计算机显示输出,同时测试结果也以文件形式存储于数据处理计算机中。
在雷达终端显控计算机的统一控制下,根据测试项目的不同,雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器按照预先设定的程序控制雷达天线分别在方位和俯仰两个方向上运动,运动过程中由雷达数据处理计算机实时录取雷达天线的方位和俯仰角度数据,待测试周期结束后自动进行数据处理,以曲线和数据方式给出伺服方位/伺服俯仰最大跟踪速度、伺服方位/伺服俯仰最大跟踪加速度、伺服阶跃响应特性、伺服带宽的测试结果,并以文件形式存储于雷达数据处理计算机中。
主要指标的自动测试包括:
(1)接收机幅相一致性测试
接收机的幅相一致性测试步骤如下:
1)雷达终端显控计算机同时向雷达目标模拟器、雷达信号处理机、雷达数据处理计算机发出“接收机幅相一致性测试”命令;
2)雷达目标模拟器收到命令后,响应输出和、方位差、俯仰差三路等幅、同相的9300MHz连续波信号,输出功率为-60dBm;
3)雷达信号处理机收到命令后,采用固定增益控制,对和、方位差、俯仰差三路信号分别进行中频采样、幅度量化、相位计算,并把上述三路信号的幅度值、相位值送到雷达数据处理计算机;
4)雷达数据处理计算机收到命令后,等待接收雷达信号处理机送来的三路信号的幅度、相位数据,收到数据后立即进行显示和存储,同时在显示界面上分别画出“时间-幅度”曲线和“时间-相位”曲线,直观显示接收机的幅度一致性和相位一致性情况。
(2)接收机带宽测试
接收机带宽测试的方法和步骤如下:
1)雷达终端显控计算机同时向雷达目标模拟器、雷达信号处理机、雷达数据处理计算机发出“接收机带宽测试”命令;
2)雷达目标模拟器收到命令后,响应输出和、方位差、俯仰差三路单频脉冲信号。模拟的距离为10km,频率在带宽附近渐变,步进为0.2MHz,输出功率使接收机接近饱和,每个频率点的驻留时间为20ms;
3)雷达信号处理机收到命令后,采用固定增益控制,分别对每个频率点的和、方位差、俯仰差三路信号进行中频采样、幅度量化,数值平均后把和路、方位差、俯仰差三路信号的“频率-幅度”数值送到雷达数据处理计算机;
4)雷达数据处理计算机收到命令后,等待接收雷达信号处理机送来的上述三路信号的“频率-幅度”值,收到数据后立即进行显示和存储,同时在显示界面上绘出“频率-幅度”曲线,直观显示接收机的带宽。
(3)接收机动态范围测试
接收机动态范围测试的方法和步骤如下:
1)雷达终端显控计算机同时向雷达目标模拟器、雷达信号处理机、雷达数据处理计算机发出“接收机动态范围测试”命令;
2)雷达目标模拟器收到命令后,响应输出和、方位差、俯仰差三路9300MHz单载频脉冲信号,输出功率由-80dBm~10dBm变化,步进为5dB;
3)雷达信号处理机收到命令后,采用自动增益控制,分别对每个输入功率幅度的和、方位差、俯仰差三路信号进行中频采样、幅度量化,并把上述三路信号的“输入幅度、输出幅度”数值送到雷达数据处理计算机;
4)雷达数据处理计算机收到命令后,等待接收雷达信号处理机送来的上述三路信号的“输入幅度-输出幅度”数值,收到数据后立即进行显示和存储,同时在显示界面上绘出“幅度”曲线,直观显示接收机的动态范围。
(4)最大跟踪速度测试
伺服方位最大跟踪速度的测试步骤为:
1)打开雷达天线方位驱动,操作雷达终端显控计算机,同时向雷达伺服方位控制器、雷达数据处理计算机发出“伺服方位最大跟踪速度测试”命令;
2)雷达伺服方位控制器收到命令后,逐渐增大输出驱动电压直到正的最大驱动电压,天线转速顺时针逐渐增大,最后转速稳定在顺时针最大转速,以顺时针最大转速稳定运转180°后,慢慢将天线转速降为零,然后继续向负的方向增大驱动电压,天线转速逆时针逐渐增大,最后转速稳定在逆时针最大转速,以逆时针最大转速稳定运转180°后,慢慢将天线转速降为零,天线停止运转,一个测试周期结束,同时向雷达终端显控计算机和雷达数据处理计算机发送一个测试周期结束标志;
3)雷达数据处理计算机收到命令后,实时接收并记录雷达天线的方位角度数值,同时,每一个角度数值都对应有时间数据,一个测试周期结束后,雷达数据处理计算机根据记录下的“时间-方位角度”数据,计算出雷达天线正、反转时的最大转速,取其中最大值为伺服方位最大跟踪速度。
伺服俯仰最大跟踪速度的测试步骤为:
1)打开雷达天线俯仰驱动,操作雷达终端显控计算机,同时向雷达伺服俯仰控制器、雷达数据处理计算机发出“伺服俯仰最大跟踪速度测试”命令;
2)雷达伺服俯仰控制器收到命令后,首先将俯仰角坐标调转到0°附近,然后逐渐增大输出电压,使俯仰天线在30°附近时转速达到最大,并保持最大转速直到天线俯仰角到达60°,然后减速到89°附近时天线停止,再反方向增大输出电压,天线在60°附近时反向转速达到最大,并保持最大转速直到雷达天线的角坐标到达30°,减速到0°附近时天线停止,一个测试周期结束后向雷达终端显控计算机和雷达数据处理计算机发送一个测试周期结束标志;
3)雷达数据处理计算机收到命令后,实时接收并记录雷达天线的俯仰角度数值,同时,每一个角度数值都对应有时间数据,一个测试周期结束后,雷达数据处理计算机根据记录下的“时间-方位角度”数据,计算出雷达天线俯、仰时的最大速度,取其中最大值为伺服俯仰最大跟踪速度。
(5)伺服最大跟踪加速度测试
伺服方位最大跟踪加速度的测试步骤为:
1)打开雷达天线方位驱动,操作雷达终端显控计算机,同时向雷达伺服方位控制器、雷达数据处理计算机发出“伺服方位最大跟踪加速度测试”命令;
2)雷达伺服方位控制器收到命令后,首先输出驱动电压零,天线停止运转,然后输出正向最大驱动电压,天线正加速运转到正的最大转速,稳定运转90°后,输出驱动电压零,天线减速直到停止。天线停止后,再输出反向最大驱动电压,天线负加速运转到负的最大转速,稳定运转90°后,输出驱动电压零,天线减速直到停止,一个测试周期结束,同时向雷达终端显控计算机和雷达数据处理计算机发送一个测试周期结束标志;在天线运转过程中,雷达系统的轴角编码器一直在实时地送出雷达天线的方位角度数值。
3)雷达数据处理计算机收到命令后,实时接收并记录雷达天线的方位角度数值,同时,每一个角度数值都对应有时间数据。一个测试周期结束后,雷达数据处理计算机根据记录下的“时间-方位角度”数据,即可计算出雷达天线正、反转时的最大加速度,取其中最大值,即为伺服方位最大跟踪加速度。
伺服俯仰最大跟踪加速度的测试步骤为:
1)打开雷达天线俯仰驱动,操作雷达终端显控计算机,同时向雷达伺服俯仰控制器、雷达数据处理计算机发出“伺服俯仰最大跟踪加速度测试”命令;
2)雷达伺服俯仰控制器收到命令后,首先将俯仰角调转到0°附近,然后输出正向最大驱动电压,到75°时输出驱动电压零,天线由于惯性在89°附近停止,天线停稳后,再输出负向最大驱动电压,天线在25°时输出驱动电压零,天线由于惯性在0°附近停止,一个测试周期结束,同时向雷达终端显控计算机和雷达数据处理计算机发送一个测试周期结束标志;在天线俯仰运转过程中,雷达系统的轴角编码器一直在实时地送出雷达天线的俯仰角度数值。
3)雷达数据处理计算机收到命令后,实时接收并记录雷达天线的俯仰角度数值,同时,每一个角度数值都对应有时间数据。一个测试周期结束后,雷达数据处理计算机根据记录下的“时间-俯仰角度”数据,即可计算出雷达天线俯、仰时的最大加速度,取其中最大值,即为伺服俯仰最大跟踪加速度。
(6)伺服阶跃响应测试
伺服阶跃响应的测试步骤为:
1)打开雷达天线方位驱动和俯仰驱动,将俯仰停留在0°附近,至少不能处于止档状态,方位偏离0°位置至少1°以上,雷达距离置于5km。
2)操作雷达终端显控计算机,同时向雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器、雷达数据处理计算机发出“伺服阶跃响应测试”命令,
3)雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器收到命令后,首先将雷达天线的当前位置偏差+0.5°作为终点位置,并将“+0.5°”的位置偏差等效为雷达信号处理机送来的跟踪误差数据,雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器随即进入跟踪处理程序进行误差跟踪,跟踪过程中实时计算位置偏差并将实时位置偏差等效为雷达信号处理机送来的跟踪误差数据,跟踪过程中该位置偏差将会逐步减小并趋近于0,天线将停留在终点位置不动,稳定2秒后正向偏差位置跟踪过程结束,输出的方位、俯仰驱动电压为0;然后将雷达天线的当前位置偏差-0.5°作为终点位置,并将“-0.5°”的位置偏差等效为雷达信号处理机送来的跟踪误差数据,雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器随即进入跟踪处理程序进行误差跟踪,跟踪过程中实时计算位置偏差并将实时位置偏差等效为雷达信号处理机送来的跟踪误差数据,跟踪过程中该位置偏差将会逐步减小并趋近于0,天线将停留在终点位置不动,稳定2秒后负向偏差位置跟踪过程结束,输出的方位、俯仰驱动电压为0。一个测试周期结束。
4)雷达数据处理计算机接收到命令后,实时地接收并记录雷达天线的俯仰角度数值,同时,每一个角度数值都对应有时间数据。一个测试周期结束后,雷达数据处理计算机根据记录下的“时间-方位”、“时间-俯仰”角度数据,即可绘制如图2所示的曲线,并按照公式(1)计算上升时间、调节时间、超调量、振荡次数等阶跃响应参数。
当正向偏离时,伺服角坐标数据的响应曲线如图2所示。
图2中:
β0为起始角坐标位置;
β∞为稳态角坐标位置;
βmax为输出量超出稳态值的最大偏离角度值;
tr为上升时间,表示输出量从基准位置起第一次上升到稳态值β∞所经过的时间;
ts为调节时间,表示输出量从基准位置起阶跃变化到不再超过稳态值的±5%的时刻,即稳态值的±5%为允许的误差带;
t1为tr时间的10%时刻;
t2为tr时间的90%时刻。
根据图2中的曲线即可计算出阶跃响应的参数:
上升时间:tr,根据图2,取天线到达稳态角坐标位置β∞的时刻
调节时间:ts,根据图2,取天线角度震荡不再超过稳态值的±5%的时刻
超调量:σ=(βmax-β∞)/β∞×100% (1)
振荡次数:从起始时间到ts之间输出量经过稳态值β∞的次数的一半。
(6)伺服带宽测试
伺服带宽测试的方法和步骤与伺服阶跃响应的测试方法和步骤相同,具体如下:
1)打开雷达天线方位驱动和俯仰驱动,将俯仰停留在0°附近,至少不能处于止档状态,方位偏离0°位置至少1°以上,雷达距离置于5km。
2)操作雷达终端显控计算机,同时向雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器、雷达数据处理计算机发出“伺服带宽测试”命令,
3)雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器收到命令后,首先将雷达天线的当前位置偏差+0.5°作为终点位置,并将“+0.5°”的位置偏差等效为雷达信号处理机送来的跟踪误差数据,雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器随即进入跟踪处理程序进行误差跟踪,跟踪过程中实时计算位置偏差并将实时位置偏差等效为雷达信号处理机送来的跟踪误差数据,跟踪过程中该位置偏差将会逐步减小并趋近于0,天线将停留在终点位置不动,稳定2秒后正向偏差位置跟踪过程结束,输出的方位、俯仰驱动电压为0;然后将雷达天线的当前位置偏差-0.5°作为终点位置,并将“-0.5°”的位置偏差等效为雷达信号处理机送来的跟踪误差数据,雷达伺服方位控制器、雷达伺服俯仰控制器随即进入跟踪处理程序进行误差跟踪,跟踪过程中实时计算位置偏差并将实时位置偏差等效为雷达信号处理机送来的跟踪误差数据,跟踪过程中该位置偏差将会逐步减小并趋近于0,天线将停留在终点位置不动,稳定2秒后负向偏差位置跟踪过程结束,输出的方位、俯仰驱动电压为0。一个测试周期结束。
4)雷达数据处理计算机接收到命令后,实时地接收并记录雷达天线的俯仰角度数值,同时,每一个角度数值都对应有时间数据。一个测试周期结束后,雷达数据处理计算机根据记录下的“时间-方位角度”、“时间-俯仰角度”数据,即可绘制如图2所示的曲线,并按照公式(2)计算伺服带宽。
伺服带宽:B=0.4/(t2-t1) (2)
式中:t1为上升时间tr时间的10%时刻,t2为tr上升时间的90%时刻。