CN105141381A - 一种电子装备接收机噪声系数测试装置与测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子装备接收机噪声系数测试装置，包括微弱信号调理与自适应中频选择模块、视频信号变换与数字化模块、中心控制模块和噪声源控制模块，其特征在于：微弱信号调理与自适应中频选择模块包括射随器(1)、第一单片放大器(2)、数控衰减器(3)、第二单片放大器(4)、输入数控中频开关(5)、第一中频滤波器(6)、第二中频滤波器(7)、第三中频滤波器(8)、第四中频滤波器(9)和输出数控中频开关(10)；本发明实现了多型号电子装备接收机噪声系数的自动检测，同时具备一定的通用性和可扩展性。

Description

一种电子装备接收机噪声系数测试装置与测试方法

技术领域

本发明属于电子装备测试技术与自动化装置领域，涉及雷达、指控、无人机等电子装备性能指标测试和状态判断，尤其涉及一种电子装备接收机噪声系数测试装置与测试方法。

背景技术

电子装备接收机是雷达、导弹、无人机和指挥控制系统等电子装备重要分系统，其主要实现微弱信号的功率放大和频率选择功能，衡量其性能优劣的主要指标之一为噪声系数。通常选择噪声系数测试仪完成该指标的测量，其存在价格昂贵、操作复杂、便携性能差等问题；而基层部队的电子装备量大、布置分散、野战特性要求高，对电子装备接收机的保障存在较为突出的矛盾。考虑以上因素，为解决电子装备接收机噪声系数测试的便捷性、复杂性和野战适应性，有必要开发一种能够适用于多种电子装备的电子装备接收机噪声系数检测方法和装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以对多型电子装备接收机噪声系数进行测试的方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电子装备接收机噪声系数测试装置，包括微弱信号调理与自适应中频选择模块、视频信号变换与数字化模块、中心控制模块和噪声源控制模块，其特征在于：

微弱信号调理与自适应中频选择模块包括射随器、第一单片放大器、数控衰减器、第二单片放大器、输入数控中频开关、第一中频滤波器、第二中频滤波器、第三中频滤波器、第四中频滤波器和输出数控中频开关；

其中：射随器接收电子装备接收机输出的中频信号，经射随后送给第一单片放大器进行功率放大，放大后的信号送入数控衰减器，并根据中心控制模块送入的数控信号选择衰减量，同时经数控衰减器调理后的信号送入第二单片放大器进行20dB的功率放大；输入数控中频开关用于输入中频滤波器的选择，从而控制信号流向；

第一中频滤波器、第二中频滤波器、第三中频滤波器和第四中频滤波器分别匹配四个中频电子装备接收机，其中心频率和选频带宽和相应电子装备接收机的中频和带宽一致；

输出数控中频开关选择不同中频滤波器的输出，与输入数控中频开关配合设置信号通过需要的中频滤波器，从而实现中频选择与电子装备接收机中频的匹配；

视频信号变换与数字化模块包括倍压包络检波模块、视频信号放大器和串行采样模块，用实现中频信号的包络检波、视频信号功率放大和模拟信号数字化；

倍压包络检波模块采用双检波二极管加积分电容的模式实现中频信号包络的提取，视频信号放大器采用同相放大实现检出包络的电平变换；串行采样模块通过采样率大于1.2MHz的串行模/数变换芯片实现视频信号放大器输出信号的数字化；

中心控制模块包括匹配数据处理模块、微处理器、选择控制单元、数据库生成模块和状态控制模块，用于完成测试过程的逻辑控制、数据处理和软件实现；其中，微处理器完成应用程序的运行，指令生成和数据处理；数据库生成模块存储电平与功率强度匹配数据表，用于匹配数据处理模块应用程序中功率电平匹配，配合微处理器中的应用程序实现电子装备接收机输出中频功率的高精度自动测量；选择控制单元接收微处理器的指令，从而产生数控衰减器衰减量控制信号并产生输入数控中频开关和输出数控中频开关的通道选择控制信号，从而实现功率测量动态范围的扩展和滤波器通道的选择；状态控制模块生成噪声源冷热态状态控制电平；

噪声源控制模块包括开关三极管、电源模块和场效应管放大器；开关三极管接收中心控制模块中状态控制模块输出的控制信号，依据控制信号实现三极管通断，为场效应管放大器通断状态切换提供控制信号。

本发明解决了电子装备接收机噪声系数测试的复杂性、适用性和经济性问题，通过选频电压功率测量方式实现电子装备接收机中频输出功率自动测量，电平变换形成噪声源工作电压，并数控改变其工作状态，自动实现了多型号电子装备接收机噪声系数的自动测试，同时具备一定的通用性和可扩展性。

附图说明

图1为本发明中多型号电子装备接收机噪声系数测量装置的框图；

图2为Y因子法测试噪声系数原理框图。

其中：1-射随器、2-第一单片放大器、3-数控衰减器、4-第二单片放大器、5-输入数控中频开关、6-第一中频滤波器、7-第二中频滤波器、8-第三中频滤波器、9-第四中频滤波器、10-输出数控中频开关、11-倍压包络检波模块、12-视频信号放大器、13-串行采样模块、14-匹配数据处理模块、15-微处理器、16-选择控制单元、17-数据库生成模块、18-状态控制模块、19-开关三极管、20-电源模块、21-场效应管放大器、22-噪声源、23-电子装备接收机。

具体实施方式

以下将结合附图1-2，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供了一种电子类装备接收机噪声系数测试装置，包括微弱信号调理与自适应中频选择模块、视频信号变换与数字化模块、中心控制模块和噪声源控制模块。

其中，微弱信号调理和自适应中频选择模块实现电子装备的电子装备接收机23输出中频信号的功率放大、四选一滤波通道选择后，送入视频信号变化与数字化模块进行中频信号包络提取和视频信号采样。

采样后的数字信号送入中心控制模块，通过微处理器程序计算与中心控制模块中数据库生成模块生成的数据库进行匹配，完成电子装备接收机输出中频功率测量。

中心控制模块同时发送指令给噪声源控制模块，控制噪声源22分别工作在冷态和热态，电子装备接收机23分别对冷态和热态深入噪声进行放大，中心控制模块处理获得的冷态和热态两种状态下的输出功率，根据Y因子法进行数值计算，从而最终完成电子装备接收机的噪声系数测试。

微弱信号调理和自适应中频选择模块用于电子装备接收机23中频输出与噪声系数测试装置内部电路的信号隔离、-70dBm→-40dBm中频信号功率放大、测试装置功率测量范围扩展和四通道中频滤波器的数控选择。

视频信号变换与数字化模块实现滤波后的中频信号的倍压包络检波、检波后视频信号的幅度放大和中心控制模块时钟指令控制下的串行数字化。

噪声源控制模块实现+12V→+26V电源变换和+26V电源输出通断控制，为噪声源提供不同的状态激励信号。

微弱信号调理与自适应中频选择模块包括射随器1、第一单片放大器2、数控衰减器3、第二单片放大器4、输入数控中频开关5、第一中频滤波器6、第二中频滤波器7、第三中频滤波器8、第四中频滤波器9和输出数控中频开关10。

射随器1接收电子装备接收机输出的中频信号，经射随后送给第一单片放大器2进行15dB功率放大，放大后的信号送入数控衰减器3根据中心控制模块送入的数控信号选择恰当的衰减量，经数控衰减器3调理后的信号送入第二单片放大器4进行20dB的功率放大。输出信号送入输入数控中频开关5的公共端。

输入数控中频开关5用于输入中频滤波器的选择，控制信号流向。其中，第一中频滤波器6、第二中频滤波器7、第三中频滤波器8和第四中频滤波器9分别匹配四个中频电子装备接收机，其中心频率和选频带宽和相应电子装备接收机的中频和带宽一致。

第一中频滤波器6、第二中频滤波器7、第三中频滤波器8和第四中频滤波器9为带通滤波器，实现特定中频和带宽的信号选择。

输出数控中频开关10选择不同中频滤波器的输出，与输入数控中频开关5配合设置信号通过需要的中频滤波器，从而实现中频选择与电子装备接收机中频的匹配。

视频信号变换与数字化模块包括倍压包络检波模块11、视频信号放大器12和串行采样模块13，用实现中频信号的包络检波、视频信号功率放大和模拟信号数字化。

倍压包络检波模块11采用双检波二极管加积分电容的模式实现中频信号包络的提取。

视频信号放大器12采用同相放大实现检出包络的电平变换。

串行采样模块13采用精度高于12位，采样率大于1.2MHz的串行模/数变换芯片实现视频信号放大器12输出信号的数字化。

中心控制模块包括匹配数据处理模块14、微处理器15、选择控制单元16、数据库生成模块17和状态控制模块18，完成测试过程的逻辑控制、数据处理和软件实现。

微处理器15完成应用程序的运行，指令生成和数据处理。

数据库生成模块17存储电平与功率强度匹配数据表，用于匹配数据处理模块14应用程序中功率电平匹配，配合微处理器15中的应用程序实现电子装备接收机输出中频功率的高精度自动测量。

选择控制单元16接收微处理器15的指令，一是产生数控衰减器3衰减量控制信号，二是产生输入数控中频开关5和输出数控中频开关10的通道选择控制信号，实现功率测量动态范围的扩展和滤波器通道的选择。

状态控制模块18生成噪声源冷热态状态控制电平，高电平为+5V,低电平为0V。

噪声源控制模块包括开关三极管19、电源模块20和场效应管放大器21。

开关三极管19接收中心控制模块中状态控制模块18输出的控制信号，依据控制信号实现三极管通断，为场效应管放大器21通断状态切换提供控制信号。

电源模块20接收输入+12V电源，通过DC-DC变换将+12V电源变换到+26V,满足噪声源状态控制电平需求。

场效应管放大器21接收开关三极管19输出电平，实现场效应管放大器21源极和漏极的通断控制，控制+26V电源的通断，实现噪声源冷态和热态的切换。

噪声源22输出白噪声至电子装备接收机23，电子装备接收机输出的中频信号经微弱信号调理与自适应中频选择单元进行功率放大和通道选择，变换后的信号送入视频信号变换和数字化单元进行包络检波和数字化，数字化结果送入中心控制模块中的匹配数据处理模块，根据功率—幅度映射表完成功率测试。噪声源控制单元实现噪声源工作冷态、热态转换，微处理器获取冷态热态两种状态下电子装备接收机输出的功率，利用Y因子法实现噪声系数的自动计算，Y因子法测试噪声系数的原理框图如图2所示。

噪声源用于激励信号产生，被测电子装备接收机为被测对象，噪声系数测试装置接收中频信号，产生+26V控制电压，测试装置中的应用程序完成测试过程中数据处理，并最终得到测量结果。

Y因子法测试噪声系数的基本原理如下。

电子装备接收机噪声系数表示电子装备接收机输入信噪比和输出信噪比的比值，其表达式为

$F=\frac{S_i/N_i}{S_o/N_o}---\left(1\right)$

在测量噪声系数时，输入信号为噪声源的输出功率。当不启动噪声源时，从指示器上读出的指示值为N₀；启动噪声源时，从指示器上读出的指示值为N₀+S₀。两次指示功率的相对比值为

$Y=\frac{S_0+-N_0}{N_0}=\frac{S_0}{N_0}+1---\left(2\right)$

由式(1)(2)可以得到

$F=\frac{S_i/N_i}{Y-1}---\left(3\right)$

其中S_i/N_i为噪声源的输出功率与电子装备接收机噪声折合到输入端的功率之比，通常称作“超噪比”，用ENR标示，其单位为dB。所以电子装备接收机的噪声系数可以表示为：

NF＝ENR-10lg(Y-1)(4)

NF为电子装备接收机噪声系数；ENR为噪声源超噪比；Y为热态功率和冷态功率比值。

本发明还提供给了一种自动选择中频的噪声系数测试方法，包括以下步骤：

步骤1、连接噪声系数测试装置、噪声源和被测电子装备接收机。

步骤2、将噪声源的超噪比数值ENR输入到噪声系数测试装置中。

步骤3、按电子装备接收机中频选择所需的测量通道，利用程序控制数控中频开关5、输出数控中频开关10选择相应的中频滤波器。

步骤4、噪声系数测试装置控制噪声源工作于冷态，即噪声源的控制电压为0V，测试被测电子装备接收机中频输出功率P₁。

步骤5、噪声系数测试装置控制噪声源工作于热态态，即噪声源的控制电压为—+26V，测试被测电子装备接收机中频输出功率P₂。

步骤6、噪声系数测试装置按公式NF＝ENR-10lg(P₂/P₁-1)计算被测电子装备接收机噪声系数，NF是被测电子装备接收机噪声系数。

Claims (5)

1.一种电子装备接收机噪声系数测试装置，包括微弱信号调理与自适应中频选择模块、视频信号变换与数字化模块、中心控制模块和噪声源控制模块，其特征在于：

微弱信号调理与自适应中频选择模块包括射随器(1)、第一单片放大器(2)第一单片放大器(2)、数控衰减器(3)、第二单片放大器(4)、输入数控中频开关(5)、第一中频滤波器(6)、第二中频滤波器(7)、第三中频滤波器(8)、第四中频滤波器(9)和输出数控中频开关(10)；

其中：射随器(1)接收电子装备接收机输出的中频信号，经射随后送给第一单片放大器(2)进行功率放大，放大后的信号送入数控衰减器(3)，并根据中心控制模块送入的数控信号选择衰减量，同时经数控衰减器(3)调理后的信号送入第二单片放大器(4)进行20dB的功率放大；输入数控中频开关(5)用于输入中频滤波器的选择，从而控制信号流向；

第一中频滤波器(6)、第二中频滤波器(7)、第三中频滤波器(8)和第四中频滤波器(9)分别匹配四个中频电子装备接收机，其中心频率和选频带宽和相应电子装备接收机的中频和带宽一致；

输出数控中频开关(10)选择不同中频滤波器的输出，与输入数控中频开关(5)配合设置信号通过需要的中频滤波器，从而实现中频选择与电子装备接收机中频的匹配；

视频信号变换与数字化模块包括倍压包络检波模块(11)、视频信号放大器(12)和串行采样模块(13)，用实现中频信号的包络检波、视频信号功率放大和模拟信号数字化；

倍压包络检波模块(11)采用双检波二极管加积分电容的模式实现中频信号包络的提取，视频信号放大器(12)采用同相放大实现检出包络的电平变换；串行采样模块(13)通过采样率大于1.2MHz的串行模/数变换芯片实现视频信号放大器(12)输出信号的数字化；

中心控制模块包括匹配数据处理模块(14)、微处理器(15)、选择控制单元(16)、数据库生成模块(17)和状态控制模块(18)，用于完成测试过程的逻辑控制、数据处理和软件实现；其中，微处理器(15)完成应用程序的运行，指令生成和数据处理；数据库生成模块(17)存储电平与功率强度匹配数据表，用于匹配数据处理模块(14)应用程序中功率电平匹配，配合微处理器(15)中的应用程序实现电子装备接收机输出中频功率的高精度自动测量；选择控制单元(16)接收微处理器(15)的指令，从而产生数控衰减器(3)衰减量控制信号并产生输入数控中频开关(5)和输出数控中频开关(10)的通道选择控制信号，从而实现功率测量动态范围的扩展和滤波器通道的选择；状态控制模块(18)生成噪声源冷热态状态控制电平；

噪声源控制模块包括开关三极管(19)、电源模块(20)和场效应管放大器(21)；开关三极管(19)接收中心控制模块中状态控制模块(18)输出的控制信号，依据控制信号实现三极管通断，为场效应管放大器(21)通断状态切换提供控制信号。

2.根据权利要求1所述的电子装备接收机噪声系数测试装置，其特征在于：

第一中频滤波器(6)、第二中频滤波器(7)、第三中频滤波器(8)和第四中频滤波器(9)为带通滤波器，实现对中频和带宽的信号选择。

3.根据权利要求1所述的电子装备接收机噪声系数测试装置，其特征在于：电源模块(20)接收输入+12V电源，通过DC-DC变换将+12V电源变换到+26V,满足噪声源状态控制电平需求；场效应管放大器(21)接收开关三极管(19)输出电平，实现场效应管放大器(21)源极和漏极的通断控制，控制+26V电源的通断，实现噪声源冷态和热态的切换。

4.根据权利要求1所述的电子装备接收机噪声系数测试装置，其特征在于：

噪声源(22)输出白噪声至电子装备接收机(23)，电子装备接收机输出的中频信号经微弱信号调理与自适应中频选择单元进行功率放大和通道选择，变换后的信号送入视频信号变换和数字化单元进行包络检波和数字化，数字化结果送入中心控制模块中的匹配数据处理模块，根据功率—幅度映射表完成功率测试。

5.根据权利要求1-4所述的噪声系数测试装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤1、连接噪声系数测试装置、噪声源和被测电子装备接收机；

步骤2、将噪声源的超噪比数值ENR输入到噪声系数测试装置中；

步骤3、按电子装备接收机中频选择所需的测量通道，利用程序控制数控中频开关5、输出数控中频开关(10)选择相应的中频滤波器；

步骤4、噪声系数测试装置控制噪声源工作于冷态，即噪声源的控制电压为0V，测试被测电子装备接收机中频输出功率P₁；

步骤5、噪声系数测试装置控制噪声源工作于热态，即噪声源的控制电压为—+26V，测试被测电子装备接收机中频输出功率P₂；

步骤6、噪声系数测试装置按公式NF＝ENR-10lg(P₂/P₁-1)计算被测电子装备接收机噪声系数。