CN110501667B - 一种超短波定向仪的测试系统及地面试验方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种超短波定向仪的测试系统和地面试验方法，测试系统包括电源、显示与监控单元、方位激励单元、信号发生单元、接口适配器。试验方法以测试系统为平台，能对超短波定向仪的电性能技术指标进行测试及验证，检查方位、频率等信息是否符合要求，从而判断超短波定向仪的空空定向功能是否合格。本测试系统和地面试验方法在地面上模拟了空空各个方位的信号输入，模拟真实的飞行环境，不受场地、位置的限制，解决了因环境因素或导航体制限制的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及航电测控技术领域，特别是一种超短波定向仪的测试系统及地面试验方法。
背景技术
超短波定向仪包含定向天线、定向器，它可以对无线电来波信号进行连续跟踪定向，并提供相关的方位信息。定向天线接收到空间某方位发射来的射频信号，该射频信号经定向天线调制和定向器处理后，输出符合RS422总线接口要求的方位角度信号，送给综合控显器和飞行仪表等进行显示，同时综合控显器可通过RSS422总线控制定向仪的工作频率、自检等状态。
超短波定向仪是飞机上重要的导航设备，在飞机空中给油和受油起关键作用，当出现导航偏差问题时，会出现丢失信号及信号乱指的现象，严重影响飞机飞行安全与指挥功能。超短波定向仪主要以空对空的工作方式为主，在地面排故时查找原因难、时间长、所需人力多。
要避免以上问题，必须要有精准可靠的测试方法及测试系统，能最大化模拟机上真实环境。而现有测试环境存在以下缺陷：
1)试验空白：由于机载自动定向系统工作原理复杂，且超短波定向仪具有一定的针对性，现尚且没有专门针对超短波定向仪的地面单试及系统联调方法，大多借助多个真实机载设备和信号源配合测试，成本高，且调试相对复杂，效率较低。
2)环境制约：当飞机处于地面静止状态时，仅提供静态位置信息，而不能进入动态导航模式，无法还原真实飞行环境；同时静态检测的局限性致使检测结果受地理位置以及周围建筑物影响较大，易出现接收信号不良，信号丢失等现象，难以完整验证系统性能。
3)监控不便：对于超短波定向仪工作流程中的RS422总线信号，当需要测量其数据信息时，传统环境没有多余的监控通道，无法按要求测量，只能估算或者重新分线测量，耗时耗力且不精准。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种超短波定向仪的测试系统和地面试验方法。试验方法以测试系统为平台，能对超短波定向仪的电性能技术指标进行测试及验证，检查方位、频率等信息是否符合要求，从而判断超短波定向仪的空空定向功能是否合格。
一种超短波定向仪的测试系统，包括电源、显示与监控单元、方位激励单元、信号发生单元、接口适配器，电源为测试系统内其他单元及被测超短波定向仪供电；电源同时具有外部供电接口，可以脱离测试系统单独用于外场排故、航电联试。显示与监控单元模拟综合控显器并根据需要修改被测超短波定向仪的参数，模拟飞行仪表显示被测超短波定向仪的定向方位；方位激励单元模拟输出八种空中相对方位：0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°，并模拟辐射不同方位的目标射频信号；信号发生单元提供0MHz～400MHz的去调制射频信号，并可以根据需要调整输出电平的大小；接口适配器包含各种控制开关、电气接口、总线监控接口，接口适配器控制测试系统与被测超短波定向仪的加电、闭锁选择与切换、信号的交联传输以及总线数据监测。
一种超短波定向仪的地面试验方法，对超短波定向仪的定向器和定向天线进行等效灵敏度测试、定向精度测试、跟踪速度测试、阻塞电平测试，包括以下步骤。
步骤1等效灵敏度测试
1.1使用信号发生单元、方位激励单元模拟飞行时相对飞机某方位发来的超短波信号：方位激励单元向被测超短波定向仪的定向天线闭环输入0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°任一方位信号，信号发生单元向被测超短波定向仪的定向天线输入包含一定数值的电平、108MHz～174MHz、225MHz～400MHz内任一频率(间隔25kHz)且去调制的射频信号。
1.2方位信号和射频信号经被测超短波定向仪的定向天线调制、放大后，引入被测超短波定向仪的定向器进行选频、变频、放大、解调、滤波、鉴相等一系列处理之后得出一个三相模拟方位信号。此方位信号转换成数字信号后经过RS422接口协议芯片处理，输出符合RS422总线接口要求的方位角度信号送至显示与监控单元，显示与监控单元通过接口通信解读，模拟综合控显器/飞行仪表系统的显示功能，显示出相应的方位和频率。
1.3当将信号发生单元向定向天线输出的频率不变，电平降低时，即模拟被测定向天线接收的信号减弱、距离遥远的状态，当降低到某一数值时，方位的相对偏差大于±10°或显示与监控单元上显示的方位指针不跟踪方位信号，证明超短波定向仪现已经无法处理这种微弱程度的信号，此时的电平值即是超短波定向仪的等效灵敏度。
步骤2定向精度测试
2.1定向精度的测试需要接收固定强度的信号，此刻方位激励单元向定向天线输出任选一方位，信号发生单元向定向天线输出的频率不变，电平保持在一个固定的标准数值(一般设为50μV)。
2.2计算超短波定向仪输出在显示与监控单元显示的定向方位与方位激励单元实际给定向天线的方位值的相对偏差，结果即是定向精度。
步骤3跟踪速度测试
3.1使用信号发生单元、方位激励单元模拟机上空间某方位发来的超短波信号：信号发生单元向被测定向天线输入固定数值(一般为50μV)的电平、108MHz～174MHz、225MHz～400MHz内任一频率(间隔25kHz)且去调制的射频信号.
3.2方位激励单元向被测定向天线闭环快速输出从0°～180°变化的方位信号，方位信号和射频信号经被测定向天线调制、放大后引入被测定向器，进行一系列处理之后输出符合RS422总线接口要求的信号送至显示与监控单元.
3.3显示与监控单元模拟综合控显器/飞行仪表系统的显示功能，显示出相应的方位和频率。当显示与监控单元上的方位指针稳定跟踪方位信号时，用秒表读出稳定跟踪所用时间，单位时间内角度的变化值即是方位跟踪速度。
步骤4阻塞电平测试
4.1信号发生单元向被测定向天线输入108MHz～174MHz、225MHz～400MHz内任一频率(间隔25kHz)且去调制的射频信号，逐渐增大其电平(不超过40mV)；
4.2使用显示与监控单元上将被测超短波定向仪设为与信号发生单元相同的输出频率；将方位激励单元依次输出0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°八个方位上。
4.3在显示与监控单元上观察各方位变化：当信号发生单元输出的电平逐渐增大到了某一点时，显示的相对偏差大于±10°或已经丢失信号时，该点电平即为阻塞电平。
本申请相比于现有技术具有如下有益效果：
1)这种试验方法及系统填补了超短波定向仪单机试验和系统联调的测试空白，不仅可以对超短波定向仪进行独立功能性测试，而且能够同时融入综合航电系统中以完成地面交联试验，使超短波定向仪在装机前的质量得以保障，降低飞行风险。
2)在地面上模拟了空空各个方位的信号输入，模拟真实的飞行环境，不受场地、位置的限制，解决了因环境因素或导航体制限制的技术难题；在信息显示、操作控制、系统性能等功能也有较大飞跃。
3)可以在无超短波电台的情况下模拟闭锁状态。本机机载超短波抗干扰电台在进行话音、数传通信时会实时闭锁超短波定向仪的定向功能，本试验方法及测试系统可以控制被测定向仪进入规定的闭锁状态。
4)高效率：测试系统中的显示与监控单元中可快速定位、排查故障，节约了大量因排故而产生的人力、物力资源成本，大幅度缩短了故障诊断周期。
本发明提供的试验方法不仅有效检查出超短波定向仪所存在的隐性问题，最大限度降低飞行风险与压力，更能对于机上出现的故障进行准确定位，提高工作效率。
附图说明
图1是测试系统及试验方法示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种超短波定向仪的测试系统，包括电源、显示与监控单元、方位激励单元、信号发生单元、接口适配器，电源为测试系统内其他单元及被测超短波定向仪供电；电源同时具有外部供电接口，可以脱离测试系统单独用于外场排故、航电联试。显示与监控单元模拟综合控显器并根据需要修改被测超短波定向仪的参数，模拟飞行仪表显示被测超短波定向仪的定向方位；方位激励单元模拟输出八种空中相对方位：0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°，并模拟辐射不同方位的目标射频信号；信号发生单元提供0MHz～400MHz的去调制射频信号，并可以根据需要调整输出电平的大小。接口适配器包含控制开关、电气接口、总线监控接口。接口适配器控制测试系统与被测超短波定向仪的加电、闭锁选择与切换、信号的交联传输以及总线数据监测。
一种超短波定向仪的地面试验方法，对超短波定向仪的定向器和定向天线进行等效灵敏度测试、定向精度测试、跟踪速度测试、阻塞电平测试，包括如下步骤：
步骤1等效灵敏度测试
1.1使用信号发生单元、方位激励单元模拟飞行时相对飞机某方位发来的超短波信号：方位激励单元向被测超短波定向仪的定向天线闭环输入0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°任一方位信号，信号发生单元向被测超短波定向仪的定向天线输入包含一定数值的电平、108MHz～174MHz、225MHz～400MHz内任一频率(间隔25kHz)且去调制的射频信号。
1.2方位信号和射频信号经被测超短波定向仪的定向天线调制、放大后，引入被测超短波定向仪的定向器进行选频、变频、放大、解调、滤波、鉴相等一系列处理之后得出一个三相模拟方位信号。此方位信号转换成数字信号后经过RS422接口协议芯片处理，输出符合RS422总线接口要求的方位角度信号送至显示与监控单元，显示与监控单元通过接口通信解读，模拟综合控显器/飞行仪表系统的显示功能，显示出相应的方位和频率。
1.3当将信号发生单元向定向天线输出的频率不变，电平降低时，即模拟被测定向天线接收的信号减弱、距离遥远的状态，当降低到某一数值时，方位的相对偏差大于±10°或显示与监控单元上显示的方位指针不跟踪方位信号，证明超短波定向仪现已经无法处理这种微弱程度的信号，此时的电平值即是超短波定向仪的等效灵敏度。
步骤2定向精度测试
2.1定向精度的测试需要接收固定强度的信号，此刻方位激励单元向定向天线输出任选一方位，信号发生单元向定向天线输出的频率不变，电平保持在一个固定的标准数值(一般设为50μV)。
2.2计算超短波定向仪输出在显示与监控单元显示的定向方位与方位激励单元实际给定向天线的方位值的相对偏差，结果即是定向精度。
步骤3跟踪速度测试
3.1使用信号发生单元、方位激励单元模拟机上空间某方位发来的超短波信号：信号发生单元向被测定向天线输入固定数值(一般为50μV)的电平、108MHz～174MHz、225MHz～400MHz内任一频率(间隔25kHz)且去调制的射频信号.
3.2方位激励单元向被测定向天线闭环快速输出从0°～180°变化的方位信号，方位信号和射频信号经被测定向天线调制、放大后引入被测定向器，进行一系列处理之后输出符合RS422总线接口要求的信号送至显示与监控单元.
3.3显示与监控单元模拟综合控显器/飞行仪表系统的显示功能，显示出相应的方位和频率。当显示与监控单元上的方位指针稳定跟踪方位信号时，用秒表读出稳定跟踪所用时间，单位时间内角度的变化值即是方位跟踪速度。
步骤4阻塞电平测试
4.1信号发生单元向被测定向天线输入108MHz～174MHz、225MHz～400MHz内任一频率(间隔25kHz)且去调制的射频信号，逐渐增大其电平(不超过40mV)；
4.2使用显示与监控单元上将被测超短波定向仪设为与信号发生单元相同的输出频率；将方位激励单元依次输出0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°八个方位上。
4.3在显示与监控单元上观察各方位变化：当信号发生单元输出的电平逐渐增大到了某一点时，显示的相对偏差大于±10°或已经丢失信号时，该点电平即为阻塞电平。
试验结束后，将超短波定向仪方位激励单元加电开关扳至“关”位，断开接口适配器上的加电开关，给测试系统及被测产品下电。
本发明提供的试验方法不仅有效检查出超短波定向仪所存在的隐性问题，最大限度降低飞行风险与压力，更能对于机上出现的故障进行准确定位，提高工作效率。
本试验方法和测试系统已经应用于某型飞机超短波定向仪的地面单试、系统联试以及外场排故中，具备超短波定向仪装机前试验及故障定位功能，并能提供疑难故障分析及信号监控。该发明的实际应用节约了大量人力物力及经费，大幅度提升了研制的质量和效率，增强我国航空科研能力及竞争力，具有一定的军事意义及显著的社会经济效益，具有广泛的应用及产业化前景。
Claims (1)
1.一种使用超短波定向仪测试系统的地面试验方法，其特征在于超短波定向仪测试系统包括电源、显示与监控单元、方位激励单元、信号发生单元、接口适配器，电源为测试系统内其他单元及被测超短波定向仪供电；显示与监控单元模拟综合控显器并根据需要修改被测超短波定向仪的参数，模拟飞行仪表显示被测超短波定向仪的定向方位；方位激励单元在地面上模拟了空空各个方位的信号，模拟输出八种空中相对方位：0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°，并模拟辐射不同方位的目标射频信号；信号发生单元提供0MHz～400MHz的去调制射频信号，并可以根据需要调整输出电平的大小；接口适配器控制测试系统与被测超短波定向仪的加电、闭锁选择与切换、信号的交联传输以及总线数据监测，所述的电源同时具有外部供电接口，可以脱离测试系统单独用于外场排故、航电联试，所述的接口适配器包含控制开关、电气接口、总线监控接口，使用超短波定向仪测试系统进行地面试验方法，对超短波定向仪的定向器和定向天线进行等效灵敏度测试、定向精度测试、跟踪速度测试、阻塞电平测试，包括如下步骤：
步骤1等效灵敏度测试：
1－1使用信号发生单元、方位激励单元模拟飞行时相对飞机某方位发来的超短波信号：方位激励单元向被测超短波定向仪的定向天线闭环输入0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°任一方位信号，信号发生单元向被测超短波定向仪的定向天线输入包含一定数值的电平、108MHz～174MHz、225MHz～400MHz内任一频率且去调制的射频信号；
1－2方位信号和射频信号经被测超短波定向仪的定向天线调制、放大后，引入被测超短波定向仪的定向器进行选频、变频、放大、解调、滤波、鉴相等一系列处理之后得出一个三相模拟方位信号，此方位信号转换成数字信号后经过RS422接口协议芯片处理，输出符合RS422总线接口要求的方位角度信号送至显示与监控单元，显示与监控单元通过接口通信解读，模拟综合控显器/飞行仪表系统的显示功能，显示出相应的方位和频率；
1－3当将信号发生单元向定向天线输出的频率不变，电平降低时，即模拟被测定向天线接收的信号减弱、距离遥远的状态，当降低到某一数值时，方位的相对偏差大于±10°或显示与监控单元上显示的方位指针不跟踪方位信号，证明超短波定向仪现已经无法处理这种微弱程度的信号，此时的电平值即是超短波定向仪的等效灵敏度；
步骤2定向精度测试：
2－1定向精度的测试需要接收固定强度的信号，此刻方位激励单元向定向天线输出任选一方位，信号发生单元向定向天线输出的频率不变，电平保持在一个固定的标准数值；
2－2计算超短波定向仪输出在显示与监控单元显示的定向方位与方位激励单元实际给定向天线的方位值的相对偏差，结果即是定向精度；
步骤3跟踪速度测试：
3－1使用信号发生单元、方位激励单元模拟机上空间某方位发来的超短波信号：信号发生单元向被测定向天线输入固定数值的电平、108MHz～174MHz、225MHz～400MHz内任一频率且去调制的射频信号；
3－2方位激励单元向被测定向天线闭环快速输出从0°～180°变化的方位信号，方位信号和射频信号经被测定向天线调制、放大后引入被测定向器，进行一系列处理之后输出符合RS422总线接口要求的信号送至显示与监控单元；
3－3显示与监控单元模拟综合控显器/飞行仪表系统的显示功能，显示出相应的方位和频率，当显示与监控单元上的方位指针稳定跟踪方位信号时，用秒表读出稳定跟踪所用时间，单位时间内角度的变化值即是方位跟踪速度；
步骤4阻塞电平测试：
4－1信号发生单元向被测定向天线输入108MHz～174MHz、225MHz～400MHz内任一频率且去调制的射频信号，逐渐增大其电平；
4－2使用显示与监控单元上将被测超短波定向仪设为与信号发生单元相同的输出频率；将方位激励单元依次输出0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°八个方位上；
4－3在显示与监控单元上观察各方位变化：当信号发生单元输出的电平逐渐增大到了某一点时，显示的相对偏差大于±10°或已经丢失信号时，该点电平即为阻塞电平。
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