CN111337891B - 活动目标侦察校射雷达故障诊断仪及诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种活动目标侦察校射雷达故障诊断仪及诊断方法。诊断仪系统包括服务器、信号测量模块、微波功率测量模块、显示器，信号测量模块采集到的数据信号，以及微波功率测量模块采集到的射频激励信号均输出给服务器，服务器将接收到的信号通过预定向量测试方法定位到故障位置点，并根据故障位置点生成故障排除步骤，通过多媒体形式呈现在显示器上。该系统采用自动检测技术、快速故障定位技术可有效缩短故障定位时间，解决雷达在使用中维修困难的问题，提高雷达综合保障力，促进其战斗力的形成。它的研制成功与装备部队是对现有雷达的重要补充，对提升我炮兵雷达的战斗力具有重要意义，具有显著的军事、经济效益和推广应用价值。

Description

活动目标侦察校射雷达故障诊断仪及诊断方法

技术领域

本发明涉及故障诊断技术领域，具体地说是一种活动目标侦察校射雷达故障诊断仪及诊断方法。

背景技术

近年来，大量新型炮兵活动目标侦察校射雷达装备陆续列装部队，极大提高了炮兵部队战场信息获取和快速反应能力。作为现代战争的“千里眼”，其作用和地位十分突出，已成为战时首波遭受重点打击的对象之一，其战损率高且保障难度大，因此为了确保雷达装备完好率，必须增强新型雷达装备维修保障实效。

目前，一些先进的炮兵雷达在雷达中设置了一些先进的机内测试设备(BITE)。它在雷达运行期间进行在线检测，不断地巡视表征雷达性能的各监测点的数据送计算机处理。一旦出现不正常现象，则通过声、光向操作员报警。操作员根据计算机给出的故障信息及查询指令按说明进行脱线检测，启动故障隔离程序，由计算机给出故障所在的可更换的单元，操作员更换有故障的单元即可。平均故障修理时间(MTTR)一般为0.2～0.5小时，某些采用了微处理机程序检测和故障隔离技术的雷达，其MTTR可下降到5分钟左右。而用人工检测诊断维修，MTTR一般都在1小时至数小时，这样炮兵雷达的快速反应能力则不能达到应用要求。另一方面，自动诊断技术改善了雷达的易维修性，且能有效防止雷达故障。在新装备炮兵雷达上广泛应用故障自动诊断技术，可以提高雷达的侦察保障的时效和雷达装备的有效性。

现有炮兵雷达虽然也具有机内自检功能(BITE)，但其只有检测功能而没有排除方法、检测结果范围大、不准确的情况时有发生。站级维修保障资源缺乏，保障能力低，主要靠人工进行，诊断的效果与检修设备、器材等条件有关，更直接与维修人员的业务水平和实际经验紧密相关。随着炮兵雷达技术飞速发展，炮兵雷达系统结构越来越复杂，功能增多，其故障发生率增多。由于炮兵作战对炮兵雷达侦察情报的保障有很高的时效要求，在关键时刻几乎不允许炮兵雷达因故障而长时间停机，而人工检测诊断由于受到时间和空间的限制，很难及时完成对雷达故障检测诊断和排除任务。因此，急需强化站级维修能力、丰富维修手段及设备，取代落后的人工诊断技术。

发明内容

针对活动目标侦察校射雷达技术含量较高、故障现象及原因复杂多变，站级维修保障资源缺乏，装备故障维修经验不足等难题，采用单片机技术、数字信号处理技术、自动检测技术、快速故障定位等技术，本发明提出了一种活动目标侦察校射雷达故障诊断仪，包括服务器、信号测量模块、微波功率测量模块、检测电缆、显示器，所述服务器内嵌有嵌入式工控主板，信号测量模块与微波功率测量模块连接在工控主板的接口上，服务器通过信号线与显示器相连，信号测量模块采集雷达系统中的组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号，并进行时域和频域分析得到数字量信号并输出给服务器，微波功率测量模块采集雷达系统中的频率综合器输出的射频激励信号，并进行测量处理得到功率信号和频率信号输出给服务器，服务器接收到数字量信号、功率信号和频率信号后通过预定向量测试方法定位到故障位置点，并根据故障位置点生成故障排除步骤，然后通过多媒体形式呈现在显示器上；

所述服务器用于根据接收到的数字量信号、功率信号和频率信号生成故障诊断信息，并发送给显示器；

所述信号测量模块用于采集雷达组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号，并进行时域和频域的分析处理；

所述微波功率测量模块用于采集雷达频率综合器输出的射频激励信号，并对射频激励信号进行测量处理；

所述服务器包括数据预处理单元、故障诊断单元、故障排除单元、数据存储单元；

构建数据存储单元的真值数据时，首先通过信号测量模块采集各待检测孔的非故障数据信号，通过微波功率测量模块采集待检测频率综合器输出的非故障射频激励信号，然后输入给服务器按照预设格式存储为对应信号的真值，并记录对应信号的位置点形成位置点记录；

所述数据存储单元用于存储待检测的数据信号、射频激励信号的真值以及位置点记录；

所述数据存储单元还用于存储通过触摸屏录入的故障位置点的排除步骤，以及多媒体形式的故障位置点信息；

所述数据预处理单元用于根据微波功率测量模块的接口协议接收功率信号和频率信号，并编译成数据存储单元中对应真值存储的格式；

所述数据预处理单元还用于接收信号测量模块输出的数字量信号；

所述故障诊断单元用于通过预定向量测试方法将待检测孔的数字量信号的真值与数据存储单元中对应的真值进行比较，判断待检测孔是否有故障，如果待检测孔的数字量信号的真值与数据存储单元中对应的真值不相等，则判断待检测孔为故障孔，并根据位置点记录确定故障位置点，如果待检测孔的数字量信号的真值与数据存储单元中对应的真值相等，则判断待检测孔为正常孔；

所述故障诊断单元还用于通过预定向量测试方法将编译之后的功率信号和频率信号的真值与数据存储单元中的相应真值进行比较，判断待检测频率综合器是否有故障，如果编译之后的功率信号和/或频率信号的真值与数据存储单元中对应的真值不相等，则判断待检测频率综合器为故障频率综合器，并根据位置点记录确定故障频率综合器的故障位置点，如果编译之后的功率信号和频率信号的真值与数据存储单元中对应的真值相等，则判断待检测频率综合器为正常频率综合器；

所述显示器配置有触摸屏，用于人机信息交互。

进一步地，通过触摸屏还可以实时将故障位置点的最新排除步骤或者新的故障位置点的排除步骤存储在数据存储单元中，不断更新数据存储单元中存储的故障位置点信息和排除步骤信息，提高故障排除的效率。

一种活动目标侦察校射雷达故障诊断仪的诊断方法，包括如下步骤：

步骤1：构建故障诊断仪的服务器中存储的待检测故障信号的真值数据，所述待检测故障信号包括雷达系统中的组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号，以及雷达频率综合器输出的射频激励信号，首先通过信号测量模块采集各待检测孔的非故障数据信号，通过微波功率测量模块采集待检测频率综合器输出的非故障射频激励信号，然后输入给服务器按照预设格式存储为对应信号的真值，并记录对应信号的位置点；

步骤2：通过触摸屏输入待检测故障信号的故障位置点的排除步骤，以及多媒体形式的故障位置点信息至服务器中存储；

步骤3：使用故障诊断仪诊断故障时，通过信号测量模块采集雷达组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号并转换为数字量信号，通过微波功率测量模块采集雷达频率综合器输出的射频激励信号，并对射频激励信号进行测量处理得到功率信号和频率信号；

步骤4：将信号测量模块输出的数字量信号，以及微波功率测量模块输出的功率信号和频率信号输入给服务器，服务器首先通过预定向量测试方法进行故障位置点的诊断，然后根据故障位置点以多媒体的形式输出所述故障位置点的排除步骤至显示器。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种活动目标侦察校射雷达故障诊断仪，该诊断仪可以对雷达发射功率、信号功率进行自动检测与故障排除，还可以通过向该诊断仪不断录入新的故障排除步骤，进行故障排除步骤的有效性更新，通过该诊断仪进行自动排故提高了故障排除的效率，同时也有利于新人的学习和锻炼。

附图说明

图1为本发明中的活动目标侦察校射雷达故障诊断仪的系统框图。

图2为本发明中的活动目标侦察校射雷达故障诊断仪的诊断方法流程图。

图3为本发明中的活动目标侦察校射雷达故障诊断仪的控制程序编写流程图。

具体实施方式

下面是结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种活动目标侦察校射雷达故障诊断仪，包括服务器、信号测量模块、微波功率测量模块、检测电缆、显示器，所述服务器内嵌有嵌入式工控主板，信号测量模块与微波功率测量模块连接在工控主板的接口上，服务器通过信号线与显示器相连，信号测量模块采集雷达系统中的组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号，并进行时域和频域分析得到数字量信号并输出给服务器，微波功率测量模块采集雷达系统中的频率综合器输出的射频激励信号，并进行测量处理得到功率信号和频率信号输出给服务器，服务器接收到数字量信号、功率信号和频率信号后通过预定向量测试方法定位到故障位置点，并根据故障位置点生成故障排除步骤，然后通过多媒体形式呈现在显示器上；

所述服务器用于根据接收到的数字量信号、功率信号和频率信号生成故障诊断信息，并发送给显示器；

所述信号测量模块用于采集雷达组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号，并进行时域和频域的分析处理；

所述微波功率测量模块用于采集雷达频率综合器输出的射频激励信号，并对射频激励信号进行测量处理；

所述服务器包括数据预处理单元、故障诊断单元、故障排除单元、数据存储单元；

服务器通过预定向量测试方法定位故障点时，需要构建数据存储单元的真值数据，具体表述为：首先通过信号测量模块采集各待检测孔的非故障数据信号，通过微波功率测量模块采集待检测频率综合器输出的非故障射频激励信号，然后输入给服务器按照预设格式存储为对应信号的真值，并记录对应信号的位置点形成位置点记录；

所述数据存储单元用于存储待检测的数据信号、射频激励信号的真值以及位置点记录；

所述数据存储单元还用于存储通过触摸屏录入的故障位置点的排除步骤，以及多媒体形式的故障位置点信息，所述故障位置点信息是指故障位置的具体电参数；

所述数据预处理单元用于根据微波功率测量模块的接口协议接收功率信号和频率信号，并编译成数据存储单元中对应真值存储的格式；

所述数据预处理单元还用于接收信号测量模块输出的数字量信号；

所述故障诊断单元用于通过预定向量测试方法将待检测孔的数字量信号的真值与数据存储单元中的真值进行比较，判断待检测孔是否有故障，如果待检测孔的数字量信号的真值与数据存储单元中对应的真值不相等，则判断待检测孔为故障孔，并根据位置点记录确定故障位置点，如果待检测孔的数字量信号的真值与数据存储单元中对应的真值相等，则判断待检测孔为正常孔；

所述故障诊断单元还用于通过预定向量测试方法将编译之后的功率信号和频率信号的真值与数据存储单元中的真值进行比较，判断待检测频率综合器是否有故障，如果编译之后的功率信号和/或频率信号的真值与数据存储单元中对应的真值不相等，则判断待检测频率综合器为故障频率综合器，并根据位置点记录确定故障频率综合器的故障位置点，如果编译之后的功率信号和频率信号的真值与数据存储单元中对应的真值相等，则判断待检测频率综合器为正常频率综合器；

所述显示器配置有触摸屏，用于人机信息交互。

进一步地，通过触摸屏还可以实时将故障位置点的最新排除步骤或者新的故障位置点的排除步骤存储在数据存储单元中，不断更新数据存储单元中存储的故障位置点信息和排除步骤信息，提高故障排除的效率。

本实施例中的服务器采用嵌入式工控主板，为增加操控性，采用小巧的3.5寸嵌入式主板Atom-2；显示器型号为新帝12WX(DTZ-1200W/G)液晶数位屏；信号测量模块采用VS5042D型虚拟示波器，所采集信号主要包括直流电压信号、时钟及脉冲信号、状态控制信号和模拟信号，测量时主要是从雷达组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔；微波功率测量模块采用的是ZX47-40+模块，可对雷达产生的高频激励信号的功率进行在线测量，判断雷达发射功率是否正常；显示器采用EMP-A120T工业TFT显示器，该显示器具有6mm厚铝镁合金设计面板，配备有高性能的电阻触摸屏，以省去鼠标和键盘等外围设备；供电采用高效的锂电池，自设计电源管理电路，使系统可多种方式供电；设备表面设有PVC薄膜按键，提高系统可操作性。

机构设计：机箱采用军用铝镁合金加固机箱，内部为三层积木结构，最上层为加固显示器；中层为电池和电源管理模块，使用时低温情况下电池组所产生的热量可对显示器进行加热；底层为嵌入式主板和信号采集板，每层都设有相应的缓冲结构。

散热设计：由于整机功耗较小，所以采用壳体表面专用散热孔的方式进行散热。

电磁兼容设计：系统每层都设有电磁屏蔽板，由于信号采集板工作时会受嵌入式主板、电源管理电路等诸多因素的影响，因此信号采集板采取全封闭式的屏蔽方式。

所述故障诊断仪的控制程序采用VB进行编写，其程序编写流程图如图3所示。

如图2所示，使用上述故障诊断仪的诊断方法，包括如下步骤：

步骤1：构建故障诊断仪的服务器中存储的待检测故障信号的真值数据，所述待检测故障信号包括雷达系统中的组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号，以及雷达频率综合器输出的射频激励信号，首先通过信号测量模块采集各待检测孔的非故障数据信号，通过微波功率测量模块采集待检测频率综合器输出的非故障射频激励信号，然后输入给服务器按照预设格式存储为对应信号的真值，并记录对应信号的位置点，所述预设格式根据微波功率测量模块的接口协议设置；

步骤2：通过触摸屏输入待检测故障信号的故障位置点的排除步骤，以及多媒体形式的故障位置点信息至服务器中存储，所述故障位置点信息是指故障位置的具体电参数；

步骤3：使用故障诊断仪诊断故障时，通过信号测量模块采集雷达组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号并转换为数字量信号，通过微波功率测量模块采集雷达频率综合器输出的射频激励信号，并对射频激励信号进行测量处理得到功率信号和频率信号；

步骤4：将信号测量模块输出的数字量信号，以及微波功率测量模块输出的功率信号和频率信号输入给服务器，服务器首先通过预定向量测试方法进行故障位置点的诊断，然后根据故障位置点以多媒体的形式输出所述故障位置点的排除步骤至显示器。

本实施例中为满足雷达装备信号带宽要求，内置2台虚拟示波器，带宽总和可达500M，并采用两个时钟，一个时钟用于数字信号的同步与检测，另一个时钟产生用于记录数字信号变化时的时标；每路数字信号经同步后，如果有沿的跳变，沿检测电路产生一个正脉冲，使用该正脉冲信号将时标信号锁存，同时该正脉冲经编码后选通记录时标信号的多路开关；每路数字信号的沿检测电路，经逻辑组合、同步后，产生一个滞后选通多路开关的正脉冲信号，该信号将时标信号和数字输入的当前状态组成字写入FIFO存储器(FIFO是先进先出的简称)；FIFO存入的组成字数量超过设定的深度时，产生标识信号简称FLAG信号，FLAG信号作为状态信号或者中断信号通知CPU读取FIFO中的数据，可对雷达各模块的可检测信号进行在线检测，最终与服务器中存储的相应真值进行对比分析，判断故障位置。

Claims (3)

1.一种活动目标侦察校射雷达故障诊断仪，其特征在于，包括服务器、信号测量模块、微波功率测量模块、检测电缆、显示器，所述服务器内嵌有嵌入式工控主板，信号测量模块与微波功率测量模块连接在工控主板的接口上，服务器通过信号线与显示器相连，信号测量模块采集雷达系统中的组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号，并进行时域和频域分析得到数字量信号并输出给服务器，微波功率测量模块采集雷达系统中的频率综合器输出的射频激励信号，并进行测量处理得到功率信号和频率信号输出给服务器，服务器接收到数字量信号、功率信号和频率信号后通过预定向量测试方法定位到故障位置点，并根据故障位置点生成故障排除步骤，然后通过多媒体形式呈现在显示器上；

所述服务器用于根据接收到的数字量信号、功率信号和频率信号生成故障诊断信息，并发送给显示器；

所述信号测量模块用于采集雷达组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号，并进行时域和频域的分析处理；

所述微波功率测量模块用于采集雷达频率综合器输出的射频激励信号，并对射频激励信号进行测量处理；

所述服务器包括数据预处理单元、故障诊断单元、故障排除单元、数据存储单元；

构建数据存储单元的真值数据时，首先通过信号测量模块采集各待检测孔的非故障数据信号，通过微波功率测量模块采集待检测频率综合器输出的非故障射频激励信号，然后输入给服务器按照预设格式存储为对应信号的真值，并记录对应信号的位置点形成位置点记录；

所述数据存储单元用于存储待检测的数据信号、射频激励信号的真值以及位置点记录；

所述数据存储单元还用于存储通过触摸屏录入的故障位置点的排除步骤，以及多媒体形式的故障位置点信息，所述故障位置点信息是指故障位置的具体电参数；

所述数据预处理单元用于根据微波功率测量模块的接口协议接收功率信号和频率信号，并编译成数据存储单元中对应真值存储的格式；

所述数据预处理单元还用于接收信号测量模块输出的数字量信号；

所述故障诊断单元用于通过预定向量测试方法将待检测孔的数字量信号的真值与数据存储单元中的真值进行比较，判断待检测孔是否有故障，如果待检测孔的数字量信号的真值与数据存储单元中对应的真值不相等，则判断待检测孔为故障孔，并根据位置点记录确定故障位置点，如果待检测孔的数字量信号的真值与数据存储单元中对应的真值相等，则判断待检测孔为正常孔；

所述故障诊断单元还用于通过预定向量测试方法将编译之后的功率信号和频率信号的真值与数据存储单元中的真值进行比较，判断待检测频率综合器是否有故障，如果编译之后的功率信号和/或频率信号的真值与数据存储单元中对应的真值不相等，则判断待检测频率综合器为故障频率综合器，并根据位置点记录确定故障频率综合器的故障位置点，如果编译之后的功率信号和频率信号的真值与数据存储单元中对应的真值相等，则判断待检测频率综合器为正常频率综合器；

所述故障排除单元根据故障位置点提取数据库中存储的所述故障位置点的排除步骤，并以多媒体的形式输出给显示器；

所述显示器配置有触摸屏，用于人机信息交互。

2.根据权利要求1所述的一种活动目标侦察校射雷达故障诊断仪，其特征在于，通过触摸屏还可以实时将故障位置点的最新排除步骤或者新的故障位置点的排除步骤存储在数据存储单元中，不断更新数据存储单元中存储的故障位置点信息和排除步骤信息，提高故障排除的效率。

3.权利要求1-2任意一项所述的一种活动目标侦察校射雷达故障诊断仪的诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：构建故障诊断仪的服务器中存储的待检测故障信号的真值数据，所述待检测故障信号包括雷达系统中的组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号，以及雷达频率综合器输出的射频激励信号，首先通过信号测量模块采集各待检测孔的非故障数据信号，通过微波功率测量模块采集待检测频率综合器输出的非故障射频激励信号，然后输入给服务器按照预设格式存储为对应信号的真值，并记录对应信号的位置点；

步骤2：通过触摸屏输入待检测故障信号的故障位置点的排除步骤，以及多媒体形式的故障位置点信息至服务器中存储，所述故障位置点信息是指故障位置的具体电参数；

步骤3：使用故障诊断仪诊断故障时，通过信号测量模块采集雷达组合面板上的检测孔和各印制板上的检测孔的数据信号并转换为数字量信号，通过微波功率测量模块采集雷达频率综合器输出的射频激励信号，并对射频激励信号进行测量处理得到功率信号和频率信号；

步骤4：将信号测量模块输出的数字量信号，以及微波功率测量模块输出的功率信号和频率信号输入给服务器，服务器首先通过预定向量测试方法进行故障位置点的诊断，然后根据故障位置点以多媒体的形式输出所述故障位置点的排除步骤至显示器。

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