CN115792616A - 一种星载微波雷达驱动机构自动化测试方法及测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载微波雷达驱动机构自动化测试方法及测试设备，该测试设备包含：上位机、FPGA测试板卡、雷达机构控制器、自适应配重装置、微波吸收暗箱、星载微波雷达组件(包括星载微波雷达和雷达驱动机构)。FPGA测试板卡具备指令序列发送功能，自动实现雷达各个模式的功能、性能测试。自适应配重装置可实现微波雷达驱动机构的完全失重模拟，上位机可绘制微波雷达的位置、速度、相电流、反作用力矩曲线，以清晰直观地监测当前测试情况。微波吸收暗箱可以进行折叠、体积小、便于随时随地进行验收测试。本发明的测试方法及测试设备可用于地面模拟失重环境下实现自动化测试星载微波雷达驱动机构的运动情况、功能和性能。

Description

一种星载微波雷达驱动机构自动化测试方法及测试设备

技术领域

本发明涉及空间领域微波雷达驱动机构自动化测试系统，尤其是针对在地面时对微波雷达驱动机构进行模拟测试，具体涉及一种星载微波雷达驱动机构自动化测试方法及测试设备。

背景技术

微波雷达是卫星上、空间站上重要的目标侦察装置，目前在诸多航天型号项目中使用。在发射前，通常在地面需要对星载微波雷达进行长达几年的研制和测试，传统的测试方法一般是通过人工发送指令、人工监测遥测数据、事后完成测试报告，这种方法不仅极大地耗费人力，而且经常出现指令发送错误、遥测判读错误等问题。另一方面，由于地面测试过程中通常也不重视地空测试环境的差异，无法将微波雷达放置于完全失重的环境下运行。而且，测试微波雷达一般在大型暗室内进行，由于暗室内都装满了吸波材料，长期工作于暗室内会吸入大量的有毒气体损伤健康。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种用于星载微波雷达驱动机构的自动化测试方法和测试设备，用于地面模拟失重环境下实现自动化测试星载微波雷达驱动机构的运动情况、功能和性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种星载微波雷达驱动机构自动化测试设备，其包含：上位机、FPGA测试板卡、雷达机构控制器、自适应配重装置、微波吸收暗箱、星载微波雷达组件；所述自适应配重装置、星载微波雷达组件均设置在所述微波吸收暗箱内；

所述上位机与所述FPGA测试板卡信号连接，所述上位机接收来自所述FPGA测试板卡的遥感数据包，进行数据处理，得到监测信息；

所述雷达机构控制器与所述FPGA测试板卡信号连接，所述雷达机构控制器接收来自所述FPGA测试板卡的指令信息，所述FPGA测试板卡接收来自所述雷达机构控制器的遥感数据包；

所述自适应配重装置包含：配重装置电机、可伸缩铰链；所述配重装置电机与所述雷达机构控制器电连接或信号连接；所述雷达机构控制器根据所述FPGA测试板卡发送的指令，通过控制所述配重装置电机的转动角度，控制所述可伸缩铰链伸缩；

所述星载微波雷达组件包含：星载微波雷达及雷达驱动机构；所述星载微波雷达设置在所述可伸缩铰链的远端，通过可伸缩铰链调整位置，进行配平；所述雷达驱动机构与所述雷达机构控制器电连接或信号连接；所述雷达机构控制器控制所述雷达驱动机构驱动所述星载微波雷达随着监测目标转动，以对监测目标进行追踪、锁定。

可选地，所述微波吸收暗箱由若干吸波材料面板形成。

可选地，所述微波吸收暗箱还包含一折叠机构，所述吸波材料面板固定围设在所述折叠机构外部，在使用状态下，折叠机构打开，所述吸波材料面板形成一方形立体结构；在收纳状态下，折叠机构折叠，所述吸波材料面板堆叠。可选地，所述折叠机构为剪式机构，由两把剪刀式可折叠机构组成，由直线驱动机构驱动展开和收缩。

可选地，所述FPGA测试板卡用于运行自动化测试程序，所述测试程序具备指令序列发送功能、异常判别功能、功能指标判别功能、启停控制功能、速度稳定度测试功能、反作用力矩测试功能、测试数据存储功能、遥测包上传功能中的任意一种或多种。

可选地，所述指令序列包含：期望位置指定指令、单次搜索指令、空域目标搜索指令、速度追踪指令、零位修正指令、软限位设定指令、三环参数注入指令、速度设定指令、异常停控指令、遥测包取数指令中的任意一种或多种。

可选地，所述雷达机构控制器与FPGA测试板卡采用UART串口通信的方式进行数据传输。

可选地，该测试设备还包含：充氮气装置，其连通所述雷达驱动机构，用于地面测试过程中保持机构内腔的干燥。

本发明还提供了一种星载微波雷达驱动机构自动化测试方法，其包含：

步骤1，提供上述的星载微波雷达驱动机构自动化测试设备；

步骤2，通过控制直线驱动机构展开折叠机构，将吸波材料面板固定在剪式机构外框上形成微波吸收暗箱，将星载微波雷达组件、自适应配重装置置于所述微波吸收暗箱内；

步骤3，完成自主配平：FPGA测试板卡根据采集的雷达驱动机构的位置信息，自主调节配重装置电机的转动角度，以调节可伸缩铰链的长度，直到星载微波雷达能够稳定在水平平衡零位处，然后锁定在该处位置，实现星载微波雷达重力的抵消，构造出失重的环境；

步骤4，启动FPGA测试板卡的自动化测试流程，完成state1～state13中的程序，实现多次循环测试。

可选地，在每次循环测试前，还进行堵转异常检测。

相比于现有技术，本发明的有益效果至少包含：

1、可以完成星载微波雷达组件的数字化、自主完全配平，模拟太空失重环境。

2、能够发送微波雷达指令序列，自动化测试雷达驱动机构的各种工作模式，完成功能、性能测试，同时具有故障自主识别和保护功能，且上位机可以实时显示星载微波雷达测试的相关参数，绘制出位置、速度、电流、反作用力矩曲线，可视化效果美观直接。

3、有别于传统的微波雷达大型暗室，本发明中的微波吸收暗箱可以进行折叠、体积小、便于随时随地进行验收测试、成本低等诸多优点。

附图说明

图1为本发明的一种星载微波雷达驱动机构自动化测试设备的结构示意图。

图2为本发明的一种微波吸收暗箱的结构示意图。

附图标识：

上位机10

FPGA测试板卡20

雷达机构控制器30

配重装置电机41

可伸缩铰链42

配重块43

星载微波雷达组件50

星载微波雷达51

雷达驱动机构52

微波吸收暗箱60

吸波材料面板61

折叠机构62。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，为本发明的一种星载微波雷达驱动机构自动化测试设备，其包含：上位机10、FPGA测试板卡20、雷达机构控制器30、自适应配重装置、星载微波雷达组件50、微波吸收暗箱60。

所述上位机10与所述FPGA测试板卡20信号连接，接收来自所述FPGA测试板卡20的遥感数据包，进行数据处理，给出监测信息，如监测报告。具体来说，FPGA测试板卡20可通过串口将遥测数据包上传到上位机10，上位机10可以在所述遥测数据包的基础上，将微波雷达的位置曲线、速度曲线、相电流曲线、反作用力矩曲线绘制出来，使得测试人员可以清晰直观地监测当前测试情况，测试过程中，实时保存测试数据，并且根据测试人员所设定的报告模板自动生成测试报告。

所述雷达机构控制器30与所述FPGA测试板卡20信号连接。所述FPGA测试板卡20接收所述雷达机构控制器30反馈的遥测数据包，并将指令信息发送给所述雷达机构控制器30。

所述FPGA测试板卡20用于运行自动化测试程序，所述测试程序具备指令序列发送功能、异常判别功能、功能指标判别功能、启停控制功能、速度稳定度测试功能、反作用力矩测试功能、测试数据存储功能、遥测包上传功能中的任意一种或多种。

所述指令序列包含：期望位置指定指令、单次搜索指令、空域目标搜索指令、速度追踪指令、零位修正指令、软限位设定指令、三环参数注入指令、速度设定指令、异常停控指令、遥测包取数指令中的任意一种或多种。

本例中，雷达机构控制器30与FPGA测试板卡20采用UART串口通信的方式进行数据传输，雷达机构控制器30可以接收FPGA测试板卡20发送的指令，FPGA测试板卡20可以接收雷达机构控制器30反馈的遥测数据包，具体自动化测试方法如下：

1)设备上电复位；

2)FPGA测试板卡20等待接收外部按键启动信号；

3)启动后，FPGA内采用一段式摩尔(Moore)状态机设计微波雷达测试流程：

4)state1：发送零位修正指令(该指令可以校准星载微波雷达运动的坐标系)，将标定过的水平零度位置值注入给雷达机构控制器30(下文中FPGA测试板卡20发送的指令均给到雷达机构控制器30)，状态机跳转到state2；

5)state2：启动计数器功能，等待延时1秒，清零计数器，同时状态机跳转到state3；

6)state3：发送软限位设定指令给雷达机构控制器30，限制住星载微波雷达51能扫描的最大范围，状态机跳转到下一状态state4；

7)state4：启动计数器功能，等待延时1秒，清零计数器，同时状态机跳转到state5；

8)state5：发送空域目标搜索指令，等待接收雷达信号处理机(图中未示出)搜到的目标大致位置，状态机跳转到下一状态state6；

9)state6：发送期望位置指定指令，状态机跳转到下一状态state7；

10)state7：启动计数器功能，等待延时3秒，使雷达驱动机构52在3秒内转动到目标位置所在区域，清零计数器，同时状态机跳转到state8；

11)state8：发送单次搜索指令，使雷达驱动机构52能在监测目标所在区域内进行一次搜索扫描，同时状态机跳转到state9；

12)state9：发送遥测包取数指令，FPGA测试板卡20接收来自雷达机构控制器30反馈的遥测数据包，判别“单次搜索完成？”的工作状态字，如果单次搜索完成，则进入到下一状态机state10；否则停留在当前状态机state9每个周期发送一次遥测包取数指令。单次搜索完成后，雷达信号处理机就会发现该区域内的目标，并且获取到该目标的运动速度信息。

13)state10：发送速度追踪指令，将目标的速度值发送给雷达机构控制器30，驱动星载微波雷达51跟随着监测目标转动，实现目标锁定追踪功能，同时状态机跳转到state11。

14)state11：启动计数器功能，等待延时10秒，完成一次目标的搜索测试，清零计数器，同时状态机跳转到state12；

15)state12：发送遥测包取数指令，FPGA测试板卡20接收来自雷达机构控制器30反馈的遥测数据包，判别“电机堵转？”的工作状态字，如果该状态字显示电机(雷达驱动机构52)已经堵转，说明雷达驱动机构52可能出现异常，比如线缆钩挂等故障导致雷达驱动机构52转不动。雷达机构控制器30通过判别电流大小识别雷达驱动机构52是否堵转，电流大小超过设定的阈值说明电机输出的力矩已经很大，可能出现堵转异常，则进入到下一状态机state13；如果电机堵转状态字显示正常，则进入到状态机1，进行第二次自动测试流程。

16)state13：发送异常停控指令，使雷达机构控制器30将三环参数清零，

雷达驱动机构52卸力，同时给出测试异常的标志位。

所述自适应配重装置、星载微波雷达组件50均设置在所述微波吸收暗箱60内。为了清楚展示所述自适应配重装置、星载微波雷达组件50的结构和位置，图1中未示出微波吸收暗箱60。所述星载微波雷达组件50包含：星载微波雷达51、雷达驱动机构52。

所述自适应配重装置包含：配重装置电机41、可伸缩铰链42、配重块43；所述配重装置电机41与所述雷达机构控制器30电连接或信号连接，通过控制配重装置电机41的转动角度控制可伸缩铰链42的长度。

所述星载微波雷达51设置在所述可伸缩铰链42的远端，所述配重块43设置在所述可伸缩铰链42的近端。通过可伸缩铰链42调整位置，使得所述星载微波雷达51处于失重状态，模拟太空环境下的星载微波雷达51所处的环境。

FPGA测试板卡20根据旋变传感器(图中未示出)采集的雷达驱动结构52的位置信息，控制调节配重装置电机41的转动角度，从而调节可伸缩铰链42的长度，达到改变配重块43力臂长度的目的，直到星载微波雷达51能够稳定在水平平衡零位处，然后锁定在该处位置，实现星载微波雷达51重力的抵消，构造出失重的环境，便于地面测试调节出最真实、性能最优的控制参数，该自适应配重装置有别于常规的配重装置，相比于传统安装配重块的方式安装位置固定(力臂固定)、配重块大小固定，阻力矩无法精确抵消搜索机构的力矩，难以做到完全配平，而本发明的主要优势在于整个配重过程完全自主调节、数字化控制，能够完全配平。

所述雷达驱动机构52与所述雷达机构控制器30电连接或信号连接；所述雷达机构控制器30可根据控制FPGA测试板卡20发送的指令，控制所述雷达驱动机构52驱动所述星载微波雷达51随着监测目标转动，以对监测目标进行锁定、追踪。

如图2所示，所述微波吸收暗箱60由若干吸波材料面板61形成，使星载微波雷达组件50、自适应配重装置处于微波吸收暗箱60内。这样做的目的是，防止星载微波雷达51工作时产生的微波辐射到测试人员，极大地危害身体健康，同时，反射的微波由于距离太近会导致大功率回波损伤雷达，吸波材料将微波吸收后可以有效解决这个问题。本例中，所述吸波材料为角锥吸波材料。

为了避免微波吸收暗箱60体积过大，不方便运输、储存，本发明的微波吸收暗箱60还包含：一折叠机构62，所述吸波材料面板61固定围设在所述折叠机构62的外部。在使用状态下，折叠机构62打开，所述吸波材料面板61展开形成一方形立体结构，即形成微波吸收暗箱60；在收纳状态下，折叠机构62折叠，所述吸波材料面板61堆叠，体积大幅缩小。

本例中，所述折叠机构62为剪式机构，由两把剪刀式可折叠机构组成，由直线驱动机构(图中未示出)驱动展开和收缩，将6块角锥吸波材料(如，聚氨酯)面板固定于剪式可折叠机构上。展开后呈现一个立方体构型的微波吸收暗箱60，折叠后极大地减小暗箱体积，便于运输。有别于传统的大型暗室厂房，需要测试人员在暗室内进行测试，由于暗室内都装满了吸波材料，长期工作于暗室内会吸入大量的有毒气体损伤健康，而本发明中的这种微型、可折叠微波吸收暗箱可以有效隔离测试人员和雷达辐射，成本极低，并且可实现灵活运输搬运。

本发明的测试设备还包含：电源板(图中未示出)，用于为雷达机构控制器供电。

本发明的测试设备还包含：充氮气装置(图中未示出)，其连通所述雷达驱动机构，用于地面测试过程中保持机构内腔的干燥，进而实现保持机构永磁同步电机的良好性能。

采用本发明的星载微波雷达驱动机构自动化测试设备进行自动化测试的方法包含以下步骤：

第一步，将星载微波雷达组件50固定在微波吸收暗箱60的底板工装上，安装所述自适应配重装置，通过控制直线驱动机构展开剪式机构(折叠机构512)，将6块角锥吸波材料面板511固定在剪式机构外框上形成暗箱，使星载微波雷达组件50、自适应配重装置处于微波吸收暗箱60内。

第二步，完成自主配平：FPGA测试板卡20根据采集的雷达驱动机构52的位置信息，自主调节配重装置电机41的转动角度，从而调节可伸缩铰链42的长度，达到改变配重块43的力臂长度的目的，直到星载微波雷达51能够稳定在水平平衡零位处，然后锁定在该处位置，实现星载微波雷达51重力的抵消，构造出失重的环境，便于地面测试调节出最真实、性能最优的控制参数。

第三步，FPGA测试板卡20启动自动化测试流程，完成state1～state13中的程序，实现多次循环测试，同时每次循环将会对雷达驱动机构52实现一次堵转异常检测，检测到异常后自动发送停控指令给雷达机构控制器30，实现对雷达驱动机构52的保护，提升自动化测试的可靠性。

同时，在测试过程中，FPGA测试板卡20会将雷达机构控制器30发送的遥测数据包存储下来发给上位机10，存储信息中是位置和角速度信息，将角速度进行求导可以得出角加速度信息：

上式中，α表示角加速度，ω表示角速度。

根据雷达机构已知的转动惯量J和计算得到的角加速度信息，可以推算出反作用力矩T的大小：

T＝J×α÷57.3

根据速度信息可以计算速度稳定度：

速度稳定度＝(设定速度－实际速度)/设定速度。

根据算出的反作用力矩T可以实时监测星载微波雷达驱动机构在轨工作时对卫星的反作用力矩是否会影响卫星姿态。

综上所述，本发明通过设置自适应配重装置可以自主配平，营造所述星载微波雷达的失重环境，使得测试数据更加可靠；通过设置可折叠微波吸收暗箱，操作安全友好，且可实现随时随地进行验收测试。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种星载微波雷达驱动机构自动化测试设备，其特征在于，该测试设备包含：上位机、FPGA测试板卡、雷达机构控制器、自适应配重装置、星载微波雷达组件、微波吸收暗箱；

所述上位机与所述FPGA测试板卡信号连接，所述上位机接收来自所述FPGA测试板卡的遥感数据包，进行数据处理，得到监测信息；

所述雷达机构控制器与所述FPGA测试板卡信号连接，所述雷达机构控制器接收来自所述FPGA测试板卡的指令信息，所述FPGA测试板卡接收来自所述雷达机构控制器的遥感数据包；

所述自适应配重装置、星载微波雷达组件均设置在所述微波吸收暗箱内；

所述自适应配重装置包含：配重装置电机、可伸缩铰链；所述配重装置电机与所述雷达机构控制器电连接或信号连接；所述雷达机构控制器根据所述FPGA测试板卡发送的指令，通过控制所述配重装置电机的转动角度，控制所述可伸缩铰链伸缩；

所述星载微波雷达组件包含：星载微波雷达及雷达驱动机构；所述星载微波雷达设置在所述可伸缩铰链的远端，通过可伸缩铰链调整位置，进行配平；所述雷达驱动机构与所述雷达机构控制器电连接或信号连接；所述雷达机构控制器控制所述雷达驱动机构驱动所述星载微波雷达随着监测目标转动，以对监测目标进行追踪、锁定。

2.如权利要求1所述的星载微波雷达驱动机构自动化测试设备，其特征在于，所述微波吸收暗箱由若干吸波材料面板形成。

3.如权利要求2所述的星载微波雷达驱动机构自动化测试设备，其特征在于，所述微波吸收暗箱内还设有一折叠机构，所述吸波材料面板固定围设在所述折叠机构外部，在使用状态下，折叠机构打开，所述吸波材料面板形成一方形立体结构；在收纳状态下，折叠机构折叠，所述吸波材料面板堆叠。

4.如权利要求3所述的星载微波雷达驱动机构自动化测试设备，其特征在于，所述折叠机构为剪式机构，由两把剪刀式可折叠机构组成，由直线驱动机构驱动展开和收缩。

5.如权利要求1所述的星载微波雷达驱动机构自动化测试设备，其特征在于，所述FPGA测试板卡用于运行自动化测试程序，所述测试程序具备指令序列发送功能、异常判别功能、功能指标判别功能、启停控制功能、速度稳定度测试功能、反作用力矩测试功能、测试数据存储功能、遥测包上传功能中的任意一种或多种。

6.如权利要求5所述的星载微波雷达驱动机构自动化测试设备，其特征在于，所述指令序列包含：期望位置指定指令、单次搜索指令、空域目标搜索指令、速度追踪指令、零位修正指令、软限位设定指令、三环参数注入指令、速度设定指令、异常停控指令、遥测包取数指令中的任意一种或多种。

7.如权利要求1所述的星载微波雷达驱动机构自动化测试设备，其特征在于，所述雷达机构控制器与FPGA测试板卡采用UART串口通信的方式进行数据传输。

8.如权利要求1所述的星载微波雷达驱动机构自动化测试设备，其特征在于，该测试设备还包含：充氮气装置，其连通所述雷达驱动机构，用于地面测试过程中保持机构内腔的干燥。

9.一种星载微波雷达驱动机构自动化测试方法，其特征在于，该方法包含：

步骤1，提供权利要求1-8中任意一项所述的星载微波雷达驱动机构自动化测试设备；

步骤2，通过控制直线驱动机构展开折叠机构，将吸波材料面板固定在剪式机构外框上形成微波吸收暗箱，将星载微波雷达组件、自适应配重装置置于所述微波吸收暗箱内；

步骤3，完成自主配平：FPGA测试板卡根据采集的雷达驱动机构的位置信息，自主调节配重装置电机的转动角度，以调节可伸缩铰链的长度，直到星载微波雷达能够稳定在水平平衡零位处，然后锁定在该处位置，实现星载微波雷达重力的抵消，构造出失重的环境；

步骤4，启动FPGA测试板卡的自动化测试流程，完成state1～state13中的程序，实现多次循环测试。

10.如权利要求9所述的星载微波雷达驱动机构自动化测试方法，其特征在于，在每次循环测试前，还进行堵转异常检测。

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