雷达改进型导弹测试系统设计与实现

摘 要：针对科研阶段导弹测试设备需要便于运输、测试覆盖全面、测试方式灵活等需求，本文给出了基于PXI总线的雷达改进型导弹总体性能测试系统的设计，重点阐述了小型化测控系统设计、高密度电源系统设计、智能化导引头目标模拟器和引信目标模拟器等设计，最后介绍了系统实现的效果及特点。经使用表明，系统运行可靠，达到了小型化、智能化、使用灵活和便于扩展等设计目标，取得了较好的使用效果。

关键词：导弹测试；PXI总线；目标模拟；小型化；智能化

1 引言

随着雷达改进型空空导弹系统的研制工作开展，为了保障型号研制的顺利进行，研制雷达改进型导弹总体性能测试系统（以下简称测试系统）是十分必要的。

设备能够满足全面覆盖雷达改进型空空导弹科研阶段的各种测试要求，并且运输方便、使用灵活，测试系统充分采用小型化、通用化等设计，对导引头目标模拟器和引信目标模拟器等组件进行智能化设计，使测试系统整体达到便携化、通用化和使用灵活，能够全面满足科研阶段的各种测试需求[1]。

2 系统总体设计

测试系统采用便携式减振机箱的结构形式，主要由测试控制柜、电源柜两个14U高度的减振机箱（较好地满足人机工程要素）以及专用测试组件（包括引信目标模拟器、导引头屏蔽罩、引信天线带、舵机解锁单元等）组成。测试系统采用PXI总线控制，在保证设备高可靠性的同时，设计中充分采用测控领域的最新成果，并进行了模块化、小型化、通用化设计，利用先进的测试技术，做到使设备操作方便，维护简单，便于使用。

两个减振机箱按功能又分为电源柜和测试控制机柜。电源柜除提供导弹测试所需的电源外，还提供测试系统本身所需的设备供电；另外，电源机柜还具有导弹供电电压、电流监测、过压和过流保护功能。测试控制机柜是整个测试设备的控制中枢，主要包括PXI测试系统（集成主控计算机）、KVM显示器单元、信号转接及自检单元、无线电修正通道模拟高频单元、导引头目标模拟器等。

在整个导弹测试过程中，测试控制柜控制产生导弹测试所需的激励信号，调理和检测导弹的输出信号，保证测试过程按设定的测试流程进行。在测试结束，给出测试结果，并记录测试数据；对测试不合格的导弹，能够给出不合格项报表，并将故障定位到舱段。测试系统组成见图1。

图1 测试系统组成框图

3 设计实现

下面着重对雷达改进型导弹测试系统小型化设计、智能化组件设计及改进设计部分进行介绍。

3.1 测控系统

测控系统是整个导弹测试系统的核心，用来控制向被测导弹加电、装定飞行任务参数、完成各个测试单元的统一调度和测试时序控制、电源监控、产品保护、测试数据建档、打印等功能。

为了减小设备的体积以方便运输和使用，测试系统采用PXI控制总线，通过PXI总线零槽控制器（嵌入式主控计算机）对PXI总线中各功能模块及单元进行控制，系统的PXI控制器选用NI公司的PXI-8106嵌入式控制器，PXI机箱选用14槽PXI-1044机箱。

相对于原来的VXI总线控制系统，PXI总线在数据的传输速率、兼容性、互操作性、尺寸和结构等方面都显示了较大优势， 在VXI控制系统中仅VXI机箱的高度就达到8U，相对于VXI控制总线PXI控制机箱及嵌入式主控计算机的高度仅3U，大大减少了设备的体积[2]。

3.2 产品供电系统设计

3.2.1 产品供电电源设计

供电系统为产品测试提供所需的产品电源和设备所需的设备电源，主要功能如下：

a.按要求提品测试所需的各路直流电源和系留弹测试所需的交流电源；b.完成产品供电的实时监测，具备对电源输出二次保护；c.具有应急断电功能。

为减小设备体积，增加电源的通用化，通过对TDK-LAMBDA电源的纹波、谐波能量及开关频率的试验和分析，经型号线确认后测试系统均采用TDK-LAMBDA公司和安捷伦公司的高密度程控模块电源。整个电源系统采用通用化设计，电源高度12U，可以集中安装在一个减振机箱中，大大减小电源体积（由原来需要雷达型导弹测试设备2-3个电源机箱减少到1个）。除能够满足雷达改进型导弹（包括系留弹、战斗弹、训练弹等）的测试，还可以兼容其它主要型号导弹测试供电。

3.2.2 电压和电流监测及保护

虽然选用电源都具有过流保护功能，但对于产品来说，如果其中一路供电出现异常而不及时切断全部产品供电，会对产品造成损害，后果严重。电源监测电路的功能就是对产品电源的电流输出状态进行监控，采用电流互感器将电流值变换为电压值，进入检测比较电路。当有任一路电流或电压检测门限值超出规定值时快速切断全部产品供电继电器，并给出警告信号，达到全面保护产品的目的。保护电路全部由硬件电路实现以保证快速性，实现电路见图2。

图2 电压/电流检测单元电路原理图

当有过流或过压信号时，通过电压比较器实现输出阶跃，触发两路可控硅。其中一路实现切断产品供电回路控制总电源；另一路实现过流电路的记忆确认，通过指示灯指示出具体哪一路电源故障，方便测试的排故。

3.3 导引头目标模拟器设计

相对于雷达型导弹，雷达改进型导弹采用了宽带跳频抗干扰设计，同时具有高重频、中重频工作模式，中重频测距功能等先进技术，雷达型导弹目标模拟器已经不能满足雷达改进型导弹的测试需求。

由于科研阶段产品要完成联试、排故及技术验证等各种测试，要求导引头目标模拟器应使用灵活，可以独立适应各种测试需求。所以模拟器采用射频存储的回波信号模拟方式，对导引头射频信号下变频后利用高速A/D对中频信号进行射频存储，利用FPGA对采样数据进行数字处理，完成多普勒信号的调制和数字滤波等处理[3-4]。

导引头目标模拟器和上位机只需要通过RS-422总线接口进行信息和数据交互，完成模拟器初始参数的设定和模拟器工作信息的反馈，实现方式如图3所示。

目标模拟器利用下变频接收通道，经两次混频、滤波后，变为中频信号；然后，在信号处理产生分系统中利用高速ADC对中频信号进行高速采样，数字化后的输入信号在数字信号处理单元中进行目标回波的信息调制。两路调制生成信号由对应的高速DAC完成数模转换，DAC输出信号随后经对应的上变频通道，进行与接收过程对应的两级混频、滤波，形成与雷达频率相同、相位相参的射频回波信号。

该方案灵活性较高、扩展性强（仅通过更改模拟器软件可以增加目标距离拖引、速度拖引等测试项目），能够单独模拟一个目标回波也可以同时模拟两个目标回波，并且两个目标回波的距离、速度、加速度和回波能量等可实时控制，完成单目标试验、双目标试验、目标+欺骗式干扰试验等多种试验。

3.4 引信目标模拟器

为了更加真实的模拟弹目交会时目标回波脉冲，雷达改进型引信目标模拟器在保持目标回波多普勒脉冲连续同时，增加了回波的多普勒脉冲数量可任意设置等要求。

为了简化接口，提高使用灵活性，新引信目标模拟器采用单片机控制系统，模拟器和上位机控制采用RS-422总线通信，引信模拟器根据上位机发送的多普勒脉冲数量、回波功率等初始工作参数独立完成引信目标回波模拟功能，实现原理如图4所示。

模拟器控制采用PIC32MX795F512L为主控芯片，根据上位机发送的控制参数由主控芯片的输出比较模块产生一路PWM信号，通过写PRx寄存器来设定PWM的周期，该比较模块配置成PWM工作模式时，采用主锁存器和辅助锁存器，能够使PWM电平跳变无毛刺，提高了PWM信号的品质。PWM信号通过波形变换电路，会产生定周期的锯齿波信号，并隔离出同周期的同步方波信号，锯齿波信号加载到边带调制模块上，同步方波信号传给主控芯片的外部计数器上，对锯齿波的数量进行控制，从而控制回波的多普勒脉冲数量。

3.5 并行数据驱动改进设计

在导弹测试中，由于导弹送出的并行数据信号驱动能力较弱，不适合较长距离的传输，当传输距离超过3米时，数据信号衰减较大，信号的波形明显变差，导致数据误码率增加，同时还会影响导弹的正常工作。而测试系统由于要兼顾产品温度及振动多种测试，测试电缆长度要求大于6米。

改进在原有定型的并行数据接收板不做改动的原则下对产品发出的并行数据进行调理，在前端增加光耦首先进行光电隔离，杜绝对产品产生的影响，然后把并行数据的信号转换成适合长距离传输的差分信号，增加信号的驱动能力。试用光耦A2630进行光电隔离，能够满足并行数据500K的通信速率，同时其导通电流较小，低于导弹信号输出驱动10mA，选用芯片SN75174进行差分转换提高信号驱动能力和传输距离。

整个驱动板安装在金属盒内，体积小，非常适合直接加装在遥测电缆的前端。BMK驱动使用示意如图5所示。

使用驱动电路对导弹并行数据信号进行隔离、驱动增强，消除对导弹的信号干扰，解决了测试导弹时并行数据不能长距离传输的问题，在其它型号和非标测试设备上也得到成功应用。

4 实施效果

雷达改进型导弹总体性能测试系统于2010年3月交付总体部使用，设备先后完成雷达改进型系留弹联试及交付试验、雷达改进型导弹散件联试、全弹交付试验、电磁兼容试验、环境试验等一系列测试，系统运行稳定可靠，满足了科研阶段的全部测试需求并具有以下特点。

4.1 采用PXI控制总线及零槽控制器（嵌入式主控计算机）和高密度模块化电源，大大减小了设备的体积，测试系统仅2个减振机箱（雷达型导弹测试仪4个减振机箱，通用检测设备雷达弹状态5个减振机箱），极大方便了运输和使用。

4.2 主通道目标模拟器采用模块化和智能化设计，先进的射频存储的回波信号模拟方式，灵活性较高，扩展性强（仅需通过RS-422总线完成上位机初始参数设置后可独立工作，便于向其它设备扩展），可以完成单目标试验、双目标试验、目标+欺骗式干扰试验等多种试验。

4.3 引信目标模拟器采用嵌入式控制，独立实现了目标回波多普勒脉冲连续和多普勒脉冲数量可设置等功能，使用灵活，满足了科研阶段引信的各项试验，易于移植和功能扩展。

4.4 并行数据驱动改进处理，使用驱动电路对导弹并行数据信号进行隔离、驱动增强，消除对导弹的信号干扰，解决了导弹并行数据不能长距离传输的问题。

结束语

测试系统采用PXI控制总线及嵌入式零槽控制器、高密度模块电源、智能化的导引头目标模拟器和引信目标模拟器，达到了小型化、智能化、使用灵活和测试覆盖全面等设计目标。经使用表明，系统运行可靠、易于携带和运输、操作简单，满足科研阶段各种测试要求，取得了较好的使用效果，为型号研制发挥了极大的保障作用。同时，测试系统的多项设计如导引头目标模拟器的技术、并行数据驱动改进已成功应用于雷达改进型导弹测试仪、雷达改进型生产线测试设备等测试设备中，为后续相关设备的研制打下较好的基础。■

参考文献

[1]闫淑群.基于PXI总线的导弹自动测试系统设计[J].计算机测量与控制，2011（8）.

[2]刘洪.PXI技术的发展和应用[J].测控技术，2006（6）.

[3]刘魁.基于FPGA雷达多目标模拟器DRFM设计与实现[J].电子技术应用，2011（11）.

[4]陈芳.脉冲多普勒雷达目标回波模拟技术研究[D].南京理工大学，2006.