一种机载气象雷达系统教学试验台的制作方法

本发明属于机载气象雷达系统实训教学技术领域，特别是涉及一种为了训练民用飞机维修人员而设计的机载气象雷达系统教学试验台。

背景技术：

机载气象雷达系统是一种机载无线电监视系统，用于实时探测前方航路气象状况，帮助飞行员选择安全飞行路径，一般由天线组、收发组、显示器和控制盒四部分组成，该系统在机载无线电系统中使用的无线电频率最高，为x波段9.3ghz。随着我国民机机队规模的日益扩大，民众出行对飞行品质的要求日趋提高，这些需求对机载气象雷达系统的可靠性和快速维修提出更高要求，进而深化了该系统的教学培训要求。

由于机务维修行业的特殊安全性要求和现实条件的限制，若在真实在役飞机上面向学生和学员开展机载气象雷达系统实训学习，存在以下限制：

(1)该系统工作在x波段，设备在工作时存在微波辐射的安全问题，通常飞机制造商给出的解决方案是在天线周围设置扇形安全区域，一般安全距离要求至少在180°，15m以内不允许有人。

(2)飞机驾驶舱通常容纳3人左右，而按照ccar-147培训法规要求，维修实训不超过8人一组，再加上实训教师(员)，每次实训人数至少在6人以上。

(3)受到周围地形环境限制，如建筑物、机库、飞机/车辆等，气象雷达在地面通常只用于系统测试。即使工作在探测模式，由于气象目标的复杂性和瞬变，气象雷达很难捕捉到降雨、湍流、风切变等目标。

(4)气象雷达系统工作在x波段，在飞机系统中使用的无线电频率最高，其组件价格在机载电子系统组件中也是最高的，尤其是气象雷达收发组。

据相关文献报道，机载气象雷达系统仿真和模拟方面的研究比较多，主要集中在三个方面：

(1)机载气象雷达探测技术方面的探索与研究，尤其是雷达回波信号处理方向，包括降雨、湍流、风切变的回波特性分析等，通过建立模型进行仿真分析；

(2)机载气象雷达系统自动测试台方向的研究，基于通用设备资源，构建标准化、模块化硬件平台，搭载自动测试软件和自动测试指令集实现测试设备的自动化测试，用于提高雷达系统组件维修的生产效率，最大限度兼容不同型号雷达设备，降低维修企业维修成本；

(3)以飞行员操作训练为目标的气象雷达实训设备。基于目标机型，进行全方位、立体化的模拟，通常会构建类似飞机驾驶舱式的环境，突出操作训练的沉浸感；

在民用飞机维修方面真正开展机载气象雷达系统维修训练和排故的除了真实飞机外，多使用基于计算机的cbt软件和模拟机。cbt是以软件方式形象展现机载气象雷达系统工作原理和系统组成，但不能提供实际动手训练方面；而模拟机价格昂贵，主要面向对象是飞行员操作培训，注重飞机系统的综合训练，缺乏气象雷达系统的针对性，在完成气象雷达系统操作使用训练方面具备优势，但无法开展更深层次的综合训练。而在真实飞机上开展机载气象雷达系统训练，存在空间狭小，地面地形、周围障碍物和人员等存在诸多限制。能够综合解决机务维修培训上述问题，并且面向wxr-700机载雷达系统的教学实习台目前尚未看到国内外相关报道。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种面向wxr-700机载气象雷达系统教学试验台。

为了达到上述目的，本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台包括：实验台控制柜和机载气象雷达天线分机；

所述的实验台控制柜由机柜和安装在机柜上的wma电压表、wma电流表、wcp背光电压表、wcp背光电流表、输入电压表、输入电流表、实验台计时器、实验台急停开关、实验台电源总开关、示波器、工业显示器、115v交流电源启动按钮、115v交流电源停止按钮、工控机复位按钮、工控机启动按钮、工控机硬盘指示灯、工控机电源指示灯、wcp-701测试接口面板、wma-701测试接口面板、扬声器、wcp-701控制面板、efis仿真控制面板、wxr电源面板、内部安装有arinc429板卡、运动控制卡和继电器卡的工控机、程控直流电源、程控交流电源及变压器；

所述的机柜为长方体形结构，从上到下分为九个区域；wma电压表、wma电流表、wcp背光电压表、wcp背光电流表安装在机柜前面板的第一区域，变压器安装在此区域机柜内部，wma电压表、wma电流表和变压器与115v交流电源启动按钮和115v交流电源停止按钮相连，实时监控115v@400hz电源输出情况，wcp背光电压表和wcp背光电流表与变压器相连，实时监控5v@400hz电源输出情况；输入电压表、输入电流表、实验台计时器、实验台急停开关、实验台电源总开关安装在机柜前面板的第二区域，外部220v@50hz电源首先通过实验台急停开关，此开关用于实验台不正常情况时紧急断电，然后通过实验台电源总开关，此开关控制实验台总体用电，当此开关打开时实验台计时器开始持续统计实验台使用时长，输入电压表和输入电流表开始实时监控实验台输入电压和电流情况；示波器安装在机柜前面板的第三区域，从实验台电源总开关处获取电源，能够手动测试接口面板的测试点；工业显示器安装在机柜前面板的第四区域，用于显示工控机上气象雷达模拟仿真软件的情况；115v交流电源启动按钮、115v交流电源停止按钮、工控机复位按钮、工控机启动按钮、工控机硬盘指示灯和工控机电源指示灯安装在前面板的第五区域，其中115v交流电源启动按钮和115v交流电源停止按钮与程控交流电源相连，控制115v@400hz电源输出，工控机复位按钮和工控机启动按钮为工控机提供复位、启动操作，工控机硬盘指示灯和工控机电源指示灯为工控机提供硬盘运行指示、电源运行指示；wcp-701测试接口面板、wma-701测试接口面板、扬声器、wcp-701控制面板、efis仿真控制面板和wxr电源面板安装在机柜前面板的第六区域，其中wcp-701测试接口面板和wma-701测试接口面板与继电器板卡相连，根据程序指令控制wcp-701控制面板和气象雷达天线基座接口信号的输出，扬声器与工控机相连，输出程序中的音频，wcp-701控制面板从wxr电源面板获取电源，并与arinc429板卡相互通信，efis仿真控制面板与工控机直接相连，wxr电源面板上的“ac115v”按钮与115v交流电源启动按钮和115v交流电源停止按钮相连，控制向气象雷达天线基座和变压器提供电源，“28v”按钮与程控直流电源相连，控制向wcp-701控制面板提供直流电源，“ac5v”按钮与变压器相连，控制向wcp-701控制面板提供背光电源；工控机安装在机柜前面板的第七区域，从实验台电源总开关处获取电源，信息显示在工业显示器上，其上arinc429板卡采集wcp-701控制面板的信息，运动控制卡与气象雷达天线基座通信，采集气象雷达天线运动信息和为气象雷达天线运动提供控制信息，继电器板卡收集wcp-701控制面板和气象雷达天线基座的信息，并根据程序确定输出；程控直流电源安装在机柜前面板的第八区域，从实验台电源总开关处获取220v@50hz电源，并向wxr电源面板提供28v直流电源；程控交流电源安装在机柜前面板的第九区域，从实验台电源总开关处获取220v@50hz电源，并向115v交流电源启动按钮和115v交流电源停止按钮提供115v@400hz交流电源；

机载气象雷达天线分机包括气象雷达天线基座、气象雷达天线和天线组安装支架；其中气象雷达天线基座与wxr电源面板上的“ac115v”按钮相连，以获取115v@400hz的交流电源，与工控机内运动控制卡相连，获取气象雷达天线控制信号和回传气象雷达天线运动信息；气象雷达天线安装在气象雷达天线基座上且与气象雷达天线基座的运动机构相连接，由运动机构驱动气象雷达天线进行俯仰和方位扫描运动；气象雷达天线和气象雷达天线基座构成天线组件并安装在天线组安装支架上。

所述的气象雷达天线的型号为wfa-701；气象雷达天线基座上设有传感器，型号为wma-701。

所述的示波器的型号为sds1202cnl+。

所述的工业显示器的型号为lt1913。

所述的arinc429板卡的型号为pci-7102；运动控制卡的型号为pci-8614。

本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台基于wxr-700机载气象雷达系统真实天线组件和控制盒组件，具有如下有益效果：

1、能够高仿真度模拟b737ng飞机上wxr-700机载气象雷达系统的测试、操作过程，并基于飞机维修amm手册进行测试操作训练和气象雷达不同使用场景的显示识别训练；

2、能够实现wcp-701控制盒和wma-701气象雷达天线基座两个真实航材组件内部参数的在线测量，实现基于cmm手册的系统深度测试训练；

3、以工控机为核心构建的机载气象雷达教学实验台，去除微波回路，消除气象雷达系统产生的微波辐射安全隐患；

4、实验台可广泛配置在实验室内，按照3人/台的标准，可供多名实训学生(学员)同时使用，并且不必考虑周围地形、环境等方面的限制条件。

附图说明

图1为本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台中实验台控制柜结构示意图。

图2为本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台中天线组件结构示意图。

图3为本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台中气象雷达天线基座结构示意图。

图4为本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台中天线组安装支架结构示意图。

图5为本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台中控制部件构成框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台进行详细说明。

如图1—图5所示，本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台包括：实验台控制柜和机载气象雷达天线分机；

所述的实验台控制柜由机柜28和安装在机柜28上的wma电压表2、wma电流表3、wcp背光电压表4、wcp背光电流表5、输入电压表6、输入电流表7、实验台计时器8、实验台急停开关9、实验台电源总开关10、示波器11、工业显示器12、115v交流电源启动按钮13、115v交流电源停止按钮14、工控机复位按钮15、工控机启动按钮16、工控机硬盘指示灯17、工控机电源指示灯18、wcp-701测试接口面板19、wma-701测试接口面板20、扬声器21、wcp-701控制面板22、efis仿真控制面板23、wxr电源面板24、内部安装有arinc429板卡33、运动控制卡32和继电器卡34的工控机25、程控直流电源26、程控交流电源27及变压器35；

所述的机柜28为长方体形结构，从上到下分为九个区域；wma电压表2、wma电流表3、wcp背光电压表4、wcp背光电流表5安装在机柜28前面板的第一区域，变压器35安装在此区域机柜内部，wma电压表2、wma电流表3和变压器35与115v交流电源启动按钮13和115v交流电源停止按钮14相连，实时监控115v@400hz电源输出情况，wcp背光电压表4和wcp背光电流表5与变压器35相连，实时监控5v@400hz电源输出情况；输入电压表6、输入电流表(7)、实验台计时器8、实验台急停开关9、实验台电源总开关10安装在机柜28前面板的第二区域，外部220v@50hz电源首先通过实验台急停开关9，此开关用于实验台不正常情况时紧急断电，然后通过实验台电源总开关10，此开关控制实验台总体用电，当此开关打开时实验台计时器8开始持续统计实验台使用时长，输入电压表6和输入电流表7开始实时监控实验台输入电压和电流情况；示波器11安装在机柜28前面板的第三区域，从实验台电源总开关10处获取电源，能够手动测试接口面板的测试点；工业显示器12安装在机柜28前面板的第四区域，用于显示工控机25上气象雷达模拟仿真软件的情况；115v交流电源启动按钮13、115v交流电源停止按钮14、工控机复位按钮15、工控机启动按钮16、工控机硬盘指示灯17和工控机电源指示灯18安装在前面板的第五区域，其中115v交流电源启动按钮13和115v交流电源停止按钮14与程控交流电源27相连，控制115v@400hz电源输出，工控机复位按钮15和工控机启动按钮16为工控机25提供复位、启动操作，工控机硬盘指示灯17和工控机电源指示灯18为工控机25提供硬盘运行指示、电源运行指示；wcp-701测试接口面板19、wma-701测试接口面板20、扬声器21、wcp-701控制面板22、efis仿真控制面板23和wxr电源面板24安装在机柜28前面板的第六区域，其中wcp-701测试接口面板19和wma-701测试接口面板20与继电器板卡34相连，根据程序指令控制wcp-701控制面板19和气象雷达天线基座29接口信号的输出，扬声器21与工控机25相连，输出程序中的音频，wcp-701控制面板22从wxr电源面板24获取电源，并与arinc429板卡33相互通信，efis仿真控制面板23与工控机25直接相连，wxr电源面板24上的“ac115v”按钮与115v交流电源启动按钮13和115v交流电源停止按钮14相连，控制向气象雷达天线基座29和变压器35提供电源，“28v”按钮与程控直流电源26相连，控制向wcp-701控制面板22提供直流电源，“ac5v”按钮与变压器35相连，控制向wcp-701控制面板22提供背光电源；工控机25安装在机柜28前面板的第七区域，从实验台电源总开关10处获取电源，信息显示在工业显示器12上，其上arinc429板卡33采集wcp-701控制面板22的信息，运动控制卡32与气象雷达天线基座29通信，采集气象雷达天线30运动信息和为气象雷达天线30运动提供控制信息，继电器板卡34收集wcp-701控制面板22和气象雷达天线基座29的信息，并根据程序确定输出；程控直流电源26安装在机柜28前面板的第八区域，从实验台电源总开关10处获取220v@50hz电源，并向wxr电源面板24提供28v直流电源；程控交流电源27安装在机柜28前面板的第九区域，从实验台电源总开关10处获取220v@50hz电源，并向115v交流电源启动按钮13和115v交流电源停止按钮14提供115v@400hz交流电源；

机载气象雷达天线分机包括气象雷达天线基座29、气象雷达天线30和天线组安装支架31；其中气象雷达天线基座29与wxr电源面板24上的“ac115v”按钮相连，以获取115v@400hz的交流电源，与工控机25内运动控制卡32相连，获取气象雷达天线30控制信号和回传气象雷达天线30运动信息；气象雷达天线30安装在气象雷达天线基座29上且与气象雷达天线基座29的运动机构相连接，由运动机构驱动气象雷达天线30进行俯仰和方位扫描运动；气象雷达天线30和气象雷达天线基座29构成天线组件并安装在天线组安装支架31上。

所述的气象雷达天线30的型号为wfa-701；气象雷达天线基座29上设有传感器，型号为wma-701。

所述的示波器10的型号为sds1202cnl+。

所述的工业显示器12的型号为lt1913。

所述的arinc429板卡33的型号为pci-7102；运动控制卡32的型号为pci-8614。

现将本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台的操作方法阐述如下：

步骤1：当实验台控制柜、机载气象雷达天线分机连接完好后，打开实验台电源总开关10，将220v交流电流引入本实验台，此时实验台计时器8开始计时，注意观察实验台控制柜上输入电压表6和输入电流表7的读数，若电压电流正常，则转入步骤2，否则快速按下实验台急停开关9；

步骤2：按下115v交流电源启动按钮13，程控交流电源27开始工作，注意观察wma电压表2、wma电流表3、wcp背光电压表4和wcp背光电流表5的读数，若电压电流正常，则转入步骤3，否则快速按下实验台急停开关9；

步骤3：按下工控机启动按钮16，启动工控机25，并注意观察工控机硬盘指示灯17和工控机电源指示灯18，若工控机25工作正常，则转入步骤4，否则快速按下实验台急停开关9；

步骤4：启动wxr电源面板24上的“ac115v”按钮、“dc28v”按钮和“ac5v”按钮，将ac115v@400hz交流电源提供给机载气象雷达天线基座29，将直流28v电源提供给wcp-701控制面板22，此时注意观察wma电压表2、wma电流表3，若工控机25工作正常，则转入步骤5，否则快速按下实验台急停开关9；

步骤5：启动工控机25上安装的“气象雷达模拟教学系统软件”，若仿真软件提示电源错误，按照步骤4反向操作快速切断电源，并查找原因；如果没有提示信息，进入本机载气象雷达系统教学试验台四种工作模式。

本发明提供的机载气象雷达系统教学试验台能够工作在以下四种模式：正常模式、故障模式、控制盒测试模式、天线基座测试模式。

正常模式

在正常模式下，工控机25收集efis仿真控制面板23上的相关信息，依照机载wxr-700气象雷达系统控制逻辑为气象雷达天线基座29正常方位和俯仰扫描提供电源启动信号，同时改变工业显示器12上的显示距离、显示模式等信息。工控机25通过arinc429板卡33连续接收wcp-701控制面板22总线数据，获取操作者设置的wx、wx+t、map或者是test模式信息、增益信息、气象雷达天线30俯仰信息以及地面杂波抑制idnt和天线稳定stab信息，然后将所获得的上述信息在工业显示器12上进行实时显示，并根据气象雷达天线30的俯仰信息和天线稳定stab信息通过运动控制卡32向气象雷达天线基座29发送控制指令，气象雷达天线基座29通过其上的运动机构控制气象雷达天线30的运动。气象雷达天线30的运动信息通过气象雷达天线基座29上的传感器进行测量，并通过运动控制卡32将信息回传给工控机25，进而在工业显示器12上进行实时显示。若存在语音提示信息，则通过扬声器21发出语音提示。

正常模式下的操作过程依据飞机amm手册中气象雷达系统测试部分进行。

故障模式

故障模式与正常模式基本相似，利用工控机25内的“气象雷达模拟教学系统软件”中的故障设置面板进行故障仿真设置，工控机25通过arinc429板卡33连续接收wcp-701控制面板22的总线数据，获取相关模式信息，并进行显示；通过运动控制卡32与气象雷达天线基座29进行数据通信，获取气象雷达天线基座29及气象雷达天线30的信息情况。工控机25综合全部信息，并按照所设置故障的系统工作逻辑，将故障信息、提示信息、系统信息等内容在工业显示器12上进行显示。

控制盒测试模式

此模式主要用于对于wcp-701控制面板22的部件深度测试训练。按照气象雷达控制面板手册(cmm)中的测试程序，利用实验台控制柜上的示波器11对wcp-701测试接口面板19中的测试点进行逐项测试，并根据雷达部件手册(cmm)中的判断依据进行判断，由此实现对wcp-701控制面板22的深度测试训练。

天线基座测试模式

此模式主要用于对于气象雷达天线基座29的部件深度测试训练。按照气象雷达天线基座手册(cmm)中的测试程序，结合基于工控机25的气象雷达仿真测试软件天线基座测试页面，进行气象雷达天线基座29运动参数的设置。利用实验台控制柜上的示波器11对wma-701测试接口面板20中的测试点进行逐项测试，并根据气象雷达天线基座手册(cmm)中的判断依据进行判断，以实现对气象雷达天线基座29的深度测试训练。

本发明提供机载气象雷达系统教学试验台创新性地以工控机替代气象雷达收发组，通过对于控制面板和气象雷达天线基座与气象雷达天线的控制和管理，实现了与amm手册和cmm手册中机载wxr-700型雷达系统的组成架构、工作逻辑和操作顺序相一致的功能，完全杜绝了因为机载气象雷达波所引起的微波辐射安全问题，不仅满足了机务维修训练学员进行雷达系统测试和排故的培训需求，而且能够实现部件深度测试训练需求，是航电类学生进行机载气象雷达系统实践教学良好的教学平台。