雷达接收分系统模块的指标测试与故障定位系统及其方法与流程

本发明涉及雷达自动测试技术领域中的一种指标测试与故障定位系统及其指标测试与故障定位方法，尤其涉及一种雷达接收分系统模块的指标测试与故障定位系统及其指标测试与故障定位方法。

背景技术：

随着雷达技术的发展，雷达接收分系统呈现多通道、集成化、数字化和模块化等特点，其包含的模块数量和类型众多(通常一套雷达接收分系统包含成百上千个接收类模块)，而且每个模块需要测试的多种参数，每个参数的测量方法也大相径庭，因而如何快速、准确、全面地完成接收分系统模块性能指标的测试是大型雷达系统工程化研制的关键技术之一。

对某一模块需要测试性能指标或发生故障需要维修时，普通的方法是：

①搭建模块工作环境，包括电源、时钟、激励、频谱仪、矢量网络分析仪等仪器仪表；

②针对模块接口定义，临时制作转接线，将输入输出接口接入仪器仪表；

③某些模块需要增加时序或外部参数激励；

④设置仪表参数，观察测量结果。

这种人工测试方法，存在耗时、精度差、不易扩展等局限性，而且对指标分析和故障排除需要测试人员具有较高的专业技能，测量的结果会受到人为因素的影响，已经不能适应实际测试的需求，这也成为制约雷达测试技术发展的瓶颈。

目前，在雷达测试领域，已有相关研究成果，中国电子科技集团公司第三十八研究所公开专利《一种多通道宽带脉冲功率检测装置，公开号：205665391u》，中国电子科技集团公司第四十一研究所公开专利《一种数字阵列模块发射机通道相位一致性测试方法及装置，公开号：103592637a》，中国科学院电子学研究所公开专利《超宽带sar接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，公开号：103138845b》。上述测试方法或装置，主要是针对某型号雷达固定组件或模块测试，扩展性较差，且不具备故障定位功能。

技术实现要素：

为满足现代雷达装备研发、批产及基层维护维修的需求，本发明提出一种雷达接收分系统模块的指标测试与故障定位系统及其指标测试与故障定位方法，用以解决测试雷达接收分系统模块效率低下，易用性差，不易扩展和无法进行故障的自动定位等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种雷达接收分系统模块的指标测试与故障定位系统，其包括对各种类型的雷达接收分系统模块进行指标测试与故障定位的测试机柜、控制该测试机柜运行的处理器；其中：其还包括：

盲配接口，其安装在该测试机柜上，并和该测试机柜上的该各种类型的雷达接收分系统模块所需的各种测试用仪表分别电性连接；

与各种类型的雷达接收分系统模块一一相匹配的各种适配器，每种适配器包括载体以及安装在该载体上的盲配转接板、测试夹具、时序产生模块与射频开关网络；该盲配转接板电性用于与该盲配接口电性插接，该测试夹具用于将相应的雷达接收分系统模块夹持在该载体上且电性转接至该时序产生模块；该时序产生模块产生与相应雷达接收分系统模块相对应的工作时序，该射频开关网络根据该工作时序构成与相应雷达接收分系统模块相对应的射频通道：通过电性插接的该盲配转接板和该盲配接口，电性选通那些与相应雷达接收分系统模块相对应的测试用仪表。

作为上述方案的进一步改进，该时序产生模块按照雷达接收分系统模块在图号表中的模块图号，固化相应雷达接收分系统模块的唯一识别码。

进一步地，该处理器具有对各种类型的雷达接收分系统模块进行指标测试与故障定位的自动测试软件：仪表程控软件、数据库和测试流程控制软件；该仪表程控软件通过gpib总线接口控制所有测试用仪表，实现仪表测试参数设置、测量结果读取及仪表状态反馈；该数据库包含雷达、被测件图号和适配器识别码三者映射关系、仪器仪表参数设置值、指标测试步骤、指标值的合理上下限和故障定位步骤，该测试流程控制软件包含被测件选择、仪表自检、测试指标输出、故障定位指示及维修建议功能，实现整个测试流程的自动运行。

再进一步地，该自动测试软件采用故障树系统，用来分析判断被测件故障，并根据故障分析故障发生的原因，然后提出诊断的方法，最终实现故障的定位，故障树系统包括最小可定位单元、单元间连接关系图、单元故障描述以及故障优先级树四个基本元素。

作为上述方案的进一步改进，该测试机柜上的各个电器件通过gpib总线接口与该处理器达成信息通讯。

作为上述方案的进一步改进，该测试机柜上设置有将以太网口转换为rs422标准该总线接口的串口服务器，该串口服务器与该处理器采用以太网连接，与雷达接收分系统模块的适配器采用rs422标准总线接口连接。

作为上述方案的进一步改进，该时序产生模块以大容量fpga芯片为核心，针对不同类型的雷达接收分系统模块，编写固件程序，产生相应类型的雷达接收分系统模块工作时序，控制相应射频开关网络。

本发明还提供一种雷达接收分系统模块的指标测试与故障定位方法，其应用于上述雷达接收分系统模块的指标测试与故障定位系统中，该指标测试与故障定位方法包括以下步骤：

步骤一、自动测试软件对整个指标测试与故障定位系统的各种测试用仪表的仪表状态、通信链路进行自检，确认无故障；

步骤二、输入需要测试的模块图号，自动测试软件提示对应的适配器代码；

步骤三、将与适配器代码相对应的适配器接入自动测试系统，此适配器会向自动测试软件发送相应的唯一识别码，自动测试软件会识别适配器类型，并与数据库中的目标识别码进行比对；

步骤四、相应的适配器确认无误后，提示用户安装与此适配器相对应的雷达接收分系统模块；

步骤五、安装相应的雷达接收分系统模块，指标测试与故障定位系统首先检测此雷达接收分系统模块的电源输入端的阻抗，如果出现短路或则开路现象，会提示用户故障信息以及故障诊断方法，如果故障不能被排除，那么指标测试与故障定位系统会中止测试，确保不能损坏此雷达接收分系统模块或指标测试与故障定位系统；

步骤六、完成上面的步骤之后，自动测试软件开始自动测试流程，同时监视电源电压、电流，如果出现异常会立即关闭电源，并提示故障和故障诊断方法；

步骤七、自动测试的性能指标结果提交给测试软件进行显示分析；如果测试结果指标正常，那么指标测试与故障定位系统会结束测试流程，生成测试结果报表，并写入数据库；

步骤八、在步骤七中，若测试结果显示出此雷达接收分系统模块存在故障，那么自动测试软件根据故障类型提示用户进一步的测试，并给出故障诊断方法以及相关测试点，采用故障树系统实现故障定位。

作为上述方案的进一步改进，故障树系统采用了故障优先级的方式，优先级0级表示无故障，优先级数值越大优先度越小，即表示必须排除上一级故障，才能进行此级故障的测量和判定；故障树系统主要由四个基本元素构成：最小可定位单元、单元间连接关系图、单元故障描述以及故障优先级树；最小可定位单元指的是在故障树系统中能够完成一项或者多项功能的独立结构单元；单元件连接关系图是故障树系统中各个单元之间存在物理或者逻辑上的连接关系；单元故障描述包含了一个严格的逻辑关系——通过故障现象找到故障可能的原因，然后用诊断方法进行验证，得出结论后进行处理；故障优先级树是按照故障必要条件和充分条件的关系建立。

作为上述方案的进一步改进，在步骤四中，相应的适配器确认无误后，不仅提示用户安装与此适配器相对应的雷达接收分系统模块，还显示此雷达接收分系统模块的实物图片，让用户进一步确认被测件。

本发明具有如下优点：易操作，指标测试与故障定位自动完成；易扩展，雷达接收分系统的所有模块都可以测试；测试覆盖率高，模块内所有可更换器件都能实现故障定位；应用范围广，可应用于接收分系统模块研制、批产及维护阶段；具备短路、断路、过流、过压及适配器id识别保护功能。

附图说明

图1是本发明的雷达接收分系统模块的指标测试与故障定位系统的结构框图。

图2是图1中指标测试与故障定位系统的实物示意图。

图3是图1中指标测试与故障定位系统的信号流向图。

图4是图1中指标测试与故障定位系统的适配器的结构框图。

图5是本发明的雷达接收分系统模块的指标测试与故障定位方法的自动测试流程图。

图6是图5中指标测试与故障定位方法的故障优先级划分图。

图7是图5中指标测试与故障定位方法的故障树系统原理图。

图8是整个测试系统即指标测试与故障定位系统中测试项目和故障之间的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1、图2及图3，本发明的指标测试与故障定位系统主要用于测试雷达接收分系统模块，雷达接收分系统模块为被测件16。指标测试与故障定位系统包括测试机柜1、处理器13、盲配接口17、各种适配器15。测试机柜1对各种类型的被测件16(即雷达接收分系统模块)进行指标测试与故障定位，处理器控制测试机柜1的运行。为了防止突然掉电对系统的损坏，系统还可以安装不间断电源12。

测试机柜1上安装了各种类型的雷达接收分系统模块所需的各种测试用仪表以及辅助器件，在本实施例中，测试机柜1为标准机柜，安装电源模块10、频谱仪6、信号源3、示波器5、数字多用表4、串口服务器9、任意波形发生器8、总电源开关2、网线接口11，其中，频谱仪6、信号源3、示波器5、数字多用表4、任意波形发生器8为测试用仪表，电源模块10、串口服务器9、总电源开关2、网线接口11为辅助器件。串口服务器9将以太网口转换为rs422标准该总线接口，串口服务器9与处理器13采用以太网连接，与被测件16的适配器采用rs422标准总线接口连接。测试机柜1上的各个电器件可通过gpib总线接口25与处理器13达成信息通讯。测试机柜1顶部可安装散热风扇，配备总电源开关2。

测试机柜1可为标准的19英寸机柜，所有测试用仪器仪表安装在测试机柜1的支架上，所有内部电源及信号线按照规范固定的走线槽中。处理器13(如计算机)通过网线接口11采用网线23连接至串口服务器9。不间断电源12输入是220v市电，输出一路接至计算机，另一路接至测试机柜1。测试机柜1配备有总电源开关2，测试结束时关闭此总电源开关2。

处理器13可为计算机，方便安装对各种类型的雷达接收分系统模块进行指标测试与故障定位的自动测试软件，也方便安装打印机24。当然，处理器13也可以为其它主控芯片或cpu，只要能安装对各种类型的被测件16进行指标测试与故障定位的自动测试软件。自动测试软件主要为：仪表程控软件、数据库和测试流程控制软件。该仪表程控软件通过gpib总线接口25控制所有测试用仪表，实现仪表测试参数设置、测量结果读取及仪表状态反馈；是整合所有仪表底层驱动程序接口函数，调用接口函数，可实现通过gpib总线接口控制所有测试仪表，实现仪表测试参数设置、测量结果读取及仪表状态反馈。该数据库包含雷达、被测件图号和适配器识别码三者映射关系、仪器仪表参数设置值、指标测试步骤、指标值的合理上下限和故障定位步骤。数据库可由熟悉被测件原理的设计师编辑，不依赖软件设计师。该测试流程控制软件包含被测件选择、仪表自检、测试指标输出、故障定位指示及维修建议功能，实现整个测试流程的自动运行。

所有测试仪表和计算机可通过gpib接口25(如图1中的gpib卡)连接在一起，计算机可以按照测试需求对仪表进行参数设置和读取仪表状态。串口服务器9与计算机ip地址在同一网段，通过网线接口11采用网线23连接。为了增加抗干扰能力，串口服务器9与被测件16的适配器15之间通过rs422总线22连接，收发独立。这样，计算机通过串口服务器9，与被测件16的适配器15建立通信链路。该链路简单易用，避免适配器15设计其他复杂的接口，简化其设计。

盲配接口17安装在测试机柜1上，由于处于测试机柜1的内部因此没有在图1中显示。盲配接口17和测试机柜1上的该各种类型的雷达接收分系统模块所需的各种测试用仪表分别电性连接。盲配接口17是测试机柜1与被测件16的适配器15连接的唯一接口，实现盲插，盲配接口17将电源模块10、频谱仪6、信号源3、示波器5、串口服务器9的供电、时钟、射频输入、射频输出及通信链路集成在一起，所有不同类型的适配器15都有相同的盲配接口17。因此，在本发明中，盲配接口17是不变的，只有一个，而适配器15是可以随着被测件16的类型不同而不同。

适配器15的种类与被测件16的种类相一致，被测件16的种类数量决定适配器15的数量。只要保证适配器15的种类与被测件16的种类相同，同一类型的被测件16可以用同一个适配器15。因此，指标测试与故障定位系统具有与各种类型的被测件16一一相匹配的各种适配器15。图2中，为了简洁化附图，只画出了系统运行时需要的适配器15。

请结合图4，每种适配器15包括载体(可为盒体)以及安装在该载体上的盲配转接板18、测试夹具21、时序产生模块19与射频开关网络20。盲配转接板18电性用于与盲配接口17电性插接。该测试夹具21用于将相应的被测件16夹持在该载体上且电性转接至时序产生模块19，时序产生模块19产生与相应被测件16相对应的工作时序，射频开关网络20根据该工作时序构成与相应被测件16相对应的射频通道：通过电性插接的盲配转接板18和盲配接口17，电性选通那些与相应被测件16相对应的测试用仪表。盲配转接板18是测试机柜1与被测件16的适配器15的接口，为适配器15提供电源、时钟、信号及通信链路。

时序产生模块19可以大容量fpga芯片为核心，针对不同被测件，编写固件程序，产生被测件工作时序，控制开关网络。时序产生模块19可按照雷达接收分系统模块在图号表中的模块图号，固化相应雷达接收分系统模块的唯一识别码。射频开关网络20受时序产生模块19控制，根据需要构成不同的射频通道。时序产生模块19使用rs422通讯接口与盲配转接板18连接，可以接收计算机发送的指令，并向计算机发送状态数据。时序产生模块19内置了晶振，同时也支持外部时钟输入。时序产生模块19配备了外部同步输入端口，支持外部同步触发信号。时序产生模块19支持ttl/coms、rs422差分和lvds逻辑信号输入输出，可适应多种类型的雷达接收分系统模块。时序产生模块19固化唯一识别代码，测试软件由此可自动识别被测件16的适配器15的类型。针对有多输入或多输出射频接口的雷达接收分系统模块，时序产生模块19可以根据需求，切换射频开关网络20的射频通道，实现多通道的分时测试。

测试夹具21一般没有特殊要求，只要在机械结构上能将被测件16夹持在该载体上，在电气结构上能将被测件16电性转接至时序产生模块19即可。测试夹具21提供结构和电讯连接，最好采用可实现被测件16正反两个方向安装，且被测件16正反两面的器件都可实现手动检测的测试夹具。

自动测试软件采用故障树系统，用来分析判断被测件故障，并根据故障分析故障发生的原因，然后提出诊断的方法，最终实现故障的定位，故障树系统包括最小可定位单元、单元间连接关系图、单元故障描述以及故障优先级树四个基本元素。该时序产生模块19以大容量fpga芯片为核心，针对不同类型的雷达接收分系统模块，编写固件程序，产生相应类型的雷达接收分系统模块工作时序，控制相应射频开关网络20。

自动测试系统除了可以帮助用户快速准确的测试被测件的项目指标，还可以定位故障点，帮助测试维修人员完成故障排除。故障树系统被用来分析判断被测件故障，并根据故障分析故障发生的原因，然后提出诊断的方法，最终实现故障的定位。本测试系统的故障树系统采用了故障优先级的方式，优先级0级表示无故障，优先级数值越大优先度越小，即表示必须排除上一级故障，才能进行该级故障的测量和判定。采用了这种分级的方式可以方便软件引导操作者分析定位故障。

故障树系统由四个基本元素构成最小可定位单元、单元间连接关系图、单元故障描述以及故障优先级树。最小可定位单元指的是在系统中能够完成一项或者多项功能的独立结构单元，该单元可以在物理上进行区分。本系统的最小可定位单元主要针对的可更换模块，某些整件会有所区别。单元件连接关系图是整件中各个单元之间存在物理或者逻辑上的连接关系，这种关系直接影响到了故障优先级树的形成。单元故障描述是故障树系统的重要内容，故障描述包含了故障现象、故障原因分析、故障诊断方法和解决方法。这种描述包含了一个严格的逻辑关系——通过故障现象找到故障可能的原因，然后用诊断方法进行验证，得出结论后进行处理。故障优先级树是故障树系统的核心，优先级树的设计必须紧密结合被测整件的原理，否则将无法得到一个有效的故障定位方法。故障优先级树是按照故障必要条件和充分条件的关系建立的，具有严格的逻辑关系，也是设计的难点。

在本实施例中，测试机柜1承载各种测试仪器仪表，是指标测试与故障定位系统的测试硬件平台，电源模块10为被测件16提供多种规格的电源输出，频谱仪6测量被测件16输出信号的功率或频率，信号源3根据不同被测件16的需求，输出满足被测件16正常工作的时钟信号或射频输入信号，示波器5观察时域波形，数字多用表4测量电压或电流，计算机安装上位机测试软件(即指标测试与故障定位的自动测试软件)，串口服务器9连接计算机与被测件16的适配器15，构建通信链路。

请结合图5，指标测试与故障定位系统在指标测试与故障定位时，其指标测试与故障定位方法可包括以下步骤。

步骤一、测试系统开机后，自动测试软件对整个测试系统仪表状态、通信链路进行自检，确认无故障。

步骤二、输入需要测试的模块图号，自动测试软件提示对应的适配器代码及所存放箱体编号及位置。

步骤三、适配器接入自动测试系统，适配器会向自动测试软件发送识别码，自动测试软件会识别适配器类型，并与数据库中的识别码进行比对。

步骤四、适配器确认无误后，提示用户安装相应的被测件，并显示被测件实物图片，让用户进一步确认被测件。

步骤五、安装被测件，系统首先检测被测件电源输入端的阻抗，如果出现短路或则开路现象，会提示用户故障信息以及故障诊断方法，如果故障不能被排除，那么系统会中止测试，确保不能损坏被测件或测试系统。

步骤六、完成上面的步骤之后，自动测试软件开始自动测试流程，同时监视电源电压、电流，如果出现异常会立即关闭电源，并提示故障和故障诊断方法。

步骤七、自动测试的性能指标结果提交给测试软件进行显示分析。如果测试结果指标正常，那么测试系统会结束测试流程，生成测试结果报表，并写入数据库。

步骤八、在步骤七中，若测试结果显示出被测件存在故障，那么自动测试软件会根据故障类型提示用户进一步的测试，并给出故障诊断方法以及相关测试点，采用故障树测试系统实现故障定位。

接收模块测试系统采用了故障树系统，故障树是典型的树形结构，如图6所示，图6中示意了一个简单的三级故障树，故障优先级是按照被测件各个功能模块间的关系确定的。

收模块测试系统的测试项目管理是基于故障树系统的。测试项目同样分为若干等级，如果测试系统发现被测件没有故障，那么系统会禁止进行低等级测试项目的测试。如图7所示，测试项目会引发相应等级的故障，而为了诊断故障会发起相应等级的测试项目。必须被测件发生故障才会引起相应等级故障诊断测试。自动测试系统将故障类型及测试项目按优先级进行排序。

前面两节的内容，阐述了测试系统中，测试项目和故障之间的关系；在整个测试系统中测试项目和故障之间的关系如图8。

从图8中可以看出，每个测试项目都可能发现一种或者多个故障现象，然而故障现象并不能说明故障的原因，因此当某个故障现象出现后，需要相应得测试项目验证故障现象的原因，因此一个故障现象可以引发多个测试项目的测量。故障树系统正是这个系统。当测试过程中发现某个故障现象的时候测试系统会提示必要的测试项目测量以诊断故障的真正原因。建立故障类型与测试项目之间的连接关系图。被测件在测试某一项目时，异常测试结果可由n个故障原因产生，针对某一故障原因，又需要进行n个测试项目，再依次逐项测试，直至故障定位。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的发明保护范围。