一种相控阵雷达外场原位测试系统的制作方法

本技术属于相控阵雷达领域，尤其涉及一种相控阵雷达外场原位测试系统。

背景技术：

1、目前，配置了有源相控阵天线的机载雷达相对于平板裂缝天线体制具有革命性的变化。基于大量发射接收组件的设计，雷达的可靠性得到大幅提升。在设计阶段，基于builtin test检测的设计主要对雷达进行定性测试。定性测试的检测深度不够，对于雷达系统功能指标的慢变和退化难以覆盖。相关文献(机载有源相控阵雷达关键性能指标测试方法以及机载火控雷达生产线自动测试系统的开发)给出了机载有源相控阵雷达的几项关键指标和测试方法：频谱、波束宽度、指向精度和功率孔径积等。定量测试所需要的外围测试设备基于相控阵雷达的关键指标进行配备。近场和远场测试环境的测试需要信号源、频谱仪、控制中枢、标准增益喇叭等仪表设备。基于这种试验室环境的精密测试设备量庞大，电缆连接复杂，对操作人员技术要求高，不利于外场原位测试。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本实用新型提出了一种相控阵雷达外场原位测试系统，其主体设备包括主控模块、数据下载模块、目标模拟器模块、波形测试模块、信号产生模块、频谱分析模块、中枢开关矩阵、微波分系统和信号处理分系统数据下载模块、目标模拟器模块、波形测试模块、信号产生模块、频谱分析模块、中枢开关矩阵、微波分系统和信号处理分系统与雷达整机连接用于通过注入或者空馈的方式获取微波信号，主控系统通过总线与数据下载模块、目标模拟器模块、波形测试模块、信号产生模块、频谱分析模块、中枢开关矩阵、主控模块、微波分系统和信号处理分系统连接，主控系统与雷达整机连接用于传输中低频信号；目标模拟器模块和宽角喇叭连接

2、具体地，所述主控模块挂接4tb可拆卸硬盘，内存16gb，处理器i7，具备2路千兆网口、2路rs232、2路usb、4对光纤接口，工作温度-20℃～+55℃,贮存温度-55℃～+70℃，质量1.5kg。

3、具体地，所述频谱分析模块包括中频数字分析模块、下变频模块、本振模块和时钟模块；时钟模块用于实现10mhz时钟的内外切换、10mhz时基通过锁相环同步x00mhz时钟以用于射频模块spi总线的接口通信和电源的预处理；x00mhz时钟对外两路，其中一路作为数字中频adc时钟和fpga同步时钟，另一路作为时钟预留；x00mhz时钟对内功分三路分别为3路本振单元提供时钟；时钟模块包括ocxo、vxco、pll、放大、滤波、电压转换、电压检测、电流检测、温度检测和时钟检测电路；本振模块用于产生下变频所需要的扫频本振、可调谐本振和固定本振，包含：ocxo、vco、倍频、放大、混频、开关预选、电压转换电路；下变频模块用于实现10mhz～x波段射频信号频率和功率，宽带模式和窄带模式中频信号的频率转换、带宽转换和功率调理，包含变频、放大、预选滤波、开关、衰减和电压转换电路。

4、具体地，所述信号产生模块采用串口模块化架构，包括基带信号产生单元、上变频单元、本振单元和时钟单元；时钟单元用于实现外部输入参考时钟分配、fpga和初级电源，包括fpga、功分、滤波、电压转换、电压检测、电流检测、温度检测、时钟检测电路；本振单元用于产生上变频所需要的扫频本振和固定本振，包括ocxo、vco、倍频、放大、混频、开关预选、电压转换电路；上变频单元用于实现基带信号到x波段射频信号频率转换和功率调理，包括变频、放大、预选滤波、开关、衰减和电压转换电路。

5、具体地，所述波形测试模块用于波形的时域测量，波形测试模块包括信号调理电路、触发电路、usb接口电路、数据采集与控制电路；信号调理电路用于将被测信号调理到一个合适的幅度然后输出adc采样，信号调理电路中还加入了输入阻抗选择电路，交直流耦合电路，阻抗变换电路以及偏移调节电路；触发电路包括在触发通道上设计的外触发信号调理电路、触发源选择电路以及边沿同步信号产生电路；数据采集与控制电路采用adc+fpga架构，adc用于完成从模拟信号到数字信号的转变，fpga用于实现对adc高速数据流的接收和降速，同时按照响应的倍率完成硬件抽点并对波形数据进行片内存储。

6、具体地，所述目标模拟器模块用于模拟雷达目标回波，用于机载雷达在外场的整机联试、软件更改调试验证和拷机，也用于雷达装机后的原位测试；目标模拟器模块具备点频信标功能，通过上位机软件实现信标开启、频率设置、幅度设置功能；目标模拟器模块分为微波分系统、信号处理分系统和显控分系统。

7、具体地，所述微波分系统包括下变频模块、上变频模块、频综模块、控制模块和微波电源，用于实现射频信号的接收和发射及提供时钟和同步信号。

8、具体地，所述信号处理分系统包括数字储频模块和计算处理模块，用于实现对接收到的雷达信号进行调制和处理，产生模拟目标回波信号；数字储频模块主要包含1片adc、1片dac、1片fpga和2组ddr3 sdram存储器，用于产生目标回波信号。

9、具体地，所述数据下载功能模块用于对雷达数据通过光纤进行下载。

10、具体地，所述中枢开关矩阵为扩展盒的形式，为可拆卸附件；用于的测试项目包括：雷达模拟、信号产生、信号频谱分析测试、信号波形分析测试、灵敏度测试、信号功率测试、bit信号幅度测试、工作带宽测试、捷变频测试、信号相位噪声测量、信号杂散测量、信号上升沿、下降沿测量、信标功能、信号检波功能和扫瓣测试。

11、具体地，主控模块采用铝型材框架式结构。

12、具体地，系统中的模块均采用标准模块设计，主体设备最大外形尺寸：500mm×450mm×400mm；主体设备重量35kg以内。

13、具体地，用户管理，用于区分普通测试用户和管理员用户，管理员用户进行故障诊断流程和专家经验库的开发；系统配置，用于提供雷达信息配置与查询界面、测试仪表信息的录入与查询界面；数据库管理，用于提供故障诊断流程和专家经验库的配置管理界面；雷达维护，用于提供雷达维护项目的选择、执行的界面；故障诊断，用于提供故障的诊断执行界面。

14、本实用新型与现有技术相比的优点在于，

15、1、提供自动化的维护设备

16、外场原位测试系统通过混合总线，自动控制雷达测试状态，对雷达性能指标的测试，测试结果自动判定合格性、自动保存，数据可查询、可追溯，有利于提升雷达离线健康管理和监测。

17、2、提供综合化的测量体系

18、外场原位测试系统将示波器模块、信号源模块、频谱分析模块、目标模拟模块、开关矩阵等集成为一体，成本低，机动性能好，可扩展性强。

19、3、提供灵活便携的测试设备

20、外场原位测试系统采用便携式设计，体积小，重量轻，具有使用和维护方便的效果。

21、4、提供功能全面的测试手段

22、外场原位测试系统集成通用测试仪器、模块化的目标模拟器和便携式喇叭天线，可模拟空中飞行目标，可对机载雷达的探测性能进行深度测试。

技术特征：

1.一种相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，其主体设备包括主控模块、数据下载模块、目标模拟器模块、波形测试模块、信号产生模块、频谱分析模块、中枢开关矩阵、微波分系统和信号处理分系统；数据下载模块、目标模拟器模块、波形测试模块、信号产生模块、频谱分析模块、中枢开关矩阵、微波分系统和信号处理分系统与雷达整机连接用于通过注入或者空馈的方式获取微波信号，主控系统通过总线与数据下载模块、目标模拟器模块、波形测试模块、信号产生模块、频谱分析模块、中枢开关矩阵、主控模块、微波分系统和信号处理分系统连接，主控系统与雷达整机连接用于传输中低频信号；目标模拟器模块和宽角喇叭(4)连接。

2.根据权利要求1所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，所述主控模块挂接4tb可拆卸硬盘，内存16gb，处理器i7，具备2路千兆网口、2路rs232、2路usb、4对光纤接口，工作温度-20℃～+55℃,贮存温度-55℃～+70℃，质量1.5kg。

3.根据权利要求1所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，所述频谱分析模块包括中频数字分析模块、下变频模块、本振模块和时钟模块；时钟模块用于实现10mhz时钟的内外切换、10mhz时基通过锁相环同步x00mhz时钟以用于射频模块spi总线的接口通信和电源的预处理；x00mhz时钟对外两路，其中一路作为数字中频adc时钟和fpga同步时钟，另一路作为时钟预留；x00mhz时钟对内功分三路分别为3路本振单元提供时钟；时钟模块包括ocxo、vxco、pll、放大、滤波、电压转换、电压检测、电流检测、温度检测和时钟检测电路；本振模块用于产生下变频所需要的扫频本振、可调谐本振和固定本振，包含：ocxo、vco、倍频、放大、混频、开关预选、电压转换电路；下变频模块用于实现10mhz～x波段射频信号频率和功率，宽带模式和窄带模式中频信号的频率转换、带宽转换和功率调理，包含变频、放大、预选滤波、开关、衰减和电压转换电路。

4.根据权利要求1所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，所述信号产生模块采用串口模块化架构，包括基带信号产生单元、上变频单元、本振单元和时钟单元；时钟单元用于实现外部输入参考时钟分配、fpga和初级电源，包括fpga、功分、滤波、电压转换、电压检测、电流检测、温度检测、时钟检测电路；本振单元用于产生上变频所需要的扫频本振和固定本振，包括ocxo、vco、倍频、放大、混频、开关预选、电压转换电路；上变频单元用于实现基带信号到x波段射频信号频率转换和功率调理，包括变频、放大、预选滤波、开关、衰减和电压转换电路。

5.根据权利要求1所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，所述波形测试模块用于波形的时域测量，波形测试模块包括信号调理电路、触发电路、usb接口电路、数据采集与控制电路；信号调理电路用于将被测信号调理到一个合适的幅度然后输出adc采样，信号调理电路中还加入了输入阻抗选择电路，交直流耦合电路，阻抗变换电路以及偏移调节电路；触发电路包括在触发通道上设计的外触发信号调理电路、触发源选择电路以及边沿同步信号产生电路；数据采集与控制电路采用adc+fpga架构，adc用于完成从模拟信号到数字信号的转变，fpga用于实现对adc高速数据流的接收和降速，同时按照响应的倍率完成硬件抽点并对波形数据进行片内存储。

6.根据权利要求1所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，所述目标模拟器模块用于模拟雷达目标回波，用于机载雷达在外场的整机联试、软件更改调试验证和拷机，也用于雷达装机后的原位测试；目标模拟器模块具备点频信标功能，通过上位机软件实现信标开启、频率设置、幅度设置功能；目标模拟器模块分为微波分系统、信号处理分系统和显控分系统。

7.根据权利要求6所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，所述微波分系统包括下变频模块、上变频模块、频综模块、控制模块和微波电源，用于实现射频信号的接收和发射及提供时钟和同步信号。

8.根据权利要求6所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，所述信号处理分系统包括数字储频模块和计算处理模块，用于实现对接收到的雷达信号进行调制和处理，产生模拟目标回波信号；数字储频模块主要包含1片adc、1片dac、1片fpga和2组ddr3 sdram存储器，用于产生目标回波信号。

9.根据权利要求1所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，所述数据下载功能模块用于对雷达数据通过光纤进行下载。

10.根据权利要求1所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，所述中枢开关矩阵为扩展盒的形式，为可拆卸附件；用于的测试项目包括：雷达模拟、信号产生、信号频谱分析测试、信号波形分析测试、灵敏度测试、信号功率测试、bit信号幅度测试、工作带宽测试、捷变频测试、信号相位噪声测量、信号杂散测量、信号上升沿、下降沿测量、信标功能、信号检波功能和扫瓣测试。

11.根据权利要求1所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，主控模块采用铝型材框架式结构。

12.根据权利要求1所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，系统中的模块均采用标准模块设计，主体设备最大外形尺寸：500mm×450mm×400mm；主体设备重量35kg以内。

13.根据权利要求1所述的相控阵雷达外场原位测试系统，其特征在于，用户管理，用于区分普通测试用户和管理员用户，管理员用户进行故障诊断流程和专家经验库的开发；系统配置，用于提供雷达信息配置与查询界面、测试仪表信息的录入与查询界面；数据库管理，用于提供故障诊断流程和专家经验库的配置管理界面；雷达维护，用于提供雷达维护项目的选择、执行的界面；故障诊断，用于提供故障的诊断执行界面。

技术总结
本技术公开了一种相控阵雷达外场原位测试系统，主体设备包括主控模块、数据下载模块、目标模拟器模块、波形测试模块、信号产生模块、频谱分析模块、中枢开关矩阵、微波分系统和信号处理分系统。本技术具有模块化、小型化和功能高度集成的特点，可以原位实施功率测试、频谱测试、波形分析、目标仿真、飞行数据下载分析等功能。

技术研发人员：黄志强,柳尚光,侯飞,陈崇伟,于鑫,马强,袁先明
受保护的技术使用者：南京国睿防务系统有限公司
技术研发日：20230626
技术公布日：2024/2/19