CN106872814A - 一种舰载电子装备测试诊断设备 - Google Patents
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Abstract
本发明一种舰载电子装备测试诊断设备,主要包括:主控计算机、PXI测试分机、频谱测试分机、功率测试分机、阻抗测试分机、声纳模拟信号源、雷达模拟信号源和摇摆信号源。本发明通过对舰载电子装备进行外部测试,提高了现场级测试资源的利用率,有效节约装备的维护保障经费。
Description
所属技术领域
本发明属于测试技术领域,特别涉及一种舰载电子装备测试诊断设备。
背景技术
长期以来,舰船电子装备现场技术保障主要依靠装备自身的机内测试功能(BIT)进行现场故障检测,将故障定位到现场可更换单元(LRU),并用随机备品备件进行更换,排除故障。随着电子装备技术复杂度的日益提高,单纯靠机内测试功能难以完成故障检测和完好性测试。复杂的机内测试功能不仅会造成硬件成本的大幅上升,而且会使装备的可靠性明显下降。
发明内容
本发明提供了一种能够实现舰载装备故障快速诊断的外部测试设备。
本发明一种舰载电子装备测试诊断设备,主要包括:主控计算机、PXI测试分机、频谱测试分机、功率测试分机、阻抗测试分机、声纳模拟信号源、雷达模拟信号源和摇摆信号源。
主控计算机对PXI测试分机、频谱测试分机、功率测试分机、阻抗测试分机、声纳模拟信号源、雷达模拟信号源和摇摆信号源进行工作控制,并对测试反馈信息进行收集,根据既定的判断规则对收集信息进行处理,做出故障判断;
PXI测试分机接收主控计算机的控制指令,完成舰载装备单路或多路中低频信号的频率、相位、波形、功率、带宽参数测试,并将上述测试信息传送至主控计算机进行处理,做出故障判断;
频谱测试分机用于测试舰载雷达的射频信号、雷达中频信号的频谱特性;阻抗测试分机用于测试声纳换能器的阻抗测试;功率测试分机主要用于测试雷达中频和射频的功率;
声纳信号源根据目标和声纳接收机的水声信号特性、相对运动特性,以及水下工作环境噪声特点,实时动态的生成回波模拟信号;主控机计算机控制声纳信号源生成回波模拟信号,回波模拟信号发送给声纳接收机,声纳对回波模拟信号进行处理,主控计算机通过接收声纳发送的报文并进行解析和比对,得到声纳装备状态信息;
雷达模拟信号源主要是根据目标和雷达接收机的信号特性与相对运动特性,实时动态的生成中频回波模拟信号;主控计算机控制雷达模拟信号源输出多批模拟目标信号,通过雷达中频接口灌入给雷达,主控计算机接收雷达发送的航迹报文并进行解析和比对,对雷达做出故障分析;
摇摆信号源是根据舰载电子装备伺服***测试要求,产生模拟舰船纵摇、横摇、航向以及计程仪航速信息信号;主控计算机控制摇摆信号源输出纵摇、横摇、航向以及计程仪航速的信号,并将信号传送至舰载电子装备伺服***,舰载电子装备伺服***接收到信号将处理结果发送至主控计算机,主控计算机对舰载电子装备伺服***进行故障分析。
作为优选方案,PXI测试分机主要由PXI测试分机控制模块、多通道数据采集模块、直流电压和电流信号采集模块、中频信号采集模块组成;多通道数据采集模块主要用于采集舰载装备中低频交流信号或直流信号;直流电压和电流信号采集模块主要用于采集舰船装备直流电压和电流信号;中频信号采集模块主要用于采集舰船装备中频信号;PXI测试分机控制模块接收主控计算机控制指令,控制多通道数据采集模块、直流电压和电流信号采集模块、中频信号采集模块数据采集,并将采集数据传输至主控计算机。
作为优选方案,PXI测试分机连接通道扩展分机以扩展PXI测试分机的测试通道。
本发明通过对舰载电子装备进行外部测试,提高了现场级测试资源的利用率,有效节约装备的维护保障经费。
附图说明
图1本发明的结构示意图;
图2通道扩展分机功能框图;
图3声纳模拟信号源功能框图;
图4摇摆信号源功能框图;
图5雷达目标建航测试框图;
图6雷达天线转速均匀性测试框图;
图7声纳前置一致性测试框图。
具体实施方式
如图1所示,本发明一种舰载电子装备测试诊断设备,主要包括:主控计算机、PXI测试分机、频谱测试分机、功率测试分机、阻抗测试分机、声纳模拟信号源、雷达模拟信号源和摇摆信号源。
开始测试任务时,主控计算机将控制指令通过网络发送给各测试分机,测试分机按照指令为被测装备准备输出激励信号或者进行相应的数据采集。测试分机采集完原始数据后返回给主控计算机,主控计算机按照既定的算法对数据进行计算分析,得出结论。如果被测装备的指标超标,主控计算机能够调用数据库中的装备故障模型库,指导用户进行故障定位和辅助维修,直至故障排除。
主控计算机将控制指令通过网络发送给声纳模拟信号源、雷达模拟信号源和摇摆信号源,上述信号源产生模拟信号,将模拟信号输入给被测试装备。被测试装备再接收到信号后,做出反应。主控计算机接收被测装备反馈信息,并进行处理分析,得出结论。
PXI测试分机主要由PXI测试分机控制模块、多通道数据采集模块、直流电压和电流信号采集模块、中频信号采集模块组成;多通道数据采集模块主要用于采集舰载装备中低频交流信号或直流信号;直流电压和电流信号采集模块主要由万用表组成,用于采集舰船装备直流电压和电流信号,例如声纳的前置信号、声纳发生信号等参数;中频信号采集模块主要由示波器组成,用于采集舰船装备中频信号,例如雷达和声纳的供电电源测试,雷达真空管高压(衰减)测试等;PXI测试分机控制模块通过网口接收主控计算机控制指令,控制多通道数据采集模块、直流电压和电流信号采集模块、中频信号采集模块数据采集,并将采集数据传输至主控计算机。
如图2所示,当被测装备的信号路数较多时,可以通过通道扩展分机对PXI测试分机的测试通道进行扩展,例如测试声纳的前置一致性、幅度一致性等参数时经常需要使用通道扩展分机。通道扩展分机由控制模块和两个开关模块组成。
控制模块选用SCXI1600模块,SCXI1600模块通过USB总线接收来自PXI测试分机控制模块的控制信号,然后通过SCXI总线控制通用开关模块和高压开关模块。
通用开关模块选用SCXI1130开关模块作双线的1×128多路复用型配置,主要用于扩展PXI测试分机多通道数据采集模块的采集通道。通用开关模块通过SCXI总线接收控制模块的控制信号,对多通道输出采集模块的通道进行切换。
通用开关模块选用SCXI1127开关模块作双线的1×32多路复用型配置,主要用于扩展PXI测试分机直流电压和电流信号采集模块的采集通道。高压开关模块通过SCXI总线接收控制模块的控制信号,对直流电压和电流信号采集模块的通道进行切换。
频谱测试分机用于测试舰载雷达的射频信号、雷达中频信号的频谱特性。
阻抗测试分机用于测试声纳换能器的阻抗测试,主要由信号源、数据采集、相位检测模块、对外接口模块、人机接口模块、测试夹具以及低压电源组成。
功率测试分机主要用于测试雷达中频和射频的功率,主要由功率计(可以选用N1921A)、功率计探头(可以选用8481D)、同轴衰减器和三防机箱组成。
声纳信号源根据目标和声纳接收机的水声信号特性、相对运动特性,以及水下工作环境噪声特点,实时动态的生成回波模拟信号;主控机计算机控制声纳信号源生成回波模拟信号,回波模拟信号发送给声纳接收机,声纳对回波模拟信号进行处理,主控计算机通过接收声纳发送的报文并进行解析和比对,得到声纳装备状态信息。
如图3所示,声纳信号源主要包括声纳信号源主控模块、DSP模块、D/A模块和滤波模块;其中,声纳信号源主控模块接受主控计算机指令,将设定的参数发送至DSP模块;DSP模块接受来自主控模块的参数,经过数据处理形成数字信号;DSP模块形成的数字模块经D/A模块转换为模拟信号;模拟信号经滤波模块滤去高频量化噪声和其它带外干扰。
舰载声纳一般为几十路甚至上百路信号收发通道,因此声纳模拟信号源对应多路D/A模块。
主控模块采用标准配置,具备USB接口,标准串口,以太网口等标准接口。
DSP模块接收主控模块发送的命令、参数,完成信号延时、信号处理、数据处理等运算,并通过***总线完成向D/A模块传送数据。DSP模块之间采用LINK口进行通讯,通过总线与其他模块的数据传输能力不小于60MB/S。
D/A模块通过数据总线,接收DSP模块产生的数据,并将DSP模块产生的数字信号转化为模拟信号,将模拟信号输出至接口。各D/A模块间通过总线,即***总线的触发线,进行同步。
D/A模块主要技术特点:支持多板同步传输机制,不小于12bit转换精度,每块板提供32路电压信号输出,2048采样点FIFO,可选择DMA、中断或I/O数据传送方式,输出模拟信号幅度±10V,具有对地短路保护功能。通道更新率45KS/s~800KS/s,根据通道数不同更新率有所变化。
滤波模块用于D/A模块输出的模拟信号滤波,滤去高频量化噪声和其它带外干扰,每个模块上有32滤波通道。
模拟信号源与声纳的接口能够完成信号幅度调节与输出驱动功能,每个模块上有32通道。
模拟信号源主要模拟的水声模型包括:舰船辐射噪声;声纳主动工作方式接收的回波信号。
舰船辐射噪声的模拟:
现代声纳处理舰船辐射噪声除了利用宽带噪声以外,还要利用线谱、包迹谱等信息。
舰船辐射噪声模型:
G(t,f)=GL(f)+GX(f)+m(t)m(f)GX(f)
GL(f)是低频线谱
GX(f)是平稳过程连续谱
m(t)是周期调制函数,反映辐射噪声时变调制谱的时变规律,m(f)是调制深度,简单地用矩形函数近似。
主动回波和侦查脉冲信号的仿真:
频率精度达到0.1‰,谐波系数小于-50db。
LFM信号数学模型
t∈[0,T]
M=ΔωM/tM
式中A幅度,T为脉宽,ω为中心角频率,M为调频率
PCW信号数学模型
t∈[0,T]
HFM信号数学模型
f(t)=Asin[ω/K*Ln(1-k*t/fs)]
雷达模拟信号源主要是根据目标和雷达接收机的信号特性与相对运动特性,实时动态的生成中频回波模拟信号;主控计算机控制雷达模拟信号源输出多批模拟目标信号,通过雷达中频接口灌入给雷达,主控计算机接收雷达发送的航迹报文并进行解析和比对,对雷达做出故障分析;
雷达模拟信号源主要用于根据定制的目标运行航迹来检验舰载雷达的目标跟踪精度、跟踪稳定性等整机性能指标。雷达目标建航测试主要通过对雷达的建航距离精度、建航方位进度、建航批数进行测试,对雷达整机性能指标进行判断。主控计算机通过内部网线控制雷达模拟信号源输出多批模拟目标信号,通过雷达中频接口灌入给雷达,然后主控机通过外部网线接收雷达显控台发送的航迹报文并进行解析和比对,经过计算后得出雷达的建航距离精度、建航方位精度和建航批数。
摇摆信号源是根据舰载电子装备伺服***测试要求,产生模拟舰船纵摇、横摇、航向以及计程仪航速信息信号;主控计算机控制摇摆信号源输出纵摇、横摇、航向以及计程仪航速的信号,并将信号传送至舰载电子装备伺服***,舰载电子装备伺服***接收到信号将处理结果发送至主控计算机,主控计算机对舰载电子装备伺服***进行故障分析。
摇摆信号源的功能是根据测试要求模拟舰船纵摇、横摇、航向以及计程仪航速信息,为舰载电子装备提供仿真调试手段。通过摇摆信号源提供的纵摇、横摇、航向模拟信号,可以测试舰船稳定平台摇摆角度及误差。
如图4所示,摇摆信号源包括摇摆信号源控制模块,FPGA模块和航向、航速、纵摇、横摇单元组成。摇摆信号源控制模块由PC104芯片实现功能,PC104芯片通过RS232串口或者以太网接收来自主控计算机的控制命令,并将命令下发给FPGA模块。FPGA模块作为总线管理器,能根据PC104芯片下达的指令仿真阶跃、正弦、递增等多种运动姿态,并且以数字信号的形式下发给航向、航速、纵摇、横摇单元。航向、航速、纵摇、横摇单元由DSC芯片实现功能,航向、航速、纵摇、横摇单元将FPGA模块下发的数字信号通过DSC芯片转化为高精度的模拟信号,即舰船的姿态信号,输出给被测装备。一般来说,舰载电子装备常用的导航信息包括舰船纵摇角、横摇角、航向角和航速信息,舰船通用的接口形式分为模拟接口和数字接口。模拟接口形式以其可靠性高,长线传输特性好,在舰船上广为使用。模拟接口多采用自整角机方式。
自整角机接口包括一对激磁信号和三根相差120°的输出信号,信号表示如下:
VS1-S3=KV0sinθ
VS3-S2=KV0sin(θ+120°)
VS2-S1=KV0sin(θ+240°)
其中VO=E0sinωt,为激磁信号。
所谓DSC,即Digital Synchro Converte,采用DSC可以方便的将计算机形成的仿真数字姿态信号转换为模拟自整角机信号,实现舰船姿态信号的仿真功能。
实施例1
通过本发明可以对雷达声纳的主要功能性能指标进行测试,并进行故障诊断和辅助维修。雷达主要的测试指标包括主触发脉冲测试、时钟基准信号测试、发射机输出射频信号测试、发射机二三级高压电源测试、接收机微波信号测试、中频信号测试、频率合成器本振信号测试、目标建航测试、噪声系数测试、稳定平台摇摆误差测试等。声纳主要的测试指标包括声纳前置幅度一致性测试、前置相位一致性测试、前置频率测试、发射信号源中心频率测试、发射信号源脉宽测试、发射功放测试、基阵阵元测试、信号处理性能测试等。下面对比较典型的几种测试方式进行说明。
雷达目标建航测试主要通过对雷达的建航距离精度、建航方位进度、建航批数进行测试,对雷达整机性能指标进行判断。
主控计算机通过内部网线控制雷达模拟信号源输出多批模拟目标信号,通过雷达中频接口灌入给雷达,然后主控计算机通过外部网线接收雷达发送的航迹报文并进行解析和比对,经过计算后得出雷达的建航距离精度、建航方位精度和建航批数。
实施例2
雷达天线转速均匀性是判断雷达伺服***稳定性的一项重要指标。本发明通过主控计算机控制PXI测试分机采集伺服***的正北信号并进行运算的出雷达天线转速均匀性指标。连接好主控机和PXI测试分机后,设置天线转速为N0,主控机控制PXI测试分机的多通道测试数据采集模块读取正北脉冲信号10个,并从第一个脉冲计时,时间为T。计算天线转速不均匀性。
天线转速均匀性=[1-600/(T×N0)]×100%
计算出结果后与标准指标进行比对,得出测试结论。
实施例3
声纳前置一致性指标对于声纳接收和发射信号的质量有非常大的影响。通用测试诊断设备通过主控计算机、声纳信号源、PXI测试分机、通道扩展分机可以对声纳前置一致性进行测试。主控计算机控制声纳模拟信号源输出标准多路激励信号从声纳前置模块的顶部注入;同时控制PXI测试分机和通道扩展分机从前置模块的信号输出端进行采集,测试分机将采集到的原始数据返回给主控计算机进行计算分析,从而得到被测声纳前置一致性指标。
Claims (3)
1.一种舰载电子装备测试诊断设备,主要包括:主控计算机、PXI测试分机、频谱测试分机、功率测试分机、阻抗测试分机、声纳模拟信号源、雷达模拟信号源和摇摆信号源;
主控计算机对PXI测试分机、频谱测试分机、功率测试分机、阻抗测试分机、声纳模拟信号源、雷达模拟信号源和摇摆信号源进行工作控制,并对测试反馈信息进行收集,根据既定的判断规则对收集信息进行处理,做出故障判断;
PXI测试分机接收主控计算机的控制指令,完成舰载装备单路或多路中低频信号的频率、相位、波形、功率、带宽参数测试,并将上述测试信息传送至主控计算机进行处理,做出故障判断;
频谱测试分机用于测试舰载雷达的射频信号、雷达中频信号的频谱特性;阻抗测试分机用于测试声纳换能器的阻抗测试;功率测试分机主要用于测试雷达中频和射频的功率;
声纳信号源根据目标和声纳接收机的水声信号特性、相对运动特性,以及水下工作环境噪声特点,实时动态的生成回波模拟信号;主控机计算机控制声纳信号源生成回波模拟信号,回波模拟信号发送给声纳接收机,声纳对回波模拟信号进行处理,主控计算机通过接收声纳发送的报文并进行解析和比对,得到声纳装备状态信息;
雷达模拟信号源主要是根据目标和雷达接收机的信号特性与相对运动特性,实时动态的生成中频回波模拟信号;主控计算机控制雷达模拟信号源输出多批模拟目标信号,通过雷达中频接口灌入给雷达,主控计算机接收雷达发送的航迹报文并进行解析和比对,对雷达做出故障分析;
摇摆信号源是根据舰载电子装备伺服***测试要求,产生模拟舰船纵摇、横摇、航向以及计程仪航速信息信号;主控计算机控制摇摆信号源输出纵摇、横摇、航向以及计程仪航速的信号,并将信号传送至舰载电子装备伺服***,舰载电子装备伺服***接收到信号将处理结果发送至主控计算机,主控计算机对舰载电子装备伺服***进行故障分析。
2.根据权利要求1所述的一种舰载电子装备测试诊断设备,其特征在于,PXI测试分机主要由PXI测试分机控制模块、多通道数据采集模块、直流电压和电流信号采集模块、中频信号采集模块组成;多通道数据采集模块主要用于采集舰载装备中低频交流信号或直流信号;直流电压和电流信号采集模块主要用于采集舰船装备直流电压和电流信号;中频信号采集模块主要用于采集舰船装备中频信号;PXI测试分机控制模块接收主控计算机控制指令,控制多通道数据采集模块、直流电压和电流信号采集模块、中频信号采集模块数据采集,并将采集数据传输至主控计算机。
3.根据权利要求2所述的一种舰载电子装备测试诊断设备,其特征在于,PXI测试分机连接通道扩展分机以扩展PXI测试分机的测试通道。
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