CN109361479A - 一种自动化t/r组件测试*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化T/R组件测试***，属雷达检测设备技术领域。它包括频综器、波形产生器、四合一接收机、通讯控制器、自主软件等；波形产生器为直接数字合成器DDS；频综器的时钟信号源提供波形产生器、通讯控制器及模数转换器的工作时钟15MHz；本振信号源提供四合一接收机本振信号；激励信号源经定向耦合器直通端及同轴开关S1～S9为被测T/R组件提供激励信号和模拟回波信号；激励信号源通过定向耦合器的耦合端、功分器1为被测T/R组件提供测试信号，并为***提供基准信号进行***校准；可自动完成所有通道及频点的切换、数据存储、计算和修正值写入，减少人为干预，占用仪器少，高质量、高效率测试，操作和维护方便。

Description

一种自动化T/R组件测试***

技术领域

本发明涉及一种自动化T/R组件测试***，属雷达检测设备技术领域。

背景技术

T/R组件是相控阵雷达不可或缺的核心部件，其性能好坏直接影响雷达收发***的工作质量。作为雷达的核心部件，T/R组件必须验收的性能指标特别多。传统测试T/R组件性能指标所涉及到的测试仪器包括：电源模块、频谱仪、脉冲矢量网络分析仪、信号源、脉冲发生器、功率计及计算机等；不仅占用大量仪器仪表资源，且这些测试仪器使用时都需要人工校准通道、设置参数、切换被测通道、计算修正值、写入修正值及记录测试结果；前期准备工作量大，测试及校准过程相当繁琐，导致生产效率低，维修成本高。因此，非常有必要研发一种利用雷达自身组件，配置标准化通用接口，通过路由器连接计算机、通讯控制器、频谱仪，即可自动完成所有通道及所有频点的切换、数据存储、计算和修正值写入，极大减少人为干预，实现大批量、高质量、高效率测试，操作和维护方便的自动化T/R组件测试***。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种利用雷达自身组件，配置标准化通用接口和自主软件，通过路由器连接计算机、通讯控制器、频谱仪，即可自动完成所有通道及所有频点的切换、数据存储、计算和修正值写入，极大减少人为干预，极少占用仪器资源，实现大批量、高质量、高效率测试，操作和维护方便的自动化T/R组件测试***；解决传统测试占用大量仪器仪表资源，人工干预多，前期准备工作量大，测试操作及设备维护繁琐，生产效率低下的问题。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种自动化T/R组件测试***，它包括频综器、波形产生器、四合一接收机、通讯控制器、模数转换器、定向耦合器、同轴开关、功分器、路由器、大功率衰减器、电源模块、通风散热***、人机交互界面、自主软件；

其特征在于：波形产生器为直接数字频率合成器DDS，产生中频测试信号和激励信号，经滤波放大后输出至频综器；

频综器包括时钟信号源、本振信号源、激励信号源；时钟信号源提供波形产生器、通讯控制器及模数转换器的工作时钟15MHz；本振信号源为接收机提供本振信号；激励信号源通过定向耦合器直通端及同轴开关为被测T/R组件提供激励信号和模拟回波信号；激励信号源还通过定向耦合器的耦合端、功分器1为被测T/R组件提供测试信号，并为***提供基准信号进行***校准；

四合一接收机可同时对两路回波信号、一路发射信号和一路基准信号进行低噪声放大、选频滤波、下混频、中频滤波放大，形成56.25MHz中频信号送模数转换器进行模/数和电/光转换；

模数转换器由模数转换器件和光电转换器件构成，模数转换器件将输入的56.25MHz中频模拟信号通过15MHz时钟信号采样、转换为14位的数字信号，再通过光电转换器件将数字信号以光形式发送至通讯控制器；

通讯控制器的逻辑控制电路采用FPGA可编程逻辑器件集成电路作为终端数据采集模块，完成对数据存储电路、光电转换、I/Q数据采集、网络通讯的配置和控制，以及各种触发控制；FPGA可编程逻辑器件集成电路与计算机通讯，获取控制命令，并转发T/R组件、四合一接收机、频综器、波形产生器、模数转换器的状态信息，并通过网络接口对仪表进行控制，读取、处理模数转换器光纤传输的I/Q数据，通过计算机的人机交互界面交互显示；同时提供***工作的时序信号；

定向耦合器将频综器产生的射频信号经直通端为被测组件提供激励信号、模拟回波信号，经耦合端为被测组件提供测试信号、为平台提供基准信号进行***校准；

同轴开关S1用于激励信号及模拟回波信号的切换；同轴开关S2用于激励信号及测试信号的切换；同轴开关S3～S7用于发射信号及模拟回波信号的切换；同轴开关S8用于五路模拟回波信号的切换，同轴开关S9用于发射信号通道的切换；

功分器包括功分器1和功分器2，功分器1用于将激励耦合信号功分成两路，一路用作***射频测试信号，一路用作***射频基准信号；功分器2用于将送给接收机的发射信号功分成两路，一路用作内部检测，一路用作外部仪表检测；

四合一接收机将四个接收通道之间通过腔体进行空间隔离，减小通道间空间辐射干扰；将不同通道的控制线及电源线在微带板内分层布线，减小通道间的信号串扰及控制信号、电源信号对射频信号的干扰；通过微带板埋盲孔，减小控制信号及电源信号从地上辐射串扰各路射频信号，实现接收通道间的高隔离度特性；

大功率衰减器用于将输入到被测T/R组件的大功率发射信号衰减50dB，防止烧坏发射支路的小功率器件。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该自动化T/R组件测试***，利用雷达的频综器、波形产生器、四合一接收机、通讯控制器、模数转换器、同轴开关、功分器，配置标准化通用接口和自主软件，通过路由器连接计算机、通讯控制器及频谱仪，实现自动完成参数设置、数据测量及数据交换，无需人工干预，一键测试所有技术指标，自动切换频点及通道，并实时保存测试结果，如意外中断测试，可再次导入数据；测试完毕即刻自动生成电子报表直观显示。选用高隔离度同轴开关，有效减少接收通道与发射通道切换时相互之间的电磁干扰。四合一接收机通道间具备高隔离度特性，大大提高了测试信号的稳定性。通过波形产生器、频综器、四合一接收机、模数转换器模拟雷达整机工作环境，更具有实际代表性，使得指标测试更准确，维修、保养更方便，保证了测试工作效率。该自动化T/R组件测试***，极大减少人为干预，极少占用仪器资源，实现大批量、高质量、高效率测试，操作和维护简单方便。解决了传统测试占用大量仪器仪表资源，人工干预多，前期准备工作量大，测试操作及设备维护繁琐，生产效率低下的问题。

附图说明

图1为一种自动化T/R组件测试***的整体工作原理示意图；

图2为一种自动化T/R组件测试***的波形产生器的工作原理示意图；

图3为一种自动化T/R组件测试***的四合一接收机的工作原理示意图；

图4为一种自动化T/R组件测试***的通讯控制器的工作原理示意图；

图5为一种自动化T/R组件测试***的计算机与通讯控制器的控制流程示意图；

图6为一种自动化T/R组件测试***的模数转换器的工作原理示意图；

图7为一种自动化T/R组件测试***的人机操作界面的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对该自动化T/R组件测试***的实施方式作进一步详细说明（参见图1～7）：

一种自动化T/R组件测试***，它包括频综器、波形产生器、四合一接收机、通讯控制器、模数转换器、定向耦合器、同轴开关、功分器、路由器、大功率衰减器、电源模块、通风散热***、人机交互界面、自主软件；

波形产生器为直接数字频率合成器DDS，产生中频测试信号和激励信号，经滤波放大后输出至频综器；

频综器包括时钟信号源、本振信号源、激励信号源；时钟信号源提供波形产生器、通讯控制器及模数转换器的工作时钟15MHz；本振信号源为接收机提供本振信号；激励信号源通过定向耦合器直通端及同轴开关为被测T/R组件提供激励信号和模拟回波信号；激励信号源还通过定向耦合器的耦合端、功分器1为被测T/R组件提供测试信号，并为***提供基准信号进行***校准；

四合一接收机可同时对两路回波信号、一路发射信号和一路基准信号进行低噪声放大、选频滤波、下混频、中频滤波放大，形成56.25MHz中频信号送模数转换器进行模/数和电/光转换；

模数转换器由模数转换器件和光电转换器件构成，模数转换器件将输入的56.25MHz中频模拟信号通过15MHz时钟信号采样、转换为14位的数字信号，再通过光电转换器件将数字信号以光形式发送至通讯控制器；

通讯控制器的逻辑控制电路采用FPGA可编程逻辑器件集成电路作为终端数据采集模块，完成对数据存储电路、光电转换、I/Q数据采集、网络通讯的配置和控制，以及各种触发控制；FPGA可编程逻辑器件集成电路与计算机通讯，获取控制命令，并转发T/R组件、四合一接收机、频综器、波形产生器、模数转换器的状态信息，并通过网络接口对仪表进行控制，读取、处理模数转换器光纤传输的I/Q数据，通过计算机的人机交互界面交互显示；同时提供***工作的时序信号；

定向耦合器将频综器产生的射频信号经直通端为被测组件提供激励信号、模拟回波信号，经耦合端为被测组件提供测试信号、为平台提供基准信号进行***校准；

同轴开关S1用于激励信号及模拟回波信号的切换；同轴开关S2用于激励信号及测试信号的切换；同轴开关S3～S7用于发射信号及模拟回波信号的切换；同轴开关S8用于五路模拟回波信号的切换，同轴开关S9用于发射信号通道的切换；

功分器包括功分器1和功分器2，功分器1用于将激励耦合信号功分成两路，一路用作***射频测试信号，一路用作***射频基准信号；功分器2用于将送给接收机的发射信号功分成两路，一路用作内部检测，一路用作外部仪表检测；

四合一接收机将四个接收通道之间通过腔体进行空间隔离，减小通道间空间辐射干扰；将不同通道的控制线及电源线在微带板内分层布线，减小通道间的信号串扰及控制信号、电源信号对射频信号的干扰；通过微带板埋盲孔，减小控制信号及电源信号从地上辐射串扰各路射频信号，实现接收通道间的高隔离度特性；

大功率衰减器用于将输入到被测T/R组件的大功率发射信号衰减50dB，防止烧坏发射支路的小功率器件（参见图1～7）。

该自动化T/R组件测试***各器件的作用：

人机交互界面负责完成对通讯控制器的数据处理及显示。

电源模块用于给平台及T/R组件提供工作所需要的电源。

路由器用于频谱仪、计算机及通讯控制器之间的数据交换。

通风散热***用于给测试***所有插件及大功率衰减器散热，以提高测试***的可靠性。

波形产生器采用直接数字频率合成器DDS，产生中频测试信号和激励信号，波形产生器利用计算机及开关控制串口将波形库数据传输到存储器；工作时，由FPGA可编程逻辑器件集成电路读取存储于存储器的控制数据，控制直接数字频率合成器DDS，产生所需线形/非线性调频信号，经滤波放大后输出。 FPGA可编程逻辑器件集成电路与直接数字频率合成器DDS采用并行连接模式，通过自主软件编程产生直接数字频率合成器DDS所需的控制字及地址，直接数字频率合成器DDS输出被测T/R组件所需的各种信号波形。

通讯控制器的逻辑控制电路采用Altera公司的可编程逻辑器件集成电路EP4SGX180FF35I4作为终端数据采集模块，完成对数据存储电路、光电转换、I/Q数据采集、网络通讯的配置和控制，以及各种触发控制。通过与计算机通讯，获取控制命令，转发T/R组件、接收机、频综器、波形产生器、模数转换器的状态信息；获取控制命令，通过网络接口对仪表进行控制；读取模数转换器光纤传输的I/Q数据并处理，转发计算机显示；提供***所工作时序信号。

模数转换器采用高性能的模数转换器件和光电转换器件，将输入的56.25MHz中频模拟信号用15MHz时钟信号采样转换为14位的数字信号并通过光电转换器件将信号以光形式发送至通讯控制器。

人机操作界面主要由计算机通过网口实现对整个测试设备、T/R组件以及仪表的控制。人机操作界面采用C++ Builder5构建，人机操作界面与通讯控制器和频谱仪均使用网络接口通过路由器连接。网络传输使用TCP/IP协议，传输速率100M；与控制板数据传输使用自定义命令，与频谱仪数据传输使用标准SCPI命令。

该自动化T/R组件测试***的工作过程如下：

测试前，先通过人机操作界面在平台校准界面完成接收、发射、测试校准。

接收通道1校准时，将平台回波端口1与功率口1短接，形成闭合接收通道。频综器产生的射频信号经定向耦合器直通端、衰减器2、同轴开关S8、S3，大功率衰减器SJ4、四合一接收机及形成的模拟回波信号，经定向耦合器耦合端、功分器1形成的基准信号，分别送至四合一接收机处理后,形成基准中频信号及接收中频信号送给模数转换器，经A/D变换和光电转换后送给通讯控制器。通讯控制器将收到的I/Q光信号转换为电信号，通过网络送至计算机；计算机将接收到的数据进行解包还原成接收I/Q数据及基准I/Q数据，对接收I/Q数据通过公式计算形成接收增益校准值，对接收I/Q数据与基准I/Q数据进行比值计算后，形成接收相位校准值；同理完成所有5路接收通道的校准。

发射通道1相位校准时，将平台激励端口与功率口1短接，形成闭合发射通道。频综器产生的射频信号经定向耦合器直通端、同轴开关S1、激励放大器、大功率衰减器SJ4、同轴开关S3、S9、衰减器3、功分器2、四合一接收机及形成的模拟发射信号，通过定向耦合器耦合端、功分器1形成的基准信号，分别送至四合一接收机处理后，形成基准中频信号及接收中频信号送给模数转换器，经A/D变换和光电转换后送给通讯控制器。通讯控制器将收到的I/Q光信号转换为电信号，通过网络送至计算机。计算机将接收到的数据进行解包还原成发射I/Q数据及基准I/Q数据，对发射I/Q数据与基准I/Q数据进行比值计算后形成发射相位校准值；同理完成所有5路发射通道相位校准。

发射通道功率校准时，以一个指标合格的5T/5R组件作参考，读取5路发射通道每个频点的功率值并记录，计算机还原的发射I/Q数据取均值后形成的幅度值与记录的5路功率值一一对应比值后，即形成发射功率校准值。

测试通道1校准时，将平台激励端口与功率口1短接，形成闭合测试通道。频综器产生的射频信号经定向耦合器耦合端、功分器1、衰减器1、同轴开关S2、四合一接收机及形成的模拟测试信号，经定向耦合器耦合端、功分器1形成的基准信号，分别送至四合一接收机，经处理后形成基准中频信号及测试中频信号送给模数转换器，经A/D变换和光电转换后送给通讯控制器，通讯控制器将收到的I/Q光信号转换为电信号，通过网络送至计算机；计算机将接收到的数据进行解包还原成测试I/Q数据及基准I/Q数据，对测试I/Q数据通过公式计算形成测试增益校准值，对测试I/Q数据与基准I/Q数据进行比值计算后形成测试相位校准值；同理完成所有5路测试通道的校准。

测试时，先通过人机操作界面在工作方式框内选择被测T/R组件状态，点击平台网络连接及平台控制命令发送指令，通讯控制器收到指令后解码成RS422信号转发给T/R组件。

接收、测试测量时，切换同轴开关S1～S7到接收通道，切换同轴开关S8选择被测试T/R组件接收通道；发射测量时，切换同轴开关S1～S7到发射通道，切换同轴开关S9选择被测试T/R组件发射通道。在人机操作界面上点击“测试全部指标”可一键完成接收增益、相位，测试增益、相位，发射功率、相位、前沿、后沿、顶降、脉宽指标测试；点击“效率计算”即可完成发射效率计算；通过计算机与频谱仪网络通讯，点击人机操作界面中的频谱仪界面“参数设置”、“校准”、“测量”，即可完成发射信号改善因子、谐波抑制及接收噪声系数的测量。

频综器输入的56.25MHz中频信号与内部本振经上混频、滤波、放大后输出的连续信号在发射方波调制作用下产生激励信号，通过开关选择状态后送给被测件，由被测件输出的高频信号经大功率衰减器、同轴开关选择后送给四合一接收机插件，由四合一接收机混频滤波后的信号送给模数转换器完成A/D转换和光电转换，通过光纤将I/Q数据传输给通讯控制器处理，最终送给操作控制平台显示。其中由频综器产生的激励信号通过定向耦合器耦合端的信号，通过接收机、模数转换器送给通讯控制器作为基准信号进行***校准；频综器提供***工作所需的时钟信号；通讯控制器产生***所需的时序信号、控制信号以及与计算机通讯。

T/R组件接收指标测量时，波形产生器产生的中频信号与频综器变本振信号下混频产生模拟回波信号，模拟回波信号经定向耦合器直通端送至同轴开关S1；同轴开关S1选择接收状态后将信号送至同轴开关S8；同轴开关S8用于切换被测T/R组件的接收通道，再经同轴开关S3～S7及大功率衰减器SJ4～SJ8后送至被测T/R组件相应接收通道。模拟回波信号在T/R组件内经限幅、低噪放及滤波后，经移相器、功分合成器1形成两路接收信号经隔离器后送至四合一接收机。接收信号1、2在四合一接收机内经射频放大滤波、混频、中频放大滤波后形成接收中频回波信号送至模数转换器。模数转换器对输入的基准信号、接收中频信号1、2经A/D采样、数字滤波后形成I/Q数字信号送至通讯控制器。通讯控制器将收到的I/Q光信号转换为电信号，通过网络送至计算机。计算机将接收I/Q数据与基准I/Q数据进行比值计算后得到接收相位值，再与计算机存储的接收相位校准值比差后得到被测T/R组件接收相位值；将接收I/Q值与接收增益校准值经公式换算后得到T/R组件接收增益；

T/R组件发射指标测量时，波形产生器产生的中频信号与频综器变本振信号下混频产生激励信号，激励信号经定向耦合器的直通端送至同轴开关S1；同轴开关S1选择发射状态后将信号送至激励放大器，经放大滤波后送至同轴开关S2；同轴开关S2选择发射状态后将信号送至被测T/R组件的激励输入口；在T/R组件内部经功分放大后，形成五路250W以上的大功率信号，经功率输出端口送至平台内五个大功率衰减器SJ4～SJ8衰减50dB后送至同轴开关S3～S7；同轴开关S3～S7选择发射状态后将信号送至同轴开关S9；同轴开关S9用于切换被测T/R组件的发射通道，经功分器2后一路送至外部检测口，用于仪表测试，一路送至四合一接收机；在四合一接收机内经射频放大滤波、混频、中频放大滤波后形成发射中频回波信号送至模数转换器；模数转换器对输入的基准中频信号、发射中频信号1、2经A/D采样、数字滤波后形成I/Q数字信号送至通讯控制器。通讯控制器将收到的I/Q光信号转换为电信号，通过网络送至计算机。计算机将发射I/Q数据与基准I/Q数据进行比值计算后得到发射相位值，再与计算机存储的发射校准值比差后得到被测T/R组件发射相位值；将发射I/Q值与发射功率校准值经公式换算后得到被测T/R组件功率值；通过对发射I/Q值取点形成波形数据，再通过时域计算得到被测T/R组件的脉冲宽度、前沿、后沿、顶降指标；点击电源查询及效率计算，自动获取电源的电压、电流参数值及T/R组件的功率值，自动计算出发射效率指标。

T/R组件测试指标测量时，波形产生器产生的中频信号与频综器变本振信号下混频产生测试信号，测试信号经定向耦合器的耦合端送至功分器1，经功分后，一路作为基准信号送给四合一接收机，另一路经衰减器后送至同轴开关S2；同轴开关S2选择测试状态后将信号送至被测T/R组件的激励输入口；在T/R组件内部经限幅、低噪放及滤波后，经移相器、功分合成器形成两路测试信号经隔离器后送至四合一接收机。测试信号1、2在四合一接收机内经射频放大滤波、混频、中频放大滤波后形成测试中频回波信号送至模数转换器。模数转换器对输入的基准信号、测试中频信号1、2经A/D采样、数字滤波后形成I/Q数字信号送至通讯控制器。通讯控制器将收到的I/Q数字信号转换为数据，通过网络送至计算机。计算机将测试I/Q数据与基准I/Q数据进行比值计算后得到测试相位值，再与计算机存储的测试相位校准值比差后得到被测T/R组件测试相位值；将测试I/Q值与测试增益校准值经公式换算后得到T/R组件测试增益。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (1)

1.一种自动化T/R组件测试***，它包括频综器、波形产生器、四合一接收机、通讯控制器、模数转换器、定向耦合器、同轴开关、功分器、路由器、大功率衰减器、电源模块、通风散热***、人机交互界面、自主软件；

其特征在于：波形产生器为直接数字频率合成器DDS，产生中频测试信号和激励信号，经滤波放大后输出至频综器；

频综器包括时钟信号源、本振信号源、激励信号源；时钟信号源提供波形产生器、通讯控制器及模数转换器的工作时钟15MHz；本振信号源为接收机提供本振信号；激励信号源通过定向耦合器直通端及同轴开关为被测T/R组件提供激励信号和模拟回波信号；激励信号源还通过定向耦合器的耦合端、功分器1为被测T/R组件提供测试信号，并为***提供基准信号进行***校准；

四合一接收机可同时对两路回波信号、一路发射信号和一路基准信号进行低噪声放大、选频滤波、下混频、中频滤波放大，形成56.25MHz中频信号送模数转换器进行模/数和电/光转换；

模数转换器由模数转换器件和光电转换器件构成，模数转换器件将输入的56.25MHz中频模拟信号通过15MHz时钟信号采样、转换为14位的数字信号，再通过光电转换器件将数字信号以光形式发送至通讯控制器；

通讯控制器的逻辑控制电路采用FPGA可编程逻辑器件集成电路作为终端数据采集模块，完成对数据存储电路、光电转换、I/Q数据采集、网络通讯的配置和控制，以及各种触发控制；FPGA可编程逻辑器件集成电路与计算机通讯，获取控制命令，并转发T/R组件、四合一接收机、频综器、波形产生器、模数转换器的状态信息，并通过网络接口对仪表进行控制，读取、处理模数转换器光纤传输的I/Q数据，通过计算机的人机交互界面交互显示；同时提供***工作的时序信号；

定向耦合器将频综器产生的射频信号经直通端为被测组件提供激励信号、模拟回波信号，经耦合端为被测组件提供测试信号、为平台提供基准信号进行***校准；

同轴开关S1用于激励信号及模拟回波信号的切换；同轴开关S2用于激励信号及测试信号的切换；同轴开关S3～S7用于发射信号及模拟回波信号的切换；同轴开关S8用于五路模拟回波信号的切换，同轴开关S9用于发射信号通道的切换；

功分器包括功分器1和功分器2，功分器1用于将激励耦合信号功分成两路，一路用作***射频测试信号，一路用作***射频基准信号；功分器2用于将送给接收机的发射信号功分成两路，一路用作内部检测，一路用作外部仪表检测；

四合一接收机将四个接收通道之间通过腔体进行空间隔离，减小通道间空间辐射干扰；将不同通道的控制线及电源线在微带板内分层布线，减小通道间的信号串扰及控制信号、电源信号对射频信号的干扰；通过微带板埋盲孔，减小控制信号及电源信号从地上辐射串扰各路射频信号，实现接收通道间的高隔离度特性；

大功率衰减器用于将输入到被测T/R组件的大功率发射信号衰减50dB，防止烧坏发射支路的小功率器件。