某電子裝備指標(biāo)測試方法分析及改進(jìn)

龔小立?薛磊?王雄偉

摘? 要：以某裝備微波暗室環(huán)境指標(biāo)測試為例，介紹了傳統(tǒng)的測向精度調(diào)試方法，并在實際調(diào)試中提出改進(jìn)方法，通過開發(fā)一種專用安裝裝置，快速完成測向精度指標(biāo)測試工作，針對傳統(tǒng)校準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提出新的校準(zhǔn)方法，著重介紹了自動測試系統(tǒng)設(shè)計流程，解決某裝備指標(biāo)測試方法效率低下的問題，實踐證明通過改進(jìn)測試方法對裝備測向精度測試是非常有意義的。

關(guān)鍵詞：干涉儀測向;測向精度;校準(zhǔn);自動測試

中圖分類號：TN97? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2096-4706（2022）02-0048-04

Abstract： Taking the environmental index test of a microwave anechoic chamber of an equipment as an example， this paper introduces the traditional DF accuracy debugging method， and puts forward the improvement methods in the actual debugging. By developing a special installation device， the DF accuracy index test work can be completed quickly. Aiming at the improvement of the traditional calibration technology， this paper puts forward new calibration methods， and focuses on introducing the design process of the automatic test system and solve the problem of low efficiency of an equipment index test method， the practice has proved that it is very meaningful for equipment DF accuracy by improving the test method.

Keywords： interferometer direction measurement; DF accuracy; calibration; automatic testing

0? 引? 言

電子對抗裝備在進(jìn)行通信對抗使用時需要精確測量敵方威脅源頻率信息、信號強(qiáng)度和方位信息才能對威脅源目標(biāo)進(jìn)行告警并實施相應(yīng)對抗手段，在調(diào)試生產(chǎn)階段需要對電子器件參數(shù)進(jìn)行整機(jī)調(diào)試及測試，使產(chǎn)品滿足技術(shù)指標(biāo)要求，達(dá)到用戶要求。

對輻射源的測向精度要求是電子對抗裝備的關(guān)鍵指標(biāo)，一般是在微波暗室完成調(diào)測，由于裝備生產(chǎn)量大，微波暗室稀少，供需不平衡影響生產(chǎn)效率，同時調(diào)測手段不足嚴(yán)重影響裝備效能發(fā)揮，本文通過作者以往調(diào)測經(jīng)驗，結(jié)合數(shù)字制造方法，通過在微波暗室環(huán)境采用一種較為高效、準(zhǔn)確的測試方法及裝置完成輻射指向測試，降低環(huán)境及人為因素的影響，提高電子系統(tǒng)微波暗室輻射指向測試的效率和精度，并應(yīng)用干涉儀法向校正技術(shù)提升產(chǎn)品性能指標(biāo)，確保產(chǎn)品在裝備作戰(zhàn)應(yīng)用中發(fā)揮最大效能。

1? 指標(biāo)測試原理

電子對抗系統(tǒng)對輻射源測向的基本原理是依據(jù)電磁波傳播特性，使用測向設(shè)備測定無線電波來波方向的過程。利用測向天線系統(tǒng)的方向性，通過測向天線系統(tǒng)對不同方向到達(dá)電磁波所具有的振幅或相位響應(yīng)，經(jīng)接收處理機(jī)處理最終確定輻射源的方向，分為比幅測向和比相測向。

電子裝備測向性能驗證在實際應(yīng)用場景是將裝備置于標(biāo)準(zhǔn)測向場景中心位置，信號發(fā)射器在測向場地某一標(biāo)定位置上發(fā)射信號，電子裝備對信號進(jìn)行測向，電子裝備測得的輻射源方位與信號發(fā)射器同電子裝備在測試場實際方位之差為測向誤差，經(jīng)過計算最終得出測向精度。與室外環(huán)境相比，微波暗室具有比較理想的電磁環(huán)境，它是采用吸波材料和金屬屏蔽體組建的特殊房間，能避免電子產(chǎn)品測試時的電磁雜波干擾，提高被測的精準(zhǔn)度和效率。

受調(diào)測環(huán)境限制，一般情況下，電子對抗裝備測向精度測試是將被測電子產(chǎn)品安裝于一個轉(zhuǎn)臺之上，接收固定的發(fā)射天線輻射出的信號，通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，電子裝備對輻射源進(jìn)行方向測試，測試結(jié)果與轉(zhuǎn)臺角度進(jìn)行比較，得出測向誤差，為了檢驗電子對抗裝備測向性能指標(biāo)，通常是在微波暗室通過對電子裝備的測向精度測試來模擬產(chǎn)品組裝完成后的遠(yuǎn)場測向能力，其測試框圖如圖1所示。

2? 測試方法分析及改進(jìn)

電子裝備因其功能和作戰(zhàn)對象的限定，只能小批量生產(chǎn)，在裝備研制階段設(shè)計師采用較為簡單的方法在微波暗室模擬完成裝備裝機(jī)后的遠(yuǎn)場測向能力，指標(biāo)測試流程如圖2所示。

影響測向指標(biāo)的因素有微波暗室型號的選擇、測向距離的選定、調(diào)試測試方法等，由于裝備工作頻段基本固定，暗室基本指標(biāo)和測向距離相對固定，本文重點從調(diào)試測試方法進(jìn)行討論。

2.1? 開發(fā)專用產(chǎn)品布局裝置

設(shè)計師對電子裝備系統(tǒng)進(jìn)行測向精度要在微波暗室完成十多個分系統(tǒng)數(shù)百根裝機(jī)電纜與夾具的布局安裝，在安裝過程中因裝機(jī)電纜長度限制，部分分機(jī)存在疊放的情況，容易造成質(zhì)量與安全風(fēng)險，測試過程中，因轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動容易造成電纜的拉扯及纏繞。

根據(jù)轉(zhuǎn)臺容量，開發(fā)電子裝備形態(tài)空間布局裝置將產(chǎn)品固有形態(tài)和實際裝機(jī)電纜體積進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)布局，合理利用安裝體與被測產(chǎn)品物理形態(tài)連接關(guān)系，將接收單元同夾具置于轉(zhuǎn)臺之上，信號處理單元及接口單元等產(chǎn)品放置到暗室之外，可實現(xiàn)調(diào)測環(huán)境快速搭建，并減少轉(zhuǎn)臺工作轉(zhuǎn)動帶來的附帶風(fēng)險及電磁波反射影響。

2.2? 采用新的校準(zhǔn)技術(shù)

在完成產(chǎn)品安裝后，需要對整機(jī)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試質(zhì)量直接影響測試效率及裝備效能發(fā)揮，

調(diào)試目的是滿足系統(tǒng)要求的測向精度，整機(jī)調(diào)試對整機(jī)系統(tǒng)上電后各電子器件工作后的射頻傳輸、變頻通道進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn)。動態(tài)校準(zhǔn)具有測向信道自動校準(zhǔn)能力，測向信道自動校準(zhǔn)時間快，無視頻脈沖沖擊響應(yīng)的采樣誤差，系統(tǒng)隨時能夠進(jìn)行測向通道的實時校準(zhǔn)等特點，更進(jìn)一步還可以進(jìn)行系統(tǒng)硬件的性能檢測，本文從干涉儀測向體制的電子裝備指標(biāo)校準(zhǔn)進(jìn)行闡述。

干涉儀測向是比較設(shè)于不同空間的兩個或者兩個以上的天線單元所接收某一輻射源信號的相位差，從而測定輻射源所在方向，達(dá)到測向的目的，它較之比幅測向具有更高的測向精度，原理如圖3所示。

如圖3所示，當(dāng)被測電磁波的入射方向與天線視軸偏離角為θ時，則波平面到達(dá)兩天線的波程差為ΔS=Dsinθ，用相位差表示為：

從上式可以看出，在干涉儀天線間距和入射角固定的情況下，干涉儀天線陣的測向誤差Δθ主要由相位測量誤差以及天線和接收通道的相位不一致性誤差組成。

由于器件的固有特性，接收通道之間不可避免地存在著相位不一致性，還有天線安裝引起的對中誤差等，會對測向精度造成很大影響，工程中主要從下列四方面來解決干涉儀測向系統(tǒng)誤差問題：嚴(yán)格保證安裝干涉儀陣元天線軸向基準(zhǔn)和基線長度;天線安裝孔的周圍、單元間，敷設(shè)微波吸收材料或吸收涂料;干涉儀天線連同射頻電纜和相應(yīng)的微波元件整體安裝;對干涉儀測向系統(tǒng)進(jìn)行校碼，引入一個修正值來消除測向誤差。

為提升某裝備微波暗室干涉儀測向指標(biāo)的新校正方法是基于相位差變化率和多普勒頻率變化率復(fù)合體制的干涉儀法向校正技術(shù)實現(xiàn)射頻通道幅度及相位一致性要求，采用動態(tài)校正加靜態(tài)校正技術(shù)，即在兩接收天線饋源連線的中心法線上設(shè)置輻射源，向接收天線照射，記錄下兩個接收通道間的相位差，此時的相位差就是包含了天線陣的總的固有相位差。用總的相位差與動態(tài)相差相減，得到天線陣固有的靜態(tài)相位差，產(chǎn)生的靜態(tài)校準(zhǔn)表是符合天線陣及連接電纜實際情況的，并將長期保持該相位值。通過電子系統(tǒng)內(nèi)部計算生成校準(zhǔn)表對射頻通道進(jìn)行相位補(bǔ)償修正，進(jìn)而計算出電磁波信號的方位，能降低系統(tǒng)測向誤差，提高調(diào)測一次成功率和性能指標(biāo)。

對整機(jī)調(diào)試采用動態(tài)校準(zhǔn)和靜態(tài)校準(zhǔn)的校正方法進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，全頻段、全空域的干涉儀測向精度統(tǒng)計值優(yōu)于1.0°（r.m.s）。其中，L波段的測向精度優(yōu)于2.5°（r.m.s），如圖4所示。

經(jīng)測試驗證，采用新的校正技術(shù)進(jìn)行相位校準(zhǔn)后，某電子裝備系統(tǒng)測向精度實驗室統(tǒng)計值優(yōu)于1.6°（r.m.s）。由此可見，通過相位校準(zhǔn)，既可提高測向精度，也在一定程度上減輕了設(shè)備配相調(diào)試的難度。

2.3? 開發(fā)自動測試系統(tǒng)

整機(jī)調(diào)試完畢后，測試人員通過控制信號發(fā)生器完成多頻點、轉(zhuǎn)臺控制器多角度，同時監(jiān)控顯控器并記錄測試結(jié)果，測試工作效率較低，不利于批量生產(chǎn)，在數(shù)字化制造大潮推動下，自動測試技術(shù)高速發(fā)展，開發(fā)微波暗室指標(biāo)測試控制系統(tǒng)對提高測試自動化制造具有重要意義。

本測試系統(tǒng)基于VISA協(xié)議和用戶定義，運用多總線混合通信技術(shù)開發(fā)的自動測試系統(tǒng)選用Visual Studio2010環(huán)境基于winform框架，開發(fā)語言為C，自動測試系統(tǒng)軟件包括如下幾個部分：儀器控制、串口數(shù)據(jù)監(jiān)控、測試項目選擇、測試項自動測試、數(shù)據(jù)顯示、查詢。

自動測試系統(tǒng)軟件采用分層架構(gòu)，共分為驅(qū)動層、用例層和應(yīng)用層三層，如圖5所示。

自動測試軟件采用模塊化設(shè)計思路，分為測試項目管理模塊，以測試項目管理為主，包含測試項目的編號、名稱，測試項目列表，以及測試項目與工序之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系等，用以管理自動測試軟件所涉及的各測試項目;自動測試方法模塊，基于各類測試需求開發(fā)自動測試項目模塊，包含不同測試項目的測試流程、采集時間、循環(huán)過程等;基礎(chǔ)模塊，基礎(chǔ)模塊包括儀器控制模塊、串口通信模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、合格判據(jù)模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊等，完成對儀器的基本控制、與產(chǎn)品的數(shù)據(jù)通信、對采集數(shù)據(jù)的分析和判斷、對測試結(jié)果的記錄與查閱等。

過程為控制系統(tǒng)通過接口總線對信號源參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)測試需要產(chǎn)生不同頻點信號，經(jīng)微波轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生輻射源信號，同時控制轉(zhuǎn)臺按照設(shè)定步進(jìn)進(jìn)行360度轉(zhuǎn)動，測試系統(tǒng)采集電子裝備測試上報結(jié)果，根據(jù)采集的參數(shù)自動調(diào)整信號發(fā)生器功率，最終完成測試數(shù)值計算及結(jié)果判定，該系統(tǒng)設(shè)置了轉(zhuǎn)臺角度限制，當(dāng)完成正向360度轉(zhuǎn)動后，自動進(jìn)入下一頻點進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)動，直到完成技術(shù)指標(biāo)要求的各頻點測試。自動測試系統(tǒng)完成測試任務(wù)后，將處理后的結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)斤@控界面顯示，測試人員只需完成任務(wù)規(guī)劃與應(yīng)急處理措施，自主決策人工介入的方式，實現(xiàn)對任務(wù)功能處理結(jié)果的評估及工作參數(shù)的調(diào)整?？刂葡到y(tǒng)流程如圖6所示。

3? 實施實例

在電子裝備微波暗室環(huán)境指標(biāo)測試時，通過夾具的使用快速完成產(chǎn)品測試環(huán)境搭建，運用新校正技術(shù)完成整機(jī)調(diào)試后，測試人員操作自動測試系統(tǒng)根據(jù)技術(shù)要求完成各頻點的360度方向測試，通過測試系統(tǒng)還可以自由控制轉(zhuǎn)臺的方位限制和步進(jìn)，自主進(jìn)行輻射源參數(shù)設(shè)置，操作界面如圖7所示。

測試系統(tǒng)經(jīng)過顧客評審，已完成了10套電子裝備微波暗室環(huán)境測向指標(biāo)測試，使用該系統(tǒng)后較手動測試提高效率達(dá)5倍以上，能有效縮短制造周期。

4? 結(jié)? 論

本文通過分析制約微波暗室指標(biāo)測試效率的因素，提出開發(fā)專用產(chǎn)品布局裝置，采用新校正技術(shù)和自動測試技術(shù)，對傳統(tǒng)微波暗室環(huán)境電子產(chǎn)品指標(biāo)測試方法進(jìn)行改進(jìn)，有效提升了調(diào)測效率?；跍y試環(huán)境的制約和調(diào)試技術(shù)的發(fā)展，測向精度指標(biāo)測試的誤差消除方法還有較大的改善空間。自動測試系統(tǒng)采用分層、模塊化設(shè)計具備良好的可擴(kuò)展性和可移植性，校正方法適用于干涉儀測向體制的電子對抗裝備技術(shù)，為其他同類產(chǎn)品的微波暗室環(huán)境裝備測向精度測試方法提升提供參考。

圖7? 測試系統(tǒng)功能界面

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳俊霖，黃碩翼，曹森.對同時到達(dá)信號的干涉儀測向方法 [J].電子信息對抗技術(shù)，2021，36（3）：34-38.

[2] 何曉英，王茂澤，秦萬治，等.一種電小天線的測向校準(zhǔn)方法 [J].電子信息對抗技術(shù)，2021，36（1）：98-102.

[3] 王鄭力，伍鵬宇.基于輻射式與注入式的內(nèi)場時差測向精度測試方法對比分析 [J].艦船電子對抗，2021，44（1）：12-15+37.

[4] 張祎文.干涉儀測向的校準(zhǔn)技術(shù)研究 [D].成都：電子科技大學(xué)，2020.

[5] 蘇萌，朱斌.一維干涉儀體制機(jī)載ESM測向試飛與誤差分析 [J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（14）：26-27.

[6] 鐘守陽，陳斌，楊程.一種短波發(fā)射機(jī)自動測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [J].信息技術(shù)，2021（10）：105-109+116.

[7] 劉希.基于LabWindows/CVI的某應(yīng)答機(jī)自動測試系統(tǒng)設(shè)計 [J].計量與測試技術(shù)，2020，47（10）：23-25+33.

[8] 張倩，夏萍.基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)分析 [J].無線互聯(lián)科技，2020，17（19）：13-14.

作者簡介：龔小立（1984—），男，漢族，四川南充人，技師，研究方向：電子對抗技術(shù);薛磊（1984—），男，漢族，四川綿陽人，技師，本科，研究方向：微波電子產(chǎn)品設(shè)計、自動測試系統(tǒng)開發(fā);王雄偉（1996—），男，漢族，寧夏銀川人，助理工程師，本科，研究方向：裝備維修、維護(hù)技術(shù)。