使用​PXI​模​块​化​仪器​和​LabVIEW​打造​二次​监视​雷达​ATE

Vishwanath Kalkur,Captronic Systems Pvt Ltd

“我们​使用​NI PXI​模​块​化​仪器​和​LabVIEW​开发​了​用于​SSR​的​ATE,​凭借​它,​相比​早期​使用​台式​仪器​进行​手​动​连接,​我们​的​客户​将​雷达​测试​时间​缩短​了​90%。​相比​其他​使用​传统​台式​仪器​开发​的​ATE,​还​省下​了​60%​的​成本。”

- Vishwanath Kalkur,​Captronic Systems Pvt Ltd

挑战:

使用​PXI​模​块​化​仪器​和​LabVIEW​打造​二次​监视​雷达​ATE

解决​方案:

使用​NI PXI​模​块​化​仪器​与​NI LabVIEW FPGA​模​块,​打造​一​款​自​定义、​可​扩展​的​解决​方案,​用于​测试​完整​的​雷达​功能。

作者:

Vishwanath Kalkur - Captronic Systems Pvt Ltd
​Mondeep Duarah - Captronic Systems Pvt Ltd

 

 

SSR​与​一次​雷达​不同,​可​计算​终端​(如​航空​器)​的​距离​和​方位角,​使用​双向​通信​链​路​来​收集​信息,​包括​身份、​高度​和​国家​代码。​军用​和​民用​航空​中的​工程​师​都会​使用​SSR,​在​军用​时​还​会​包含​一个​可​识别​敌​我的​系统。

 

SSR​可在​不同​的​模式​下​工作,​获得​终端​的​信息。​该​系统​以​1,030 MHz​的​频率​通过​双向​旋转​天线​从​雷达​发送​询问​脉冲。​如果​终端​检测​到​询问,​终端​的​应答​器​就​会​以​1,090 MHz​的​频率​回复​一帧​脉冲。​地面​站​的​雷达​产生​询问​脉冲,​并​要求​终端​提供​诸如​身份、​高度​或​国家​代码​等​信息,​以​A/​3A​模式、​C​模式​或​S​模式​表示。​根据​询问​的​答案,​航空​器​会​用​标准​的​回复​脉冲​格式​进行​回复。​该​系统​根据​速度​与​距离​的​关系​和​旋转​天线​相​对于​正​北​或​航向​的​位置​来​计算​距离​和​方位角。

 

如今​的​雷达​在​部署​到​军用​或​民用​航空​领域​之前​需要​进行​严格​的​测试。​我们​使用​NI PXI​模​块​化​仪器​开发​了​一个​ATE,​以​帮助​完成​雷达​的​功能​测试​以及​接收​器​(Rx)​和​发射​机​(Tx)​的​物理​参数​测试,​包括​Rx​带​宽、​Rx​灵敏​度、​Tx​功率​和​Tx​脉冲​参数。​功能​测试​的​范围​包括​用​终端​仿真​器​以​1,090 MHz​的​频率​对​雷达​回复​脉冲、​视频​信号​检测,​以及​使用​合成​晶体​管-​晶体​管​逻辑​(TTL)​视频​信号​和​LAN​通信​的​雷达​扫描​转换​器​显示。​终端​和​多​终端​仿真​器​中的​回复​脉冲​是​静止​或​沿​轨道​运动​的。​图​1​说明​了​连接​到​SSR​的​ATE​整体​架构。

 

 

系统​概述

我们​打造​了​一个​由​NI PXI-1042​八​槽​机​箱​和​NI PXI-8196​嵌入式​控制器​组成​的​系统,​使​雷达​处于​发射​或​接收​模式​以​测试​Tx​和​Rx​功能。​外部​天线​信号​正​北​和​方位角​计数​脉冲​(ACP)​通过​FPGA​板​卡​生成​和​仿真。​终端​回复​脉冲​则​通过​NI PXI-5671​矢量​信号​发生​器​(VSG)​在​1,090 MHz​的​频率​下​生成。​该​系统​通过​示波器​卡​从​接收​器​获取​解调​的​视频​信号,​用于​Rx​功能​测试。​高​功率​发射​的​RF​脉冲​通过​NI PXI-5661​矢量​信号​分析​仪​(VSA)​获取,​用以​测量​Tx​信号​功率​和​脉冲​参数。​从​雷达​处理​单元​生成​的​TTL​级别​合成​视频​通过​FPGA​数字​输入​获得,​用于​雷达​扫描​转换​器,​在​极​坐标​图​上​显示​终端​及其​距离、​方位角​位置、​信息​代码、​高度​和​国家​代码。​图​2​显示​了​连接​到​SSR​的​ATE​详细​结构​框​图。

 

每​个​触发​脉冲​和​同步​脉冲​都​与​SSR​的​询问​RF​脉冲​保持​同步。​为了​保护​仪器,​我们​在​Rx​测试​期间​关闭​了​雷达​的​发射​机,​因为​雷达​有​一个​内​置​的​TR​模​块。​Tx​和​Rx​端​口​共享​同​一个​物理​端​口,​它​与​天线​相连。​VSA​和​VSG​也​同样​与​这个​物理​端​口​相连,​代替​天线,​分别​以​1,090 MHz​和​1,030 MHz​的​频率​生成​和​获取​RF​信号。

 

 

测量​参数

Tx​参数
​雷达​的​Tx​输出​可​通过​衰减​器​连接​到​ATE​的​VSA。​传输​为​RF​频率​的​门​控​正弦​脉冲,​脉冲​宽度​约​为​1 µs,​脉冲​重复​时间​(PRT)​为​5 ms。

  • Tx​频率​稳定​性​(1,030 MHz + 0.03 MHz)
  • 脉冲​峰值​功率​(2.0 KW)
  • 脉冲​重复​时​长​(ms)
  • 输出功率​模式​和​PRF​稳定性
  • 输出功率​选择​和​扇​区​划分
  • 脉冲​间隔
  • 脉冲​形状
  • 占​空​比​(0.01%​至​66%)
  • 脉冲​宽度​(µs)
  • 脉冲​上升​时间​(ns)
  • 下降​时间​(ns)
  •  频谱

 

Rx​参数

雷达​中的​Rx​是​由​通过​VSG​生成​的​RF​脉冲​接收​的,​与​触发/​同步​脉冲​保持​同步。​每​个​同步​脉冲​都​与​询问​脉冲​同步。​VSG​和​FPGA​的​触发​端​口​接收​到​同步​脉冲​后,​RF​脉冲​输出​会​通过​VSG​生成。​Rx​视频​输出​会​连接​到​示波器​卡​上,​以​测量​以下​Rx​参数:

  • 接收​器​灵敏度
  • 接收​器​带宽
  • 接收​器​动态​范围
  • 接收​器​频率​稳定性
  • 相位差​分​测量
  • 接收​链​操作​灵敏​度​(STC)
  • 接收​链​旁​瓣​抑制​(RSLS)

 

 

功能​测试

在​功能​测试​中,​系统​生成​了​天线​仿真​信号,​如​正​北​和​ACP。​它​在​静止​和​轨迹​运动​中​仿真​了​不同​方位角​和​距离​的​多个​终端,​然后​在​雷达​扫描​转换​应用​程序​中​表示​出了​应答​器​的​方位角​和​距离。

 

 

终端​仿真器

我们​可以​通过​终端​仿真​(使用​基于​同步​脉冲​的​VSG)​对​Rx​进行​适当的​功能​测试。​在​这种​情况​下,​ATE​充当​来自​天线​的​终端​信号​发生​器。​每次​询问​都由​连接​到​VSG​触发​器​和​FPGA​的​触发​脉冲​进行​同步。​用户​可以​配置​距离​和​方位角,​以便​仿真​终端。​当​终端​准备​好​进行​仿真​时,​VSG​会​在​FPGA​中​达到​方位角​计数​后,​生成​终端​的​回复​RF​脉冲,​然后​从​雷达​收到​下​一次​同步​触发。​用户​可以​选择​回复​代码​和​模式,​并​在​指定​的​距离​和​方位角​生成​脚本​化​的​脉冲。​终端​会​被​仿真​为​静止​的​和​轨迹​运动。​用户​可在​不同​的​轨迹​上​配置​移动​路径。​该​系统​可以​从​同​一个​VSG​仿真​不同​距离​和​方位角​的​多个​终端。​用户​指定​的​回复​脉冲​会​采用​不同​的​代码​模式。​回复​脉冲​是​一串​间隔​为​1 µs​的​脉冲,​脉冲​宽度​为​450 ns。​每​个​终端​的​回复​在​序列​开始​和​结束​时​都有​F1​和​F2​脉冲​的​框架。​一帧​中的​脉冲​数​由​GUI​中​选择​的​询问​模式​推​衍​得出。​每​个​同步​脉冲​可以​根据​选择​的​询问​模式​采用​不同​的​回复​模式。​这样​的​三​个​回复​脉冲​可以​单独​配置,​可以​通过​VSG​参考​每​个​同步​脉冲​来​生成。​图​5​说明​了​带有​距离​延迟、​方位角​和​代码​仿真​的​回复​脉冲​生成。

 

雷达​扫描​转换器

该​系统​通过​FPGA​板​卡​从​雷达​获取​并​处理​TTL​格式​的​视频​信号。​来自​终端​的​回复​脉冲​在​雷达​的​接收​器​中​进行​解调,​原始​视频​信号​在​雷达​处理​单元​中​得到​处理。​该​处理​器​会​提供​合成​的​TTL​脉冲,​代表​回复​帧。

 

该​帧​在​FPGA​中​按​精确​的​单​脉冲​宽度​进行​解码。​由于​接收​器​也​会​从​天线​上​接收​到​噪声,​在​期望​范围​内​也​会​生成​一些​不需要​的​噪声​脉冲。​我们​开发​了​一种​算法​可以​丢弃​这些​噪声​脉冲​并​解码​实际​的​帧。​然后,​FPGA​可​计算​出​终端​的​距离​和​方位角,​以及​终端​的​信息​代码、​高度​和​国家​代码。

 

系统​可以​使用​这种​格式​接收​合成​的​TTL​视频:​从​天线​获得​的​实际​终端、​在​雷达​内​生成​的​仿真​终端,​以及​通过​VSG​基于​询问​脉冲​仿真​的​终端。

 

图​4​显示​了​通过​FPGA​解码​的​扫描​转换​器​显示。​图​5​显示​了​ACP;​通过​FPGA​的​正​北​仿真;​触发/​同步​脉冲​的​获取;​基于​距离​和​方位角​选择​的​回复​脉冲​仿真;​TTL​视频​信号​的​获取;​以及​回复​帧​的​解码。

 

来自​VSG​的​调制​脉冲​包含​1,030 MHz RF​波​的​载波。

 

天线​仿真

通过​FPGA​输出​的​正​北​标记​脉冲​生成​和​通过​FPGA​数字​输出​的​ACP​生成​可​实现​天线​仿真。​我们​设计​了​一个​基于LabVIEW的​用户​可​配置​GUI,​可以​设置​脉冲​宽度、​PRT​和​每次​向​正​北​旋转​的​方位角​计数​来​仿真​天线​参数。

 

 

软件​功能

我们​开发​了​一个​模​块​化​的​可​编辑​测试​序列​来​测试​整体​功能。​用户​可以​选择​自动​或​手​动​模式​对​个别​参数​进行​测试。​通过​诊断​面板,​用户​可以​访问​各个​PXI​仪器​进行​回​环​检测​或​自​测。​图​6​说明​了​ATE​中的​测试​顺序。

 

利用​NI​平台​缩短​雷达​测试​时间

我们​使用​NI PXI​模​块​化​仪器​和​LabVIEW​开发​了​用于​SSR​的​ATE,​凭借​它,​相比​早期​使用​台式​仪器​进行​手​动​连接,​我们​的​客户​将​雷达​测试​时间​缩短​了​90%。​相比​其他​使用​传统​台式​仪器​开发​的​ATE,​还​省下​了​60%​的​成本。​此外,​新​系统​用​一个​NI PXI VSG​取代​了​脉冲​发生​器​和​调制​器,​提供​了​终端​仿真、​原始​视频​采集​和​终端​检测​的​完整​功能​测试,​使​其​成为​了​一个​闭​环​测试​系统。

 

我们​计划​融入​自动​切换​功能,​对​该​系统​进行​升级,​以​测试​雷达​的​六​个​冗​余​端​口。​我们​将​使用​NI PXI-2596 SP6T​多​路​复​用​器​进行​升级,​以​避免​电缆​过​长​和​连接​问题。

 

NI​联盟​伙伴​是​独立​于​NI​的​商业​实体,​与​NI​之间​不存在​代理、​合伙​或​合资​关系。

 

作者​信息:

Vishwanath Kalkur
Captronic Systems Pvt Ltd
​No 3,Victorian Meadows,Munekolalu Village,Airport Varthur Road,Marathahalli
​Bangalore
​India
​电话:​+918040373923
vishwanath@captronicsystems.com

图​1. ​ ​用于​测试​SSR​的​ATE​整体​架构 ​
图​2. ​ ​ATE​和​SSR​的​详细​结构​框​图 ​
图​3. ​ ​终端​仿真​器​软件​屏幕 ​
图​4. ​ ​雷达​扫描​转换​器 ​
图​5. ​ ​正​北、​ACP​和​来自​DUT​的​触发​同步​脉冲,​回复​帧​仿真,​来自​SSR​的​合成​TTL​视频 ​
图​6. ​ ​测试​顺序 ​