第4讲雷达系统及信号处理机测试概述PPT课件
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测试工作的意义
没有测试，系统即“空中楼阁”
设计 实现 测试 用户
开发阶段：测试即检验 用户阶段：测试即监控
Test Driven Development / TDD
设计功能时设计测试 系统交付时交付测试工具
雷达系统测试
系统级
功能、性能、稳定性
部件级
随动系统测试 天线测试 接收机测试 发射机测试 频综测试 信号处理机测试 数据处理测试
号源
1/3
接收机
标准信
号源
1/3
接收机
信号处理机
幅相误差
幅相误差 补偿
信号处理机
接收机测试
接收机测试
频综系统测试
同步信号质量 高精密仪器
示波器
波形 稳定性
140 135 130 125 120 115 110 105 100
0
20
40
距离门：8
60
80
100
120
140
信号处理机测试
数据回放
数据记录机读取数据，发 送至信号处理机，驱动对 应节点之后的处理模块。
一本振
二本振
接
收 阵 列 天 线 输
高 放
第 一 混 频
器
一 中 放 滤 波
第
二
二
中
混
放
频
滤
器
波
A/D 变 换 器
入
接收机
二 中 频 正 交 化
数 字 滤 波 降 采
信
距 离 处
理
速 度 处
理
波 束 形
成
号 检 测 与 估
采样存储
A/D有效位数
数据传输
外部 内部
定时、控制信号 自动引导功能 联动测试
A/D有效位
Q=2V/N, N=2B 方差=V2/3/N2 有效位为B的A/D满幅输入SNR=1.76+6.02B 信噪比 = 信号功率 / 噪声功率
= 1.76 + 6.02B + 20lg(X/V) 有效位 = (信噪比-1.76-20lg(X/V)) / 6.02
5 0 -5 -10 -15 -20 -25
0
校准前 校准后
5
10
15
20
25
30
阵元
校准前 校准后
5
10
15
20
25
30
35
阵元
接收机测试
幅相误差测试
标准信号源产生余弦测试 信号
经1分3功分器，得3路等 幅同相信号
注入接收机各通道
信号处理机测试和记录各 通道幅值与相位
统计幅相误差
标准信
对阵列天线接收信号进行适当加权降低波束旁 瓣抑制杂波和干扰，然而，接收天线通道间幅 相误差，影响其效果。
自适应波束形成干扰抑制技术严重受限于阵列 路间的幅相误差。
天线测试-幅相误差
校准源
人为架设的合作校准源 系统工作时的非合作信源
大目标(SNR>20dB) 孤立目标(方位向)
天线测试-幅相误差
雷达系统测试
基本测试
接口 功能 性能 稳定性
联合测试
定位故障 复现故障 排除故障
随动系统测试
测试内容及方案
接口
双方互写、查寄存器内容
位置环
按最大范围置角度，观察天线是否到位并稳定
不严格，对天线到位无严格判别
速度环
角误差方位向正弦变化 角误差俯仰向余弦变化 观察天线是否平顺圆周转动 记录数据比对
数据传输
测试数据
比特遍历
长时间
要求可能工作最长时间
严格比对数据 测试传输速率
是否满足要求
定时、控制信号
功能是否实现 值域遍历
检查寄存器位宽是否够
数据处理测试
处理容量 处理时间 起始时间 跟踪时间 跟踪精度
显控测试
控制功能 显示功能 存储功能
ห้องสมุดไป่ตู้
联合测试
系统故障处理
A/D有效位
测试方法
输入单频信号 采集A/D输出信号 FFT，求信噪比 公式换算有效位
注意事项
输入信号质量应大于A/D 理论信噪比
采样频率应至少满足采样 定理
所需仪器
双通道信号源
时钟 正弦信号
示波器
观察波形
频谱分析仪
观察输入信号质量
I/Q正交性测试
单频余弦信号 记录实部、虚部数据 分别FFT 求各自幅度、相位
随动系统测试
随动系统测试
天线测试-方向图
测试方案
对准天线及模拟器电轴、机械轴 驱动随动系统按预定步长进行角度扫描 信号处理机测量并记录对应通道幅度与相位 记录对应天线扫描角度值 分析数据并绘图
在线分析 脱机分析
天线测试-方向图
天线测试-方向图
天线测试-方向图
天线测试-幅相误差
数据记录功能健全
系统/软件状态可恢复
软件版本控制
软件测试
及时测试
每写一个模块都应单独测试 先写测试代码 备份测试代码
数据记录与回放
以太网数据记录
信号处理机为服务器端， 数据记录为客户端。信号 处理机所有节点均处于等 待连接状态。
数据记录机根据任务与对 应节点建立连接接收相应 数据。
值
数 据 处 理
信号处理机
数据处理仿真--Matlab主程序
Function sim(x0,y0,vx,vy,prd,steps,N) %产生真值 [x,y,T] = real_tgt(x0,y0,vx,vy,prd,steps); %N次蒙特卡罗仿真 For k=1:N
%仿真观测数据 [zx,zy] = obsr(x,y); %对观测序列进行滤波处理 [ex(:,k),ey(:,k)] = proc(zx,zy,T); %储存误差数据 Errx(:,k) = ex(:,k) – x; Erry(:,k) = ey(:,k) – y; End %统计误差 Rmsex = std(errx); Rmsey = std(erry); %绘图分析 Figure;plot();
利用超分辨算法估计出目 标的方位
利用目标的导向矢量与噪 声空间正交的特性构造代 价函数，估计阵列误差
通过迭代的方法，使目标 方位和阵列误差的估计值 达到最优
相 位 误 差 (度 )
幅 度 误 差 (dB)
2.5 2
1.5 1
0.5 0
-0.5 -1
-1.5 -2
-2.5 0
25 20 15 10
判断可能出现故障的部件 制定合理高效的测试方法 确切定位故障原因 更改设计排除故障
无病不死人 不要着急改程序 查明病因，对症下药
联合测试
排除故障有利条件
系统已嵌入完备监测手段
终端打印、自动备份 故障及重要节点显示
系统有完备测试接口
可替换性接入测试设备和信号
故障数据被完整复制
孤立大目标的选择
先搜索SNR较大的目标
计算目标在各阵元上的幅 度方差，孤立目标方差应 该较小
选择“方差/SNR”较小的 目标作为孤立大目标
功 率 谱 (dB)
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-80 -60 -40 -20
0
20
40
60
80
角 度 (度 )
天线测试-幅相误差
误差的测量与校准
没有测试，系统即“空中楼阁”
设计 实现 测试 用户
开发阶段：测试即检验 用户阶段：测试即监控
Test Driven Development / TDD
设计功能时设计测试 系统交付时交付测试工具
雷达系统测试
系统级
功能、性能、稳定性
部件级
随动系统测试 天线测试 接收机测试 发射机测试 频综测试 信号处理机测试 数据处理测试
号源
1/3
接收机
标准信
号源
1/3
接收机
信号处理机
幅相误差
幅相误差 补偿
信号处理机
接收机测试
接收机测试
频综系统测试
同步信号质量 高精密仪器
示波器
波形 稳定性
140 135 130 125 120 115 110 105 100
0
20
40
距离门：8
60
80
100
120
140
信号处理机测试
数据回放
数据记录机读取数据，发 送至信号处理机，驱动对 应节点之后的处理模块。
一本振
二本振
接
收 阵 列 天 线 输
高 放
第 一 混 频
器
一 中 放 滤 波
第
二
二
中
混
放
频
滤
器
波
A/D 变 换 器
入
接收机
二 中 频 正 交 化
数 字 滤 波 降 采
信
距 离 处
理
速 度 处
理
波 束 形
成
号 检 测 与 估
采样存储
A/D有效位数
数据传输
外部 内部
定时、控制信号 自动引导功能 联动测试
A/D有效位
Q=2V/N, N=2B 方差=V2/3/N2 有效位为B的A/D满幅输入SNR=1.76+6.02B 信噪比 = 信号功率 / 噪声功率
= 1.76 + 6.02B + 20lg(X/V) 有效位 = (信噪比-1.76-20lg(X/V)) / 6.02
5 0 -5 -10 -15 -20 -25
0
校准前 校准后
5
10
15
20
25
30
阵元
校准前 校准后
5
10
15
20
25
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35
阵元
接收机测试
幅相误差测试
标准信号源产生余弦测试 信号
经1分3功分器，得3路等 幅同相信号
注入接收机各通道
信号处理机测试和记录各 通道幅值与相位
统计幅相误差
标准信
对阵列天线接收信号进行适当加权降低波束旁 瓣抑制杂波和干扰，然而，接收天线通道间幅 相误差，影响其效果。
自适应波束形成干扰抑制技术严重受限于阵列 路间的幅相误差。
天线测试-幅相误差
校准源
人为架设的合作校准源 系统工作时的非合作信源
大目标(SNR>20dB) 孤立目标(方位向)
天线测试-幅相误差
雷达系统测试
基本测试
接口 功能 性能 稳定性
联合测试
定位故障 复现故障 排除故障
随动系统测试
测试内容及方案
接口
双方互写、查寄存器内容
位置环
按最大范围置角度，观察天线是否到位并稳定
不严格，对天线到位无严格判别
速度环
角误差方位向正弦变化 角误差俯仰向余弦变化 观察天线是否平顺圆周转动 记录数据比对
数据传输
测试数据
比特遍历
长时间
要求可能工作最长时间
严格比对数据 测试传输速率
是否满足要求
定时、控制信号
功能是否实现 值域遍历
检查寄存器位宽是否够
数据处理测试
处理容量 处理时间 起始时间 跟踪时间 跟踪精度
显控测试
控制功能 显示功能 存储功能
ห้องสมุดไป่ตู้
联合测试
系统故障处理
A/D有效位
测试方法
输入单频信号 采集A/D输出信号 FFT，求信噪比 公式换算有效位
注意事项
输入信号质量应大于A/D 理论信噪比
采样频率应至少满足采样 定理
所需仪器
双通道信号源
时钟 正弦信号
示波器
观察波形
频谱分析仪
观察输入信号质量
I/Q正交性测试
单频余弦信号 记录实部、虚部数据 分别FFT 求各自幅度、相位
随动系统测试
随动系统测试
天线测试-方向图
测试方案
对准天线及模拟器电轴、机械轴 驱动随动系统按预定步长进行角度扫描 信号处理机测量并记录对应通道幅度与相位 记录对应天线扫描角度值 分析数据并绘图
在线分析 脱机分析
天线测试-方向图
天线测试-方向图
天线测试-方向图
天线测试-幅相误差
数据记录功能健全
系统/软件状态可恢复
软件版本控制
软件测试
及时测试
每写一个模块都应单独测试 先写测试代码 备份测试代码
数据记录与回放
以太网数据记录
信号处理机为服务器端， 数据记录为客户端。信号 处理机所有节点均处于等 待连接状态。
数据记录机根据任务与对 应节点建立连接接收相应 数据。
值
数 据 处 理
信号处理机
数据处理仿真--Matlab主程序
Function sim(x0,y0,vx,vy,prd,steps,N) %产生真值 [x,y,T] = real_tgt(x0,y0,vx,vy,prd,steps); %N次蒙特卡罗仿真 For k=1:N
%仿真观测数据 [zx,zy] = obsr(x,y); %对观测序列进行滤波处理 [ex(:,k),ey(:,k)] = proc(zx,zy,T); %储存误差数据 Errx(:,k) = ex(:,k) – x; Erry(:,k) = ey(:,k) – y; End %统计误差 Rmsex = std(errx); Rmsey = std(erry); %绘图分析 Figure;plot();
利用超分辨算法估计出目 标的方位
利用目标的导向矢量与噪 声空间正交的特性构造代 价函数，估计阵列误差
通过迭代的方法，使目标 方位和阵列误差的估计值 达到最优
相 位 误 差 (度 )
幅 度 误 差 (dB)
2.5 2
1.5 1
0.5 0
-0.5 -1
-1.5 -2
-2.5 0
25 20 15 10
判断可能出现故障的部件 制定合理高效的测试方法 确切定位故障原因 更改设计排除故障
无病不死人 不要着急改程序 查明病因，对症下药
联合测试
排除故障有利条件
系统已嵌入完备监测手段
终端打印、自动备份 故障及重要节点显示
系统有完备测试接口
可替换性接入测试设备和信号
故障数据被完整复制
孤立大目标的选择
先搜索SNR较大的目标
计算目标在各阵元上的幅 度方差，孤立目标方差应 该较小
选择“方差/SNR”较小的 目标作为孤立大目标
功 率 谱 (dB)
0
-5
-10
-15
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-25
-30
-35
-40
-80 -60 -40 -20
0
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角 度 (度 )
天线测试-幅相误差
误差的测量与校准