无线电高度表动态测试方法
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与静态测试相比主要变化是 : 电波传输过程引起的频谱展宽和 由于回波信号振幅的起伏形成频谱的调制分量 。因此在技术阵
地可采用低频信号发生器和向量微波调制器对高度表输出微波 信号进行调制 , 产生差拍信号和附加噪声模拟高度回波信号 , 通过观察差拍信号在放大器整形前和整形后的波形 、频谱 , 可 以测试高度表在接近真实条件下的技术性能 , 从而对高度表的 工作性能进行全面考核 , 从根本上提高导弹特别是无线电高度 表的技术准备质量[3] 。 21 2 I/ Q 调制器工作原理
0 引言
无线电高度表是飞航式反舰导弹的重要测量元件 , 其性能 决定了导弹纵向弹道的控制品质[1] 。因此 , 无线电高度表的测 试方法和检测手段就显得尤为重要 。目前导弹在技术准备时采
用静态测试方法 , 用等效高度电缆箱模拟导弹飞行高度 , 存在 的问题是高度特征点少 , 高度不能连续变化 , 不能模拟高度表 真实的工作环境 , 检查不到高度表的整个工作过程 。为此 , 我 们提出了无线电高度表动态测试的方案 , 即用正交微波调制器 调制高度表发射信号 , 产生差拍频率及附加噪声 , 使高度 表的测试在接近真实的环境下进行 , 从而对高度表的性能 进行全面和深入的考核 。
中华测控网 chinamca. co m
第7期
赵 冰 , 等 : 无线电高度表动态测试方法
·917 ·
能形成频谱的调制分量 。导弹飞行中高度表接收的回波如图 2 所示 。
度均存在微弱偏差时 , 经调制器输出的信号中存在的信号成分 为:
ωc + Ω,ωc - Ω,ωc + Ω + Φ,ωc - Ω - Φ 式中 , Φ为调制信号与被调信号总的相位差 。
图 5 高度表动态测试系统组成框图 (下转第 921 页)
中Leabharlann Baidu测控网 chinamca. com
第7期
马俊涛 , 等 : PXI 总线雷达噪声系数测试卡设计与实现
·921 ·
常相当繁琐 , 而 WinDriver 缺乏灵活性 , 所以本次设计采用了 DriverSt udio 来开发设备驱动程序 。 31 2 虚拟面板设计
Δf 为频偏 ; H 为飞行高度 ; c 为光速 。
由公式 (1) 中可以看出 , 当频偏 Δf 与调制频率不变时 ,
差拍频率与飞行高度 H 成正比 。
实际电路中 , 差拍频率与飞行高度的关系如下 :
f b = 1000 + 100 H
(2)
高度表输出的高度电压与飞行高度的关系如下 :
收稿日期 :2006 - 09 - 20 ; 修回日期 :2006 - 10 - 28 。 作者简介 :赵 冰 (1965 - ) ,男 ,辽宁省兴城市人 ,工程师 ,大学 ,主 要从事导弹自动控制与自动化测试的研究工作 。
+ e- jΩt )
+
AQ 4
(
eωj c t
-
e- ωj ct )
( ejΩt -
e- jΩt )
=
AI 4
( ej (ωc +Ω)
t
+ e- j (ωc - Ω) t
+ ej (ωc - Ω) t
+ e- ) j (ωc +Ω) t
+
AQ 4
(
ej (ωc
+Ω)
t
-
e- j (ωc - Ω) t -
图 2 导弹飞行中天线收 、发过程产生的杂波示意图
高度表发射天线与接收天线的波束很宽 , 宽波束收发在海 面上的多卜勒效应可等效为一定带宽 (最大可达 5k Hz) 的杂 波干扰 , 如果接收系统对噪声抑制不够 , 宽频带的杂波干扰经 过接收机放大以后导致限幅器输出波形裂变 , 信号杂波的交叉 调制会使差拍信号的频谱纯度及波形发生畸变 , 导致计数器计 数错误 , 从而使高度表输出高度错误 , 严重时使导弹提前入 水。
号的变化 。
当两路调制信号幅度不相等时 , 接收频谱将出现两个边带 信号 。
在最极端情况下 , 即 90°电桥和 I 、Q 调制信号相位和幅
图 3 I/ Q 调制器结构示意图 可见 , I/ Q 调制器可在微波频率 ωc 上迭加调制频率 Ω, 改变调制频率 Ω即可模拟差拍信号 , 而且 I/ Q 调制器引入了 多个边带信号 , 在一定程度上可以模拟杂波干扰 。 21 3 I/ Q 调制器模拟高度回波方法 I/ Q 调制器模拟高度回波方法如图 4 所示 。高度表发射机 发射的高频信号通过 10dB 固定衰减器后 , 加到 I/ Q 调制器的 输入端 , 低频合成信号发生器对来自高度表发射机的信号进行 正交调制 , 扩展高频信号的频谱以模拟杂波信号 , 调制后的信 号经过 30dB 衰减器后 , 反馈到高度表的接收机 。I/ Q 调制信 号 的 频 率 按 31 3 K , 21 0 K , 11 5 K , 11 0 K , 800 Hz , 31 3 K , 21 2 K 依次变化 , 记录高度表在各测试频率点的差拍信号和高 度电压 。
I/ Q 调制器的原理结构如图 3 所示 , 理想情况下其输入输 出关系如下[4 ] :
设某一时刻输入信号为 S ( t) = co sωct , 调制信号频率为 Ω, 则用复数形式表达的 I/ Q 调制器的输出信号 y ( t) 为 :
y ( t)
=
AI 4
(
eωj ct
+ e- ωj ct ) ( ejΩt
图 4 I/ Q 调制器模拟高度回波方法 函数发生器按照设定模式产生 y = A I sinωt 和 y = A Q sinωt 的正交函数 , 数据采集器采集 、录取差拍信号的波形 , 并进行 F 氏分析以展现频谱特性 。
3 工程实现
高度表动态测试系统完成高度表测高过程的动态检测和灵 敏度的静态检测 。它由适配器 、计算机 、函数发生器 、数据采 集卡 、I/ Q 调制器 、固定衰减器 、可变衰减器 、～115V400 Hz 电源 、27V 直流电源和测试软件组成 , 如图 5 所示 。
U H = 21 35 + 01 1 H
(3)
11 2 高度表的测试原理
某型导弹在测试时采用等效高度电缆箱为无线电高度表提
供等效高度 。电缆箱由同轴电缆 、高频开关 、衰减器 、延迟线
和控制电路组成 , 用来模拟 5m 、20m 、90m 和 110m 等固定高
度 , 其测量原理方框图如图 1 所示 。
来自高度表发射机的高频信号 f 0 经过等效高度电缆箱内 的多路开关选择不同的衰减和延迟 , 输出同频率但衰减和延迟
图 1 无线电高度表技术阵地测量原理
时间不同的高频信号 f i , 回授到高度表接收天线 , 形成相应 的差拍信号 f b , 信号处理电路输出与差拍信号 f b相对应的高 度电压 U H , U H 经过由 CAMAC 总线控制的继电器矩阵采样 后 , 送给 7150 数字表进行测量 , 测量结果由 GPIB 总线送回 计算机进行判定[2] 。这种方法能准确检查高度表整个工作回 路 , 是检查无线电高度表的基本方法 。 11 3 动态测试的提出
军事测控技术
无线电高度表动态测试方法
赵 冰 , 邵继兴
(中国人民解放军 92941 部队 , 辽宁 葫芦岛 125001)
摘要 : 为了对导弹无线电高度表的性能进行全面的检查 , 分析了目前无线电高度表采用的静态测试方法存在的高度特征点少 , 高度 不能连续变化 、不能模拟高度表真实的工作环境等问题 , 提出了动态测试方法 , 采用函数发生器和向量微波调制器对高度表发射的电磁 波进行调制 , 得到差拍信号模拟导弹飞行高度 , 展宽接收信号频谱模拟导弹相对海面运动产生的杂波干扰 , 使高度表接收到的信号接近 于真实回波信号 , 解决了无线电高度表动态测试问题 。
ej (ωc - Ω) T + e- ) j (ωc +Ω) t
式中 , A I 和 A Q分别表示两路信号的幅度 。理想情况下 , 其幅
度为 1 , 则 :
y ( t) = co s (ωc + Ω) t
可见 , 使用 I/ Q 调制器 , 当调制信号频率 Ω变化时 , 可
直接控制微波频率 (ωc +Ω) 的变化 , 进而模拟出高度差拍信
对于超低空掠海飞行的导弹 , 无线电高度表反射回波的频 谱结构比较复杂 , 由于反射回波是从各散射点得到的 , 导弹运 动时 , 各点之间有相对运动 , 使得各反射点的多卜勒频率不 同 , 有可能在接收机形成差拍 (称二次多卜勒效应) , 结果是 合成回波信号的频谱展宽 ; 其次 , 由于回波信号振幅的起伏也
1 基本思路
11 1 无线电高度表的测高原理 无线电高度表是一部连续发射调频波的测高计 , 其测
高原理是利用无线电波的反射现象来测量飞行器与海面的
真实高度 , 在高度很低时 , 一般采用频率测量法来间接测 量导弹飞行高度 , 理论公式为 :
f b = 4Δf ·f m / c ·H
(1)
式中 , f b为高度表发射频率与接收频率之差 , 称为差拍频率 ;
关键词 : 导弹 ; 高度表 ; 动态测试 ; 正交调制
Dynamic Test Method of Radio Altimeter
Zhao Bing , Shao J ixing
(CPL A 92941 U nit , Huludao 125001 , China) Abstract : In order to test t he whole perfor mance of missile - borne radio altimeter , t he t heoretical and testing p rinciple of t he autopilot are analyzed , t he dynamic testing met hod is given , a p rogrammable difference f requency signal generator has been developed to simulate t he flying height of missile and make t he auto - tester has abilit y of dynamic test for altit ude channel of missile , t he problem has been solved for dynamic testing altimeter . Key words : missile ; radio altimeter ; dynamic test ; modulate
现行的技术阵地测试设备只能测量静态高度电压 , 不能模 拟杂波信号 , 不能检查差拍信号 , 不能检查低高度灵敏度 。因 此 , 研究新的测试方法 , 全面模拟无线电高度表动态工作过程 就显得尤为重要 。
2 动态测试的实现
21 1 动态测试原理 对于超低空掠海飞行导弹 , 高度表接收到的合成回波信号
·916 ·
计算机测量与控制 . 2 0 0 7 . 1 5 ( 7 ) Computer Measurement & Control
文章编号 : 1671 - 4598 (2007) 07 - 0916 - 02 中图分类号 TM9301 9 文献标识码 : A
根据项目整体要求设计的虚拟面板如图 7 所示 。
所测试的雷达 , 进入该雷达接收机噪声系数的测试步骤 , 首先 以文字 、视频 、图片等多媒体信息提示操作者按测试要求把噪 声系数测试仪连接到被测雷达上 , 完成之后 , 根据测试需要 , 同样以文字 、视频 、图片等多媒体信息引导雷达开机 、测试仪 器接电等 , 进行预热 。然后根据测试要求调用 PXI 噪声测试 卡虚拟面板 , 根据提示对虚拟面板进行操作 , 在操作虚拟面板 过程中对需要的数据进行采集 、读写和计算 , 并显示测试结 果 。最后根据测试结果对雷达接收机噪声系数作出评估 , 给出 专家意见 。在程序设计中 , 由于运用了大量的数据库 , 因此增 加了该仪器的可扩充性 、修改性和开发性 , 为软件的升级和扩 充提供了很大的方便 。
虚拟面板的设计采用虚拟仪器编程语言 LabWindows/ CV I 来实现 。LabWindows/ CV I 是 National Inst rument s 公司推出 的一套面向测控领域的软件开发平台 , 该软件基于 C 语言 , 并且支持 Windows 平台 SD K , 所以可以直接实现与设备驱动 程序的接口 。它以 ANSI C 为核心 , 将功能强大 、使用灵活的 C 语言平台与数据采集 、分析和表达的测控专业工具有机地结 合起来 。它的集成化开发平台 、交互式编程方法 、丰富的控件 和库函数大大增强了 C 语言的功能 , 为熟悉 C 语言的开发人 员建立检测系统 、自动测量环境 、数据采集系统 、过程监控系 统等提供了一个理想的软件开发环境 。
地可采用低频信号发生器和向量微波调制器对高度表输出微波 信号进行调制 , 产生差拍信号和附加噪声模拟高度回波信号 , 通过观察差拍信号在放大器整形前和整形后的波形 、频谱 , 可 以测试高度表在接近真实条件下的技术性能 , 从而对高度表的 工作性能进行全面考核 , 从根本上提高导弹特别是无线电高度 表的技术准备质量[3] 。 21 2 I/ Q 调制器工作原理
0 引言
无线电高度表是飞航式反舰导弹的重要测量元件 , 其性能 决定了导弹纵向弹道的控制品质[1] 。因此 , 无线电高度表的测 试方法和检测手段就显得尤为重要 。目前导弹在技术准备时采
用静态测试方法 , 用等效高度电缆箱模拟导弹飞行高度 , 存在 的问题是高度特征点少 , 高度不能连续变化 , 不能模拟高度表 真实的工作环境 , 检查不到高度表的整个工作过程 。为此 , 我 们提出了无线电高度表动态测试的方案 , 即用正交微波调制器 调制高度表发射信号 , 产生差拍频率及附加噪声 , 使高度 表的测试在接近真实的环境下进行 , 从而对高度表的性能 进行全面和深入的考核 。
中华测控网 chinamca. co m
第7期
赵 冰 , 等 : 无线电高度表动态测试方法
·917 ·
能形成频谱的调制分量 。导弹飞行中高度表接收的回波如图 2 所示 。
度均存在微弱偏差时 , 经调制器输出的信号中存在的信号成分 为:
ωc + Ω,ωc - Ω,ωc + Ω + Φ,ωc - Ω - Φ 式中 , Φ为调制信号与被调信号总的相位差 。
图 5 高度表动态测试系统组成框图 (下转第 921 页)
中Leabharlann Baidu测控网 chinamca. com
第7期
马俊涛 , 等 : PXI 总线雷达噪声系数测试卡设计与实现
·921 ·
常相当繁琐 , 而 WinDriver 缺乏灵活性 , 所以本次设计采用了 DriverSt udio 来开发设备驱动程序 。 31 2 虚拟面板设计
Δf 为频偏 ; H 为飞行高度 ; c 为光速 。
由公式 (1) 中可以看出 , 当频偏 Δf 与调制频率不变时 ,
差拍频率与飞行高度 H 成正比 。
实际电路中 , 差拍频率与飞行高度的关系如下 :
f b = 1000 + 100 H
(2)
高度表输出的高度电压与飞行高度的关系如下 :
收稿日期 :2006 - 09 - 20 ; 修回日期 :2006 - 10 - 28 。 作者简介 :赵 冰 (1965 - ) ,男 ,辽宁省兴城市人 ,工程师 ,大学 ,主 要从事导弹自动控制与自动化测试的研究工作 。
+ e- jΩt )
+
AQ 4
(
eωj c t
-
e- ωj ct )
( ejΩt -
e- jΩt )
=
AI 4
( ej (ωc +Ω)
t
+ e- j (ωc - Ω) t
+ ej (ωc - Ω) t
+ e- ) j (ωc +Ω) t
+
AQ 4
(
ej (ωc
+Ω)
t
-
e- j (ωc - Ω) t -
图 2 导弹飞行中天线收 、发过程产生的杂波示意图
高度表发射天线与接收天线的波束很宽 , 宽波束收发在海 面上的多卜勒效应可等效为一定带宽 (最大可达 5k Hz) 的杂 波干扰 , 如果接收系统对噪声抑制不够 , 宽频带的杂波干扰经 过接收机放大以后导致限幅器输出波形裂变 , 信号杂波的交叉 调制会使差拍信号的频谱纯度及波形发生畸变 , 导致计数器计 数错误 , 从而使高度表输出高度错误 , 严重时使导弹提前入 水。
号的变化 。
当两路调制信号幅度不相等时 , 接收频谱将出现两个边带 信号 。
在最极端情况下 , 即 90°电桥和 I 、Q 调制信号相位和幅
图 3 I/ Q 调制器结构示意图 可见 , I/ Q 调制器可在微波频率 ωc 上迭加调制频率 Ω, 改变调制频率 Ω即可模拟差拍信号 , 而且 I/ Q 调制器引入了 多个边带信号 , 在一定程度上可以模拟杂波干扰 。 21 3 I/ Q 调制器模拟高度回波方法 I/ Q 调制器模拟高度回波方法如图 4 所示 。高度表发射机 发射的高频信号通过 10dB 固定衰减器后 , 加到 I/ Q 调制器的 输入端 , 低频合成信号发生器对来自高度表发射机的信号进行 正交调制 , 扩展高频信号的频谱以模拟杂波信号 , 调制后的信 号经过 30dB 衰减器后 , 反馈到高度表的接收机 。I/ Q 调制信 号 的 频 率 按 31 3 K , 21 0 K , 11 5 K , 11 0 K , 800 Hz , 31 3 K , 21 2 K 依次变化 , 记录高度表在各测试频率点的差拍信号和高 度电压 。
I/ Q 调制器的原理结构如图 3 所示 , 理想情况下其输入输 出关系如下[4 ] :
设某一时刻输入信号为 S ( t) = co sωct , 调制信号频率为 Ω, 则用复数形式表达的 I/ Q 调制器的输出信号 y ( t) 为 :
y ( t)
=
AI 4
(
eωj ct
+ e- ωj ct ) ( ejΩt
图 4 I/ Q 调制器模拟高度回波方法 函数发生器按照设定模式产生 y = A I sinωt 和 y = A Q sinωt 的正交函数 , 数据采集器采集 、录取差拍信号的波形 , 并进行 F 氏分析以展现频谱特性 。
3 工程实现
高度表动态测试系统完成高度表测高过程的动态检测和灵 敏度的静态检测 。它由适配器 、计算机 、函数发生器 、数据采 集卡 、I/ Q 调制器 、固定衰减器 、可变衰减器 、～115V400 Hz 电源 、27V 直流电源和测试软件组成 , 如图 5 所示 。
U H = 21 35 + 01 1 H
(3)
11 2 高度表的测试原理
某型导弹在测试时采用等效高度电缆箱为无线电高度表提
供等效高度 。电缆箱由同轴电缆 、高频开关 、衰减器 、延迟线
和控制电路组成 , 用来模拟 5m 、20m 、90m 和 110m 等固定高
度 , 其测量原理方框图如图 1 所示 。
来自高度表发射机的高频信号 f 0 经过等效高度电缆箱内 的多路开关选择不同的衰减和延迟 , 输出同频率但衰减和延迟
图 1 无线电高度表技术阵地测量原理
时间不同的高频信号 f i , 回授到高度表接收天线 , 形成相应 的差拍信号 f b , 信号处理电路输出与差拍信号 f b相对应的高 度电压 U H , U H 经过由 CAMAC 总线控制的继电器矩阵采样 后 , 送给 7150 数字表进行测量 , 测量结果由 GPIB 总线送回 计算机进行判定[2] 。这种方法能准确检查高度表整个工作回 路 , 是检查无线电高度表的基本方法 。 11 3 动态测试的提出
军事测控技术
无线电高度表动态测试方法
赵 冰 , 邵继兴
(中国人民解放军 92941 部队 , 辽宁 葫芦岛 125001)
摘要 : 为了对导弹无线电高度表的性能进行全面的检查 , 分析了目前无线电高度表采用的静态测试方法存在的高度特征点少 , 高度 不能连续变化 、不能模拟高度表真实的工作环境等问题 , 提出了动态测试方法 , 采用函数发生器和向量微波调制器对高度表发射的电磁 波进行调制 , 得到差拍信号模拟导弹飞行高度 , 展宽接收信号频谱模拟导弹相对海面运动产生的杂波干扰 , 使高度表接收到的信号接近 于真实回波信号 , 解决了无线电高度表动态测试问题 。
ej (ωc - Ω) T + e- ) j (ωc +Ω) t
式中 , A I 和 A Q分别表示两路信号的幅度 。理想情况下 , 其幅
度为 1 , 则 :
y ( t) = co s (ωc + Ω) t
可见 , 使用 I/ Q 调制器 , 当调制信号频率 Ω变化时 , 可
直接控制微波频率 (ωc +Ω) 的变化 , 进而模拟出高度差拍信
对于超低空掠海飞行的导弹 , 无线电高度表反射回波的频 谱结构比较复杂 , 由于反射回波是从各散射点得到的 , 导弹运 动时 , 各点之间有相对运动 , 使得各反射点的多卜勒频率不 同 , 有可能在接收机形成差拍 (称二次多卜勒效应) , 结果是 合成回波信号的频谱展宽 ; 其次 , 由于回波信号振幅的起伏也
1 基本思路
11 1 无线电高度表的测高原理 无线电高度表是一部连续发射调频波的测高计 , 其测
高原理是利用无线电波的反射现象来测量飞行器与海面的
真实高度 , 在高度很低时 , 一般采用频率测量法来间接测 量导弹飞行高度 , 理论公式为 :
f b = 4Δf ·f m / c ·H
(1)
式中 , f b为高度表发射频率与接收频率之差 , 称为差拍频率 ;
关键词 : 导弹 ; 高度表 ; 动态测试 ; 正交调制
Dynamic Test Method of Radio Altimeter
Zhao Bing , Shao J ixing
(CPL A 92941 U nit , Huludao 125001 , China) Abstract : In order to test t he whole perfor mance of missile - borne radio altimeter , t he t heoretical and testing p rinciple of t he autopilot are analyzed , t he dynamic testing met hod is given , a p rogrammable difference f requency signal generator has been developed to simulate t he flying height of missile and make t he auto - tester has abilit y of dynamic test for altit ude channel of missile , t he problem has been solved for dynamic testing altimeter . Key words : missile ; radio altimeter ; dynamic test ; modulate
现行的技术阵地测试设备只能测量静态高度电压 , 不能模 拟杂波信号 , 不能检查差拍信号 , 不能检查低高度灵敏度 。因 此 , 研究新的测试方法 , 全面模拟无线电高度表动态工作过程 就显得尤为重要 。
2 动态测试的实现
21 1 动态测试原理 对于超低空掠海飞行导弹 , 高度表接收到的合成回波信号
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计算机测量与控制 . 2 0 0 7 . 1 5 ( 7 ) Computer Measurement & Control
文章编号 : 1671 - 4598 (2007) 07 - 0916 - 02 中图分类号 TM9301 9 文献标识码 : A
根据项目整体要求设计的虚拟面板如图 7 所示 。
所测试的雷达 , 进入该雷达接收机噪声系数的测试步骤 , 首先 以文字 、视频 、图片等多媒体信息提示操作者按测试要求把噪 声系数测试仪连接到被测雷达上 , 完成之后 , 根据测试需要 , 同样以文字 、视频 、图片等多媒体信息引导雷达开机 、测试仪 器接电等 , 进行预热 。然后根据测试要求调用 PXI 噪声测试 卡虚拟面板 , 根据提示对虚拟面板进行操作 , 在操作虚拟面板 过程中对需要的数据进行采集 、读写和计算 , 并显示测试结 果 。最后根据测试结果对雷达接收机噪声系数作出评估 , 给出 专家意见 。在程序设计中 , 由于运用了大量的数据库 , 因此增 加了该仪器的可扩充性 、修改性和开发性 , 为软件的升级和扩 充提供了很大的方便 。
虚拟面板的设计采用虚拟仪器编程语言 LabWindows/ CV I 来实现 。LabWindows/ CV I 是 National Inst rument s 公司推出 的一套面向测控领域的软件开发平台 , 该软件基于 C 语言 , 并且支持 Windows 平台 SD K , 所以可以直接实现与设备驱动 程序的接口 。它以 ANSI C 为核心 , 将功能强大 、使用灵活的 C 语言平台与数据采集 、分析和表达的测控专业工具有机地结 合起来 。它的集成化开发平台 、交互式编程方法 、丰富的控件 和库函数大大增强了 C 语言的功能 , 为熟悉 C 语言的开发人 员建立检测系统 、自动测量环境 、数据采集系统 、过程监控系 统等提供了一个理想的软件开发环境 。