雷达接收机灵敏度自动测试方案设计
雷达接收机综合测试系统设计
Telecom Power Technology
研制开发
雷达接收机综合测试系统设计
钱 程，钱叶旺，许亚男
机电工程学院，安徽池州
针对雷达接收机测试过程高速、实时及数据量大的特点，设计了一种高性能雷达接收机综合测试系统。
该系统
设计的高速数据采集卡通过光纤接口采集雷达接收机数据，并通过
由专用虚拟仪器分析软件对雷达数据进行分析测量，
详细介绍了雷达接收机综合测试系统的组成、高速数据采集卡等硬件设计以及专用虚拟仪器分析软件的设计。
雷达接收机；虚拟仪器分析软件；高速数据采集卡；FPGA
Design of Radar Receiver Integrated Test System
QIAN Cheng，QIAN Ye-wang，XU Ya-nan
School of Mechanical and Electrical Engineering，Chizhou University
In view of the characteristics of high speed，real time and large amount of data in the test process of radar designing a high performance radar receiver comprehensive test system. The system is composed of real instrument
based on the FPGA design of high-speed data acquisition card through the optical。
雷达接收机自动测试系统设计
工作方舱内 ，指标测试至少需要 ４人 ／１５ ． 小时 ，才能完成 一套接收机的测试 工作 ， 并 且 还 有 人 为 因素 的 存 在 ， 数 据 准 确 度 不 高 。这些 不利 因素都 制约 了接收 机测
试 工 作的 发 展 。
控制软件主要功能是方便用 户设置各 种 参 数 ，并 控 制 设 备 按 照 预 定 程 序 运 行 ，并从 测试 设 备 中采 集 测试 数据 。 计算显示软 件主要功能是把采集到的 数 据进 行计算 ，并 把 测试 结果 存档 或送
ｍｅｈ ｄ ｉ ｔａ ｉｏ ｔ ａ ｒ ｏ ｏ ｔａ ｔ． ｔ ｏ ｗ ｔ ｒ ｄ ｉｎ Ｏ ｃ ｒ ｙ ｎ ｃ ｎ ｒ ｓ ｈ ｔ
Ｐ ｄ ｒ ｅ ｉｅ ； Ｔ ｓ ； Ａ ｔ ｍ ｔ ￣ ａ ｒｃ ｖ ｒ ＆ ｅ ｅｔ ｕｏ ａ ｉ ｃ
接收 机 指标 比较 多 ，而 且频率 变化 范 围大 ， 测 试 要 逐 步 进 行 ， 需 要 较 多 的 人 员配置和 浪 费大量 时 间 ，以某 大型雷 达为例 ，接收 机有 ８个正常通道 ，接收机 通道 的两端分 别在距离很远的天线车上和
到显 示 器 显示 。
每个 测试 仪表设 置测 试参 数 ，重 复性 工 作较 多 ，并 且 容易误 操作 。 自动测试 系 统 只 需 要 设 置 一 次 参 数 ， 控 制 系 统 自动 把 参数 分配 给每 个仪 表 ，操 作简 单 ，使 用 方便 。 传统测试的数据处 理全部靠 人完成 ， 在 自动测 试 系统 中 ，消除 了人 为因素 对 数 据 的 影 响 ，提 高 了测 试 数 据 的 准 确
雷达接收机自动测试设计与实现
Ｚ， 总动态 为 Ｄ—ｙ Ｐ一， ＿ 总增益 Ｇ＝Ｚ Ｙ＋１ － 。测试完— 个通
通常测 试雷 达接 收机 的主要技 术指标 包括 ： 接收 机噪
道后 ， 测试 电缆更换 到另外一个通 道 ， 复上述操作 。 把 重
声系数 、 接收机增益 、 接收机动态、 接收信号带宽、 收机 接
带 内平坦度 。
０ 引 言
雷 达技术 的发展 ， 对 接收 机测 试指 标 的要 求越 来 使得 越多 ， 雷达的接 收机都 要 花费 大量 的人 员 和时 间在 测 每部 试 指标 的设置上 ， 收机 自动测 试 系统 能够 自动 测试 我 们 接 关 心的接收机 的技术指标 ， 节省测试 时间和人 员配置 ， 高 提 测试工 作的效率 。本 文分析 了传统 的接收机测 试方 法及其 优缺点 ， 了接收机 自 介绍 动测试 系统的设计 和实现 方法 ， 以 及其软硬件 组成和测 试过 程 ， 和传统 的测 试 方法 进行 了 并
图 １ 接收机 噪声 系数测试框 图 １２ ２ 接收机 动态 和增益 测试 ．．
校准测试仪 表及辅 助测 试 电缆 后 ， 照 图 ２ 按 连接 测试
１ 测 试 指 标 及 传 统 测试 方 法
１ １ 测试指 标 ．
设备 ， 用频谱仪监视接收通道信号输 出跟 随信号源变化情 况 ， １ｄ 读 Ｂ压缩点处信 号源输 出功率 ｙ 和频谱 仪功率 读数
接收机灵敏度的测量方法
也就 是说 ，只要 把接 收机 的噪 声 系数Ｆ 出便 可算 出其 临界灵 测 敏度 Ｓ ，我 们把 这种 接收 机灵 敏度 的测 试方 法叫做 噪声 系数 法 。 具体 测试 方法 ： 准备 仪器 ： １ ）待测设 备 Ｄ Ｔ Ｕ。 ２ ｇ ｅｔ ８７Ａ 声系 数分 析仪 。 ）Ａ ｉｎ Ｎ ９３ 噪 ｌ ３ Ｐ ６８ 脉 冲信 号驱 动噪声 源 。 ）Ｈ ８４ Ｄ ４ Ｇ ３ ３Ａ ）Ａ Ｅ ６ １ 直流 电源 。 按 照 图 １ 示 ，使 用 Ａ ｉｎ ８ ７ Ａ 所 ｇ ｅｔ ９ ３ 噪声 系数 分 析仪 将带 有 噪 ｌ Ｎ 声 源 （ ｏｓ ｏｒｅ ｎ ｉ ｓｕｃ ）一 端连 接 待测 设 备 的输 入端 ，另一 端 口与待 ｅ 测 设备 输 出端相 连 。对设 备通 电 （ Ｇ ３３ａ Ａ Ｅ ６ １ ）并加 入本 振 （ Ｏ） Ｌ 脉 冲信 号驱 动 噪声 源 （ Ｐ ６ ８ Ｈ ８４ Ｄ）后 ，对 噪声 系 数测 试 仪设 置 好 些 必 须 参 数 ，例 如 频率 范 围 、应 用 （ 大 器／ 频 器 ）以及 校 放 混 准 电缆 等 。 经过 噪声 系数 分 析 仪 测 量 可 以 得 到 被 测 设 备 的 噪 声 系数。 记 录好 各 频 点 的噪 声 系 数 ，利用 公 式 Ｓ ＝ １４ｄ ＋ ０ １ Ｂ 一 Ｂ １ １ ｇ １ （ ｚ ＋ Ｏ ｇ计 算 得 出各 频点 的灵 敏度 ，取最 小值 得 到 接 收机 ＭＨ ） ｌ ｌＦ 灵 敏度 。 ３ 灵敏 度的直观 测量 法测量接 收机 灵敏度
１ ７ ６
应 用 方 法 论
２窄 霸 Ｌ 科２ ７ ＿ ０年 未 １ 第期
接 收机 灵敏 度 的测量 方法
王 硕
（ 中电集团二十所 ，陕西西安 ７ ０ ６ １０ ８）
实验一 接收机灵敏度实验
实验一接收机灵敏度实验
试验目的：熟悉雷达接收的最基本的条件是有足够强的雷达回波信号能量进入接收机。
掌握切线灵敏度的定义。
观察在雷达回波信号能量变化的条件下，接收机输出的雷达回波信号的包络的变化。
试验内容：
1．熟悉实验装置的电路结构和器件，检查电源线是否连接，检查快速熔断器是否良好。
2．连接目标回波包络输出到示波器。
3．改变目标回波幅度，观察示波器输出的雷达目标回波信号波形。
试验报告：
1．雷达目标回波信号波形分析
2．计算雷达的切线灵敏度。
雷达接收机灵敏度的测试方法
雷达接收机灵敏度的测试方法
谭博
【期刊名称】《零八一科技》
【年(卷),期】2003(000)002
【摘要】接收机灵敏度表征了雷达接收微弱信号的能力，准确测量接收机灵敏度对于预估雷达作用距离有其重要意义。
通常接收机灵敏度是指临界接收灵敏度Simin，即接收机输出信噪比so/no=0dB时的输入信号功率。
然而工程中准确界定so/no=0dB有其实际困难，本文分析了接收机的噪声、信号形式，总结出了一种工程中简单可行的灵敏度测试方法。
【总页数】7页(P49-55)
【作者】谭博
【作者单位】零八一总厂研究所广元628017
【正文语种】中文
【中图分类】TN957.5
【相关文献】
1.雷达接收机灵敏度测试方法 [J], 罗凡;沈金泉;严明明
2.雷达接收机灵敏度测试方法研究 [J], 白冰;张晋华;冯英
3.雷达接收机脉冲灵敏度测试 [J], 吕贵洲;梁冠辉;朱赛
4.一种二次监视雷达接收机灵敏度的自动测量方法 [J], 李枢;杜世勇;唐川
5.二次监视雷达接收机灵敏度的自动测量方法 [J], 王璐
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一种二次监视雷达接收机灵敏度的自动测量方法
• 63•在当今民航事业迅猛发展的环境下，二次监视雷达作为空中交通管制的重要设备，在空域监视和保障飞行安全方面发挥着不可或缺的作用。
因此，二次监视雷达必须具备很高的可靠性和稳定性，为了实时掌握二次监视雷达的设备状态，需要对二次监视雷达的接收机灵敏度等重要性能指标进行监控。
本文所述的二次监视雷达接收机灵敏度的自动测量方法，通过周期性地向接收机施加测试激励信号，接收机反馈与自身灵敏度相关联的模拟信号，对该模拟信号进行A/D 量化处理后，获得模拟信号幅度，经过转换函数一种二次监视雷达接收机灵敏度的自动测量方法四川九洲空管科技有限责任公司 李 枢 杜世勇 唐 川图1 测试激励信号时序图图2 转换模拟视频电路图计算出二次监视雷达的接收机灵敏度。
该方法十分简便，无需使用ATC-1400A 测试测距仪等昂贵专用测试设备，同时不会影响二次监视雷达的正常工作。
1 现有测量方法的缺点在通常情况下，二次监视雷达的接收机灵敏度只能通过ATC-1400A 测试测距仪等昂贵专用测试设备进行测量，尤其是在航管站，二次监视雷达全天候、全天时不间断工作，不能暂停使用来进行测量，因此传统测量方法十分不便。
2 技术方案实现2.1 施加测试激励信号二次监视雷达的数字信号处理板FPGA 产生测试门和测试编码信号，在每一个询问触发周期的前100us 内作为激励信号施加给接收机，测试门和测试编码信号在正常发射的询问编码信号之前，不会与接收的应答信号产生混淆，因此对二次监视雷达的正常工作不• 64•会造成影响。
测试激励信号时序图如图1所示。
2.2 接收机耦合模拟视频接收机收到测试激励信号后，检测到测试门信号有效，通过对数检波器耦合出与测试编码同步的模拟视频信号，模拟视频信号的幅度反映接收机的灵敏度。
图2为二次监视雷达接收机通过对数检波器转换为模拟视频信号电路图。
2.3 A/D量化二次监视雷达的数字信号处理板对接收机反馈的模拟视频通过A/D 转换芯片进行A/D 量化。
雷达接收机灵敏度测试方法
方法。
关键词： 接收机灵敏度 ； 信噪 比； 限带高斯噪声 ； ｔｂ仿真 Ｍａａ ｌ 中图分 类号 ：Ｎ ５ Ｔ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ００ （０ １０ ０４ ０ １ ６— ７ ７ ２ １ ）５— ０ ７— ４ ０
Ｔｅ ｔＭ ｅ ｈｏ ｆ Ｒｅ ｅ ｖ ｒ Ｓ ｎ ｉｉ ｉｙ ｆ ｒ Ｒａ ａ ｓ ｔ ｄ ｏ ｃ ｉ ｅ ｅ ｓｔｖ ｔ ｏ ｄ ｒ
Ｌ ０ Ｆ ｎ ＨＥ ｉ— ｕ ｎ，ＹＡ ｎ — ｎ Ｕ ａ ，Ｓ Ｎ Ｊｎ ｑ ａ Ｎ Ｍｉｇｍｉｇ
（ ｌａ ｅｒｓｎａｖ ｆｃ ｆ Ｌ ｔ ｅ ｕｎｙａ ， ｕ ｎｙ ａ ２０ ７ Ｃ ｉａ Ｍｉ ｒ Ｒ ｐｅｅｔ ｉ Ｏ ｅｏ ＡＳａ ｄｉ Ｇ ａｇｕ ｎ Ｇ ａｇｕｎ ８ １ ， ｈｎ ） ｉｙ ｔ ｔｅ ｉ Ｐ ｙ ｎ ６
ｔ ｎ ｉ ｏ
雷 达接 收 机 通 常 由 限幅 器 、 频 放 大 器 、 频 器 、 高 混 中频 放
现在 需 要 讨论 的是 是 否 可 以根 据 临 界 灵 敏 度 的直 观 定 义 ， 即
ｓｍ ＝ ｕ
大器等元器件组成… 。接 收机灵敏度用来 表征接收 机接收 微弱信号的能力 。在 噪声背景下检测 目标 ， 接收机输 出端不 仅要使信号放大到足够的数值 ， 更重要的是 使其输出信噪 比 ｓ ｎ 达到所需数值 。若令这个所需 数值 ／ 。＝ Ｂ 便 可 。 。 ／ ｎ ０ｄ ，
Ｇｅ ｅａｌ ｈ ｅ ｓｔｖｔ ｆＲａ ａ ｅ ｅｖ ｒｉ ｏ ｓ ｏ ｔ ｅ ｃ ｉ ｃ ｌｒ ｃ ｉｉ ｇ ｓ ｎ ｉｉｉ ＿，ｎ ｍｅｙ ｉ ｉ ｈ ｎ ｒ ｌ ｔ ｅ ｓ ｎ ｉ ｉｙ ｏ ｄ ｒｒ ｃ ｉ ｅ ｓｔ ｈ ｗ ｈ ｒｔ ａ ｅ ｅｖｎ ｅ ｓｔ ｔ Ｓ ｎ ａ ｌ ｔ ｓｔｅ ｙ ｉ ｉ ｖｙ ｉｐ ｔｓｇ ａ ｏ ｒｗｈ ｎ ｔ ｅ ｒｔｏｏ ｉｎ ｏ ｎ ｉｅｆ ｒｒ ｃ ｉｅ ｕ ｐ ｔｉ Ｏ ｎ ｎ ｕ ｉｎ ｌｐ ｗｅ ｅ ｈ ａｉ ｆｓｇ ａ ｔ ｏｓ ｅ ｅｖ ｒｏ ｔ ｕ ｓＳ ／ ０＝０ ｄ ｌ ｏ Ｂ． Ａｉ ｄ ａ ｈ ｕ ｚｅ ｍｅ ｔｔ ｅｐ ｚ ｌ
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钱玉莹 李淑华 叶灵伟
( 海军航空工程学院青岛分院, 青岛 266041 )
摘 要 基于 GPT S软件对雷达接收机灵敏度的自动测试进行方案设 计, 该方案包括测试平台设计、测试流程 设计、测 试速度 与测试精度的设计。给出实验 结果对方案进行验证。 关键词 自动测试 接收机灵敏度 雷达
中图法分类号 TN 957 51;
通过试验 可知: 当精 度设 置为 10- 3 dB # mW 时, 该接收机表现出不敏感。如输出信号功率设置 为 - 107 431 dB # mW 时, 每次输出测试结果不确
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科学 技术与工程
10 卷
图 6为自动测试系统输出结果时示波器显示的 目标回波波形;
图 4 试验台
定, 有时输出为 1!, 有时输出为 0!。但输入信号功 率大于 - 107 44 dB# mW 则输出测试结果为全 0!, 由 此可以判定接收机灵敏度为 - 107 43 dB# mW, 意味 着在此以上的输入有效。
参考文 献
图 5 某型雷达接收机灵敏度的测试结果
1 丁鹭飞 雷达 原 理 ( 第三 版 ) 西 安: 西安 电 子 科技 大 学出 版 社, 2003
2 G PTS3 0培训讲义 北京: 东方信标测试技术有限公司, 2003 3 李 鸣, 初晓军, 张鲁滨 RDR 系列机载气象雷达 西安: 西北工
业大学出版社, 1996 4 向敬成, 王意青, 毛自灿, 等 信号 检测与估 计 北京: 电 子工业
文献标志码 A
雷达接收机灵敏度表示接收机接 收微弱信号 当接收机的输入信号功率达到 S im in时, 接收机就能 正常接收并在输出端检 测出这一信号。如果信号 功率低于此值, 信号将被淹 没在噪声干扰 之中, 不 能被可靠地检测出来 [ 1] 。
( 1) 按照雷达发射机的参数设 计输出信号, 分 两路输出: 一路作为雷达系 统触发脉冲; 另一路有 一定的时间延迟, 模拟目标信号;
( 2) 输入信号不能过强, 否则会使接收机过饱
图 3 测试精度设计
6 实验结果
根据测试平台的设计方案构建的试验台如图 4 所示: 前方为波导组 件, 波导组 件正后方右侧 为示 波器。
2 测试平台的设计
接收机和测 试设备之间采 用定向耦合器 保证 信号的流通; 超外差式雷达接收机的灵敏度一般约 为 ( 10- 12 ~ 10- 14 ) W, 为防止测 试信号过强而 损坏 接收机, 在 接收机 和测试 设备 之间加 入同 轴衰 减 器; E8311脉冲发生器作为微波信号源, 给接收机提 供输入信号; 功率计探头检测微波源输出信号的功 率; 频谱仪测试微波 源输出信号的中 心频谱; 同时 接入示波器对接收机输出端信号进行人工监视, 以 验证自动测试的准确性; 接收机的输出端接入自动 测试系统 ( ATE) ; 最后根据不同型号的雷达采用不 同功率的匹配负载。具体测试平台如图 1所示。
测试方 案如 下: 先根据 雷达 接 收机 的实 际情 况 [ 3] , 确定输入初始信号的功率; 再不断降低 E8311 脉冲发生器产生信号的功率, 直至输出 测试结果。 为防止干 扰, 输 出信 号的宽 度必 须与输 入信 号一 致, 也就是在检测中两次以上连续为 1!、稳定、周 期出现才可以认为有信 号输出。具体 测试流程如 图 2所示。
和而丢失信号, 产生误判断, 甚至损坏接收机; ( 3)输入信号功率应略超雷达接收机灵敏度标
称值, 若初始输出信号全为 0!, 则增加输入信号功 率, 直至有信号输出, 然后按检测步骤进行检测。
5 测试速度与测试精度的设计
为保证测试精度 ( 10- n ), 通常以 ( 10- n ) dB 为 单位进行歩进测试, 这样精度每 提高一个数量级, 测试时 间就增加 10倍。为解决该矛盾, 宜先 采用 10 dB歩进值进行衰减, 当输出全为 0!时, 再采用 1 dB歩进值进行增加, 当输出有连续几个 1!时, 再 采用 ( 10- 1 ) dB 歩进值进行衰减, 依此类推, 阶梯接 近测试精度, 通过实际测试, 既可以保证测试精度, 又可以大大提高测试速度。 n 值范围取决于测试的 精度 ( n = 1, 2, 3, 4 ∀ ∀ ), 测试 精 度 流 程 如 图 3 所示:
2010 年 4月 6日收到, 6 月 11日修改
图 1 接收机灵敏度测试平台
26 期
钱玉莹, 等: 雷达接收机灵敏度自动测试方案设计
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3 测试流程的设计
根据雷达接收机的设 计性能 [ 3 ] 确 定出合适的 检测门限 [ 4] ; 对输出信号 进行采样, 当 采样值低于 门限值时, 认为采样点无信号, 检测值为 0!, 高于 门限值时, 认为采样点有信号, 检测值为 1!。
图 5 即为对某型雷达接收机灵敏度的测试 结果;
图 6 输出测试结果时示波器显示的信号波形
图 6下端输出的波形即为接收机输出端的输出 波形, 在测试过程中, 目标回波 在示波器下端 固定 位置出现, 随着输入 信号幅度减弱, 目标回波 幅度 也不断减弱, 直至消失, 如图 6所示; 图 6中可以佐 证此时接收机的确无信号输出, 灵敏度测试系统的 测试结果真实可信。
[ Ab stract] Based on GPT S , how to auto test the sensitiv ity o f radar rece iver is researched, inc lud ing prog ram design, input signa l design, test speed and test accuracy of the design. Experim enta l results are presented to vali date the program [ Key word s] auto test sensitiv ity radar
第 10卷 第 26期 2010年 9月 1671 1815( 2010) 26 6544 03
科学技术与工程
Science T echno logy and Eng ineering
V o l 10 N o 26 Sep 2010 2010 Sci T ech Engng
雷达接收机灵敏度自动测试方案设计
图 2 测试流程
人工核实自动测试的准确性: 首先观测示波器 上输出端信号的波形出现与否与检测值 0!、检测 值 1! 是否相对应; 其次通过观测频谱仪上检测信 号的中心频率来进一步判断检测结果 是否由干扰 信号产生。
4 输入信号设计
输入信号由 E8311 脉冲发 生器产生。设计输 入信号要注意以下几点:
出版社, 1994
The D esign of Autotest to the Radar R eceiver Sensitivity
Q IAN Yu y ing, L I Shu hua, YE L ing w ei
( Q ingdao B ran ch of NAE I, Q ingdao 266041, P R C h ina)
1 GPTS测试系统概述
该测试方案基于 GPTS3 0自动测 试系统设计 而成。
GPTS3 0自动测试系统基本目的是构造一个软 件系统, 完成测试仪 器的管理, 信号的产生、测试, 测试程序运行控 制, 测试结 果的处理、保存等所有 测试系统都必须完成的 基本工作。将 系统的通用 功能和与被测对象有关 的测试程序区 分开来。系 统通过一组定义良好的测试程序接口 提供所有的 系统功能, 测试程序开发者使用该接口开发不同被 测对象的测试程序, 使测试程序的开发者可以不必 了解具体仪器的操作方法、复杂的测试系统软件配 置而专注于被测对象的研究 [ 2] 。