作者：Rolland Zhang，是德科技公司產(chǎn)品經(jīng)理

雷達(dá)系統(tǒng)用于多種應(yīng)用，從交通執(zhí)法到天氣預(yù)報(bào)。其中一些是關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)，這意味著任何故障或故障都會(huì)危及生命。為了幫助確保良好的結(jié)果并延長系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間，日常維護(hù)和偶爾的故障排除和維修是必不可少的。所有這些都必須在惡劣的環(huán)境條件下快速、準(zhǔn)確和可靠地完成。

雷達(dá)安裝和維護(hù)的現(xiàn)實(shí)使這變得困難。由于任務(wù)關(guān)鍵型系統(tǒng)通常非常復(fù)雜，因此需要臺(tái)式口徑的結(jié)果;然而，使用臺(tái)式設(shè)備在現(xiàn)場進(jìn)行準(zhǔn)確測量并不容易。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在可用的突破性技術(shù)為系統(tǒng)維護(hù)人員提供了一種在現(xiàn)場測試關(guān)鍵任務(wù)雷達(dá)系統(tǒng)的新方法。

基礎(chǔ)

雷達(dá)系統(tǒng)分為幾個(gè)類別，例如氣象、民用空中交通管制和軍用防空。廣泛使用的關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)的一個(gè)典型例子是商業(yè)空中交通管制。這些發(fā)射和接收波形——脈沖、未調(diào)制連續(xù)波 (CW) 和 FM-CW——在處理時(shí)提供有關(guān)目標(biāo)范圍、大小和形狀的重要信息;速度和軌跡;方位角和仰角;和飛機(jī)識(shí)別。

在現(xiàn)場對雷達(dá)系統(tǒng)和組件進(jìn)行表征和故障排除時(shí)，通常需要在各種測試條件下測量時(shí)域和頻域性能。鑒于當(dāng)今系統(tǒng)的復(fù)雜性，維護(hù)人員還必須協(xié)調(diào)和比較兩個(gè)域中的波形。維護(hù)人員甚至可能需要測試和調(diào)整各種雷達(dá)功能塊或線路可更換單元 (LRU)。

傳統(tǒng)上，此類測試是使用多個(gè)臺(tái)式儀器進(jìn)行的。在 LRU 級別尤其如此，這通常需要在時(shí)域和頻域(例如，絕對和相對幅度和相位)以及這些測量的各種組合中進(jìn)行一組基本測量。

涵蓋所有必要的測量通常需要三個(gè)或四個(gè)單獨(dú)的儀器。例如，峰值功率計(jì)用于測量作為時(shí)間函數(shù)的發(fā)射機(jī)的絕對幅度，但需要頻譜分析儀來測量作為頻率函數(shù)的絕對幅度。在進(jìn)行相對測量時(shí)，峰值功率計(jì)可以測量波形的相對時(shí)間和幅度，但需要矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA) 或矢量電壓表來測量幅度/相位與頻率的關(guān)系。

圖 1 顯示了過去幾十年來通常用于現(xiàn)場測試民用航空雷達(dá)的儀器。由于大多數(shù)此類設(shè)備都是為室內(nèi)使用而設(shè)計(jì)的，因此測試場地必須有天氣保護(hù)，以確保安全、準(zhǔn)確的操作。

圖 1：臺(tái)式儀器通常需要幾分鐘的預(yù)熱時(shí)間，這對于現(xiàn)場使用來說并不理想。

這種傳統(tǒng)方法還有其他幾個(gè)問題。首先，臺(tái)式儀器的精度通常由制造商指定，僅在設(shè)定溫度(例如，23°C ±5°C)下操作時(shí)。在現(xiàn)場，測試可能會(huì)在廣泛的環(huán)境條件下進(jìn)行，從而導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)的不確定性。

其次，維護(hù)人員經(jīng)常使用較舊的臺(tái)式設(shè)備，當(dāng)它的支持壽命結(jié)束時(shí)，這些設(shè)備將變得難以維護(hù)或維修。切換到較新的儀器有利于降低總體測試成本，因?yàn)樵S多儀器具有三年保修和更低的總體維護(hù)成本。較新的儀器通常還提供更高的性能、更高的精度和特定于應(yīng)用的功能。然而，一對一的儀器更換并不是雷達(dá)應(yīng)用中的最佳解決方案。

如今，組合式或一體式分析儀(請參閱下面的邊欄“FieldFox 一體式分析儀”)提供多儀器功能，為測試?yán)走_(dá)系統(tǒng)提供方便且經(jīng)濟(jì)的解決方案。確保成功、準(zhǔn)確結(jié)果的關(guān)鍵當(dāng)然是選擇合適的儀器。

使用現(xiàn)場就緒技術(shù)

憑借長電池壽命、重量輕和內(nèi)置 GPS，組合分析儀專為現(xiàn)場測試而設(shè)計(jì)。堅(jiān)固的全密封外殼(無風(fēng)扇或通風(fēng)口)符合美國 MIL-PRF-28800F 2 類要求，符合 MIL-STD-810G 方法 511.5、程序 1 要求(在爆炸性環(huán)境中操作)，并且還符合 IEC/EN 60529 IP53 防塵防水要求，可在最惡劣的環(huán)境中延長耐用性。

組合分析儀還可以支持遠(yuǎn)程操作，例如通過在各種 Apple iOS 設(shè)備上運(yùn)行的應(yīng)用程序。這對于在同時(shí)操作雷達(dá)系統(tǒng)的某些部分時(shí)可能難以控制和觀察分析儀的測試環(huán)境來說是理想的選擇。

類似的臺(tái)式儀器被指定在設(shè)定溫度下運(yùn)行，并且需要很長的預(yù)熱時(shí)間?？梢匝a(bǔ)償從 –10°C 到 55°C 的溫度變化的組合分析儀已準(zhǔn)備好在開啟時(shí)以及在指定范圍內(nèi)的任何溫度變化下進(jìn)行高度準(zhǔn)確的頻譜測量。

同樣重要的是，組合分析儀時(shí)域和頻域測量必須與使用臺(tái)式儀器在開發(fā)過程中獲取的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)(圖 2 和圖 3)。

圖 2：這些 S 模式發(fā)射機(jī)的時(shí)域測量顯示使用 8990A 峰值功率分析儀(左)和 FieldFox 組合分析儀(右)進(jìn)行的 P2 到 P6 第一同步相位反轉(zhuǎn)。

圖 3：在基于鐵氧體環(huán)行器的射頻雙工器的頻率響應(yīng)測量中，在網(wǎng)絡(luò)分析儀模式下運(yùn)行的 FieldFox 組合分析儀產(chǎn)生的結(jié)果(右)與 8753D 臺(tái)式 VNA(左)的結(jié)果幾乎相同。

降低維護(hù)成本

使用現(xiàn)代現(xiàn)場就緒技術(shù)的一個(gè)主要好處是降低了總體資本和運(yùn)營支出。例如，單個(gè)組合分析儀可以取代傳統(tǒng)上用于現(xiàn)場民用雷達(dá)測試的所有四種射頻儀器，其成本遠(yuǎn)低于單個(gè)可比臺(tái)式儀器的成本。此外，與傳統(tǒng)的每年四次校準(zhǔn)加備件的方法相比，減少校準(zhǔn)要求(每年只需一次)可以將年度成本降低多達(dá)五倍。由于組合分析儀處于其生命周期的早期，因此幾乎不需要維護(hù)備件或備用儀器，這兩者都會(huì)顯著增加整體測試成本。

邊欄：FieldFox 一體化分析儀

FieldFox 組合分析儀提供圖 1 所示四種儀器的所有測量能力。1，并且可以配置多種測量功能，頻率覆蓋范圍為 30 kHz 至最大 50 GHz。通過添加峰值功率傳感器，F(xiàn)ieldFox 提供了一種解決方案，可以輕松攜帶到測試現(xiàn)場，以測量雷達(dá)系統(tǒng)的時(shí)間和頻率性能。例如，F(xiàn)ieldFox 組合分析儀具有測試到 LRU 級別所需的功能。支持的測量包括高達(dá) 40 GHz 的完整脈沖分析能力，帶有 USB 峰值功率傳感器和發(fā)射機(jī)主脈沖到輔助脈沖的相對定時(shí)測量。FieldFox 分析儀還通過矢量電壓表模式支持穩(wěn)定的本地振蕩器 (STALO) 相位校準(zhǔn)。

FieldFox 獲得的 S 參數(shù)結(jié)果可在百分之幾分貝內(nèi)跟蹤世界上性能最高的 VNA，并在十分之一分貝內(nèi)匹配世界上性能最高的頻譜分析儀。這種相關(guān)程度增加了對測量結(jié)果的信心，還降低了通過不良 LRU 或使良好 LRU 失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

FieldFox 在是德科技所有復(fù)雜的微波或毫米波儀器中故障率最低。事實(shí)上，F(xiàn)ieldFox 提供了所有復(fù)雜射頻、微波和毫米波儀器中最高的可靠性，與同類臺(tái)式儀器相比，這將總體測試成本降低了至少 50%。標(biāo)準(zhǔn)的三年保修還降低了整體維修成本。

審核編輯：湯梓紅