Az NI PXI-alapú moduláris műszereivel és LabVIEW-val összeállított, másodlagos radarrendszerek automatizált tesztelésére szolgáló rendszerünkkel ügyfelünk a korábbi, asztali műszerekkel kézileg összeállított elrendezésekhez képest 90%-os időmegtakarítást ért el, a költségeket pedig a hagyományos műszerekre épülő tesztelésekhez képest 60%-kal tudta mérsékelni

A célpont (például repülőgép) távolságát és irányát az elsődleges radarokkal ellentétben a másodlagos radar (Secondary Surveillance Radar, SSR) kétirányú kommunikációs összeköttetésen továbbított adatok (pl. azonosító, magasság és országkód) alapján határozza meg. A polgári és katonai repülésben is használnak SSR-t, utóbbi esetén barát-ellenségfelismerő rendszerrel kiegészítve.

A célponttól az SSR különböző működési módokon keresztül szerezheti meg a szükséges adatokat. A rendszer egy forgó adó-vevő antennával lekérdező radarimpulzusokat bocsát ki 1030 MHz-en. Ha a célpont lekérdezést érzékel, transzponderével egy impulzusokból álló válaszkeretet sugároz 1090 MHz-en. A földi állomáson elhelyezett radar lekérdezőjeleket sugároz, például a célpont azonosítóadataira, magasságára vagy országkódjára rákérdezve, A/3A-, Cvagy S-módú formátumban. A válaszadatokat a repülőgép a megfelelő formátumú impulzussorozatként küldi vissza. A rendszer a távolságot és a irányt a távolságból eredő időkésleltetésből, valamint a forgóantenna északhoz vagy a haladási irányhoz mért helyzetéből számítja ki.

A korszerű radarokat éles katonai bevetés vagy polgári repülési használat előtt rendkívül alapos tesztelésnek kell alávetnünk. NI PXI moduláris műszerek segítségével automatizált tesztelőberendezést (Automated Test Equipment, ATE) fejlesztettünk ki, amely a radar funkcionális vizsgálatát, valamint az adó (Tx) és a vevő (Rx) fizikai paramétereinek mérését (például vételi sávszélesség, vevőérzékenység, adóteljesítmény, adóimpulzus jellemzői) is elősegíti. A funkcionális teszteléshez szükség volt 1090 MHz-es radarcélpont-szimulációra, videojel-alapú detektálásra, továbbá a radarletapogatás átalakított, szintetizált TTL-logikás videojelének megjelenítésére és LAN-összeköttetésre is. Az egy- és többcélpontos szimulációkban álló és adott pályán mozgó céltárgyak válasz-impulzusait egyaránt előállítottuk. Az 1. ábrán látható az automatizált tesztelőberendezés és a vizsgált másodlagos radar rendszerszintű felépítése.

A rendszer áttekintése

A rendszert egy NI PXI-1042 típusú, nyolcfoglalatos kerettel és egy NI PXI-8196 jelű, beágyazott vezérlővel alakítottuk ki. Az adó- és vevőoldal tesztelése során a radart csak adóvagy csak vevőmódba kapcsoltuk. A külső antennáról érkező északi és irányszámláló impulzusokat (Azimuth Count Pulse, ACP) egy FPGA-panellel szimuláltuk és hoztuk létre. A célpont 1090 MHz-es válaszimpulzusait egy NI PXI-5671 típusú vektorjel-generátorral (Vector Signal Generator, VSG) állítottuk elő. A vételi funkció teszteléséhez szükséges demodulált videojelet a rendszer egy oszcilloszkópkártyáról kapja. A lesugárzott teljesítmény és az impulzusjellemzők meghatározásához a nagy teljesítményű kisugárzott RF-impulzusokat egy NI PXI-5661 vektorjel-analizátorral (Vector Signal Analyzer, VSA) vesszük. A radar jelfeldolgozó egysége által előállított, szintetizált TTL-szintű videojelet egy FPGA digitális bemenetén vesszük, melyet a radarképernyőn a célpont polárkoordinátás kirajzolásához, továbbá a távolság, az irány, az információs kód, a magasság és az országkód megjelenítéséhez használunk fel. A 2. ábrán látható az ATE és a tesztelt SSR részletes felépítése.

A trigger- és szinkronizációs impulzusokat a másodlagos radar lekérdezőimpulzusához igazítottuk. Mivel a radar saját adó-vevő modullal rendelkezik, a vételi tesztek során a műszerek megkímélése érdekében a radar adóját kikapcsoltuk. Az adóbemenet és vevőkimenet közös fizikai csatlakozón kapott helyet, az ehhez kapcsolódó antennával dolgoznak. Az antenna helyett erre a fizikai csatlakozóra az 1090 MHz-en, illetve 1030 MHz-en rendre jelet elemző VSA-t és impulzusokat előállító VSG-t kapcsoltuk.

Vizsgált jellemzők

Adóparaméterek (Tx)

A radar jelét az automatizált tesztelőberendezés analizátora egy csillapítón keresztül kapja meg. Az adás egy kapuzott, rádiófrekvenciás szinuszjel, 1 µs impulzusszélességgel és 5 ms impulzusismétlődési idővel.

• Adó frekvenciastabilitása (1030 MHz ± 0,03 MHz)
• Impulzuscsúcs-teljesítmény (2,0 kW)
• Impulzusismétlődési idő (ms)
• Kimenőteljesítmény-üzemmód és impulzusismétlődési frekvenciastabilitás
• Kimenőteljesítmény kiválasztása és szektorozás
• Impulzusidőköz
• Impulzusforma
• Kitöltési tényező (0,01 és 66% között)
• Impulzusszélesség (µs)
• Impulzusfelfutási idő (ns)
• Impulzuslefutási idő (ns)
• Frekvenciaspektrum

Vevőparaméterek (Rx)

A radar vevőoldala a trigger/szinkronizációs impulzushoz időzített, VSG által előállított rádiófrekvenciás impulzusokat kapja meg. A szinkronizációs impulzusokat a lekérdezőimpulzushoz igazítottuk. A VSG akkor állítja elő az RF-impulzust, ha a szinkronizációs bemenetén a VSG és az FPGA megkapta a szinkronizációs impulzust. A vételi videokimenetet oszcilloszkópkártyára kapcsoltuk, így a következő paramétereket mérhettük:

• Vevőérzékenység
• Vételi sávszélesség
• Vételi dinamikatartomány
• Vevőfrekvencia stabilitása
• Fáziskülönbség-alapú mérés
• Vevőlánc működési érzékenysége (STC)
• Vevőlánc oldalsávi elnyomása (RSLS)

Funkcionális vizsgálatok

A működési tesztek során a rendszer előállítja az antenna szimulált jelét, úgymint: északi és irányszámláló impulzusokat. Több, különböző irányú és távolságú, álló és adott pályán mozgó célpontot szimulál, a felhasználói felületen kialakított radarképernyőn pedig kirajzolja a transzponder távolságát és irányát.

Célpont-szimuláció

Egy vevő funkcionális működése célpont-szimulációval ellenőrizhető, a VSG-től származó impulzusok aktív szakaszán. Ekkor a tesztelőrendszer feladata az antennán vett célpontjelek előállítása. A lekérdezéseket a VSG szinkronizációs bemenetéhez és az FPGA-hoz kapcsolt triggerimpulzus szinkronizálja. Beállíthatjuk a szimulálni kívánt célpont távolságát és irányát. Ha a célpont-szimuláció készen áll, a VSG akkor állítja elő a célpont rádiófrekvenciás válaszimpulzusait, ha az FPGA elérte az adott irányhoz tartozó számlálót, valamint a radartól megkaptuk a következő triggerjelet.

Kiválaszthatjuk a válasz módját és kódját, ebből a megadott távolságban és irányban elhelyezkedő célpont impulzusai automatikusan előállnak. Álló és meghatározott pálya mentén mozgó célpont szimulációjára is lehetőség van. A mozgó célpontok mozgásvonala különböző pályák mentén is megadható. A rendszer egyetlen VSG-vel is képes több, különböző távolságban és irányban elhelyezkedő célpontot egyidejűleg szimulálni. A válaszimpulzusok kódmintázata, melyben 450 ns szélességű, 1 µs távolságú impulzusokat láthatunk, az általunk kiválasztott formátum szerint alakul. Ezen impulzussorozat elejét és végét F1 és F2 keretezés jelöli. Az egy keretbe eső impulzusok számát a kezelőfelületen kiválasztott lekérdezési üzemmód határozza meg. A kiválasztott lekérdezési mód függvényében minden szinkronizációs impulzushoz többféle válaszmód tartozhat. Ezek a hármas válaszimpulzusok külön beállíthatók és a VSG-vel az egyes szinkronizációs impulzusokhoz időzítve adhatók ki. Az 5. ábrán látható a válaszimpulzus létrehozása szimulált távolságkésleltetéssel, iránnyal és kóddal.

Radarjel-átalakító

A rendszer a radartól érkező, TTL-szintű videojelet az FPGA-panelen fogadja és dolgozza fel. A célpontról érkező válaszimpulzusokat a radar vevője demodulálja, a nyers videojelet pedig a feldolgozóegysége értékeli ki. Ez utóbbi a válaszkeretnek megfelelő TTL impulzusokat hoz létre.

Ezeket a pontos impulzusszélességű és távolságú jeleket az FPGA dekódolja. Mivel a vevőbe az antenna jele zajosan érkezik, a kiadott jelben nemkívánt impulzusok is megjelenhetnek. Az általunk kifejlesztett algoritmus képes ezeket a zajból származó impulzusokat kiszűrni és csak a keretet dolgozza fel. Az FPGA a célpont azonosítókódjából, magasságából és országkódjából meghatározza a célpont távolságát és irányát.

A rendszer a következő jellegű szintetikus TTL videojeleket képes venni: valós célpont antennától érkező jele, a radarban létrehozott, belül szimulált célpont, valamint a lekérdezőimpulzus függvényében a VSG-vel szimulált célpont.

A 4. ábrán látható az FPGA-val dekódolt és értelmezett letapogatás megjelenítése. Az 5. ábrán látható az ACP, az FPGA-val szimulált észak, a trigger/szinkronizációs impulzusok, a megadott távolság és irány szerint előállított válasz-impulzussorozat; a TTL videojel és a válaszkeret dekódolása.

A VSG-től érkező modulált impulzusok vivőfrekvenciája 1030 MHz.

Antennaszimulátor

Az FPGA északot jelölő impulzusgenerátora, valamint az FPGA digitális kimenetű ACP-generátora szimulálja az antennát. Kialakítottunk még egy LabVIEW-alapú felhasználói felületet, amelyen beállítható az impulzusszélesség, az impulzusismétlődési frekvencia és a körülfordulásonkénti irány-impulzus-szám. Ezek beállításával pontosan szimulálható az antenna.

Szoftveres képességek

A teljes körű vizsgálhatóság érdekében modulokból felépített, szerkeszthető elemekből álló méréssorozatot alakíthatunk ki. Az egyes paraméterek teszteléséhez automatikus vagy kézi üzemmód is választható. A diagnosztikai panelen hozzáférhetünk az egyes PXI műszerekhez, így visszahurkolásos vagy öntesztre is nyílik lehetőség. A 6. ábrán látható az automatikus tesztelőberendezésen beállított méréssorozat.

A radarvizsgálati idő leszorítása az NI platformmal

Az NI PXI-alapú moduláris műszereivel és LabVIEW-val összeállított, másodlagos radarrendszerek automatizált tesztelésére szolgáló rendszerünkkel ügyfelünk a korábbi, asztali műszerekkel kézileg összeállított elrendezésekhez képest 90%-os időmegtakarítást ért el, a költségeket pedig a hagyományos műszerekre épülő tesztelésekhez viszonyítva 60%-kal tudta mérsékelni. Az új rendszerben az impulzus-előállítási és modulációs feladatokat egyetlen NI PXI VSG látja el; teljes körű vizsgálatot biztosít célpont-szimulációval, „nyers" videojel-feldolgozással és célpont-detektálással, így akár zárt hurkú tesztelésre is alkalmas.

Szeretnénk a rendszert úgy továbbfejleszteni, hogy automatikus átkapcsolással képes legyen a radar másik hat csatlakozási pontját is tesztelni. A hosszú kábelezés és a csatlakozók számának csökkentése érdekében ehhez egy NI PXI-2596 SP6T multiplexert fogunk használni.

A National Instruments honlapja