专利名称：一种天气雷达测试及故障检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种天气雷达测试及故障检测装置，属于雷达测试及故障检测装置技术领域。
背景技术：
目前，随着我国气象事业的不断发展，新一代天气雷达得到了广泛应用，其在重要天气的临近短时预报中发挥了重要作用。自2000年我国第一部多普勒天气雷达研制成功以来，各型多普勒天气雷达在全国布网并业务运行已达上百部，雷达运行状态和性能指标是否正常，雷达故障如何查找和排除，成为了雷达机务人员面临的重大难题。本系统以一种崭新的结构方式化解了该难题，使机务人员可以通过友好的人机界面和简单的设定来快速诊断雷达运行状态，定位故障出处，甚至还可根据提供的雷达电子手册对故障进行简单的检修，以达到快速、灵活、高效的测试及故障检测目的。现有技术的技术方案，如图1所示，由于国内布网的新一代多普勒天气雷达出自不同的厂家，接口和功能不尽相同，对于雷达状态的判别没有一个统一的方法，大多采用机外仪表测试和机内标定的方式，操作繁琐，对操作人员的要求较高。雷达性能测试分为发射机性能测试和接收机性能测试两部分。发射机性能指标测试采用机外仪器仪表直接测试，通过微波功率计测试输出功率，通过检波器与示波器组合测试输出包络波形，通过频谱分析仪测试频谱分布和改善因子；接收机性能指标包含灵敏度、噪声系数和动态范围等，由机外射频信号源向低噪声放大器(LNA)注入已知功率的射频信号，在中频输出端用频谱仪测试，计算出接收机灵敏度以及动态范围值，用固态噪声源向LNA注入宽带白噪声，在中频输出端用噪声系数表读出接收机噪声系数和增益。现有技术的缺点1、全人工操作，对技术人员要求较高；2、需要多个仪表支持，成本高，结构复杂；3、不能直接生成报告，测试结果需要人工计算；4、不能指导操作人员对系统故障进行检修。

实用新型内容本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种天气雷达测试及故障检测装置，其构建了一个自动、快捷的检测系统，无需其他仪器辅助，大大降低了硬件成本和人员技能需求，提供的自动报告打印、故障修复指导技术更是丰富了雷达检测和维修手段，能有效的解决上述现有技术存在的问题。为了实现上述目的，本实用新型解决技术问题采用的技术方案是提供一种天气雷达测试及故障检测装置，其包括发射机、接收机、定向耦合器、雷达系统现有信号处理系统、可调射频测试源、采集卡A、采集卡B、数据处理卡和VPX总线(VPX为交叉连接设备)， 发射机的输出端与定向耦合器的输入端相连，定向耦合器的输出端与采集卡A的输入端相
3连，采集卡A的输出端与VPX总线的输入端相连，VPX总线的输出端与可调射频测试源的输入端相连，可调射频测试源的输出端与接收机的输入端相连，接收机的输出端与采集卡B 的输入端相连，采集卡B的输出端与VPX总线的输入端相连；雷达系统现有信号处理系统的输出端与数据处理卡的输入端相连。作为一种优选方式，其中可调射频测试源的输出端与接收机中低噪放大器的耦合端相连。作为一种优选方式，其中可调射频测试源、采集卡A、采集卡B和数据处理卡集成于基于VPX总线的VPX总线便携式机箱中。更进一步地，VPX总线便携式机箱中还集成有220V的电源。进一步地，可调射频测试源的输出频率范围为IOMHz 6GHz、最大输出幅度为 15dBm、板载的IdB步进数控衰减器最大衰减量96dB、衰减误差0. 2dB。与现有技术相比，本实用新型带来的有益效果为该实用新型天气雷达测试及故障检测装置采用基于VPX总线的一体式机箱结构，构建了一个自动、快捷的检测系统，无需其他仪器辅助，大大降低了硬件成本和人员技能需求，提供的自动报告打印、故障修复指导技术更是丰富了雷达检测和维修手段，有效提高了工作效率。

由以下本实用新型中较佳具体实施例的细节描述，可以对本实用新型的目的、观点及优点有更清楚的理解，同时参考下列本实用新型的附图加以说明图1为现有技术的结构示意图；图2为本实用新型的结构示意图；图3为本实用新型的集成示意图。
具体实施方式
本实用新型的上述技术方案及其优点，不难从下述所选实施例的详细说明与附图中，获得深入了解。如图2、图3所示，实施例，该天气雷达测试及故障检测装置包括发射机、接收机和雷达系统现有信号处理系统、可调射频测试源、采集卡、数据处理卡和终端软件单元，发射机的输出端与定向耦合器的输入端相连，定向耦合器的输出端与采集卡A的输入端相连， 采集卡A的输出端与VPX总线的输入端相连，VPX总线的输出端与可调射频测试源的输入端相连，可调射频测试源的输出端与接收机中低噪放大器的耦合端相连，接收机的输出端与采集卡B的输入端相连，采集卡B的输出端与VPX总线的输入端相连，VPX总线与终端软件单元相连；雷达系统现有信号处理系统的输出端与数据处理卡的输入端相连，数据处理卡的输出端与终端软件单元的扩展接口相连。根据上述结构可以得出其信号流程为在测试雷达发射机性能指标时，发射机功率经定向耦合器正向耦合端输出，通过低损射频电缆连接至本系统数据采集板卡A，后者对其包络检波后得到直流信号送入ADC实时采样，并由板载的高性能并行处理器进行数据分析，得出发射机包络特性，该处理器同时还根据包络幅度计算出发射机瞬时峰值功率，经 VPX总线提交至终端；在测试接收机性能指标时，终端软件控制可调射频测试源输出射频连续波信号注入接收机低噪声放大器耦合端，将接收机中频输出连接至数据采集卡B，步进衰减射频源输出信号功率，以考察接收机线性动态范围和灵敏度；数据处理卡用以连接雷达系统现有信号处理系统，将本系统计算结果通过扩展接口发送至雷达终端，使雷达终端也可获取测试结果，提高本系统应用价值。如图3所示可调射频测试源、采集卡A、采集卡B、220V的电源和数据处理卡集成于基于VPX总线的VPX总线便携式机箱中。本实用新型天气雷达测试及故障检测装置的工作原理为射频源用以产生射频连续波测试信号，其输出频率范围为IOMHz 6GHz，最大输出幅度为15dBm，板载的IdB步进数控衰减器最大衰减量96dB，衰减误差0. 2dB，在终端软件的控制下输出连续递减的测试信号，以测试接收机的线性动态范围和灵敏度。数据采集卡A用于测试发射机性能指标，板载的包络检波器将射频脉冲包络转化为直流信号，10位并行ADC芯片AD7813将该直流信号量化为数字信号，由大规模现场可编程阵列(FPGA)EP2S30实时计算该包络的各项特性，包括脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲顶降、上升沿时间、下降沿时间等，同时采用补偿和查表算法计算出发射机瞬时峰值功率，并按终端要求进行多次平均，最终将结果经VPX总线传送至终端软件。数据采集卡B用于测试接收机性能指标，其需要与射频源协同工作，终端软件先控制射频源输出某个衰减量的射频连续波信号注入接收机低噪声放大器耦合端，该信号被接收机放大并混频至中频，经带通滤波后接入本采集卡。采集卡上集成了高速高精度ADC， 直接对中频信号实时采样，基于FPGA的数字下变频和滤波处理后得到基带IQ信号，终端软件通过VPX总线获取该信号后经过多次平均和FFT变换，计算出该信号的功率值、频谱分布等信息，再次调整射频源输出幅度，如此反复直到测试结束。数据处理卡作为本系统的扩展板卡，主要用于与雷达系统对接，将测试结果通过扩展接口输出至雷达终端。数据处理卡首先从VPX总线上获取终端软件的计算结果，并将其缓存于板载存储器中。为了满足与雷达系统对接，接口电平和接口协议均需满足雷达系统要求，考虑到传输的稳定性和抗干扰性，接口电平采用RS422标准，接口协议采用标准 UART，每分钟传输一次计算结果。本系统采用交流220V/50HZ供电，电源模块先将输入的交流电进行EMI滤波，然后进行AC-DC转换，得到12V直流电源作为系统主电源，各板卡上还需对该电源进行瞬态抑制和滤波处理，并按具体要求做DC-DC降压处理，对于数据采集板A和B中的ADC供电需由 LD0(LT1963系列电源芯片)实现降压，以降低电源噪声，提高性能。本系统终端软件基于嵌入式系统平台，以NI公司虚拟仪器LABVIEW为基础编制的人性化操作软件，提供了开放式的参数接口，可灵活调整射频源输出幅度、数据采集卡采样率、脉冲门限阀值等参数；该软件还设计了自动测试、自动报告打印、自动结果分析、故障修复指导等多项人性化服务，方便使用者在不精通雷达结构的情况下也能快速检测、维护雷达系统。能够实现主要技术指标如下1、射频源输出频率10MHz 6GHz，输出功率最大15dBm ；2、脉冲宽度检测误差IOOns ；3、瞬时峰值功率检测误差彡IOKff ；[0036]4、动态范围检测误差彡2dB ；5、灵敏度检测误差< 2dB。因此，本实用新型天气雷达测试及故障检测装置具备以下有益效果1、基于VPX总线的一体式机箱结构。集成了可调射频测试源、发射机性能测试板卡(既采集卡A)、接收机性能测试板卡(既采集卡B)和数据处理卡，通过VPX总线实现数据共享，由终端软件协调控制；2、以NI公司成熟的嵌入式系统和LABVIEW为平台的软件架构；3、无需借助其他辅助仪器的全自动雷达检测，只需点击终端软件测试按钮，后者自动控制射频测试源输出相应幅度和频点的测试信号，并启动相关数据采集和分析模块， 生成测试结果；4、自动报告打印，一目了然的结果分析；5、故障修复指导，全新的服务模式，无需操作人员掌握大量专业技能。终端软件对测试结果进行分析，自动判断不合格项，结合大量雷达设计、维护人员经验，给出故障修复指导建议，从而免除用户因相关专业技能欠缺而无法快速定位和检修雷达系统的烦恼。如熟悉此技术的人员所了解的，以上所述本实用新型的较佳实施例仅用于帮助了解本实用新型的实施，本实用新型不限于上述实施方式，本领域普通技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种天气雷达测试及故障检测装置，包括发射机、接收机、定向耦合器和雷达系统现有信号处理系统，其特征在于还包括可调射频测试源、采集卡A、采集卡B、数据处理卡和 VPX总线，发射机的输出端与定向耦合器的输入端相连，定向耦合器的输出端与采集卡A的输入端相连，采集卡A的输出端与VPX总线的输入端相连，VPX总线的输出端与可调射频测试源的输入端相连，可调射频测试源的输出端与接收机的输入端相连，接收机的输出端与采集卡B的输入端相连，采集卡B的输出端与VPX总线的输入端相连；雷达系统现有信号处理系统的输出端与数据处理卡的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种天气雷达测试及故障检测装置，其特征在于可调射频测试源的输出端与接收机中低噪放大器的耦合端相连。
3.根据权利要求1所述的一种天气雷达测试及故障检测装置，其特征在于可调射频测试源、采集卡A、采集卡B和数据处理卡集成于基于VPX总线的VPX总线便携式机箱中。
4.根据权利要求3所述的一种天气雷达测试及故障检测装置，其特征在于VPX总线便携式机箱中还集成有220V的电源。
5.根据权利要求1所述的一种天气雷达测试及故障检测装置，其特征在于可调射频测试源的输出频率范围为IOMHz 6GHz、最大输出幅度为15dBm、板载的IdB步进数控衰减器最大衰减量96dB、衰减误差0. 2dB。
专利摘要本实用新型公开了一种天气雷达测试及故障检测装置，发射机的输出端与定向耦合器的输入端相连，定向耦合器的输出端与采集卡A的输入端相连，采集卡A的输出端与VPX总线的输入端相连，VPX总线的输出端与可调射频测试源的输入端相连，可调射频测试源的输出端与接收机的输入端相连，接收机的输出端与采集卡B的输入端相连，采集卡B的输出端与VPX总线的输入端相连；雷达系统现有信号处理系统的输出端与数据处理卡的输入端相连。本实用新型构建了一个自动、快捷的检测系统，无需其他仪器辅助，大大降低了硬件成本和人员技能需求。
文档编号G01S7/40GK202210154SQ20112021347
公开日2012年5月2日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者何建新 申请人:何建新, 成都信息工程学院, 成都远望科技有限责任公司