magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Captronics Detailed Diagram of ATE SSR fig2„A National Instruments PXI-alapú moduláris műszereivel és LabVIEW-val összeállított, másodlagos felderítő radarrendszerek automatizált tesztelésére szolgáló rendszerünkkel ügyfelünk a korábbi, asztali műszerekből összeállított egyedi elrendezésekhez képest 90%-os időmegtakarítást ért el, a költségeket pedig a hagyományos műszerekre épülő tesztelésekhez képest 60%-kal mérsékelte.” – Vishwanath Kalkur, Captronic Systems Pvt Ltd.

 

A kitűzött feladat

Automatizált tesztelőrendszer kifejlesztése másodlagos felderítő radarhoz, PXI moduláris műszerekkel és LabVIEW-val.

A megoldás

Testreszabott, bővíthető, teljes körű radartesztelési megoldás a National Instruments (NI) PXI moduláris műszerekkel és NI LabVIEW FPGA-modullal.
A célpont (például repülőgép) távolságát és irányát az elsődleges radarokkal ellentétben a másodlagos felderítő 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–ellenség felismerő 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 válasz-keretet sugároz 1090 MHz-en.
A földi állomáson elhelyezett radar lekérdező jeleket sugároz, például a célpont azonosító adataira, magasságára vagy országkódjára rákérdezve, A/3A-, C- vagy S-módú formátumban. A válaszadatokat a repülőgép a megfelelő formátumú impulzussorozatként küldi vissza. A rendszer a távolságot és irányt a távolságból eredő időkésleltetésből, valamint a forgó antenna északhoz vagy haladási irányhoz mért helyzetéből számítja ki.
A korszerű radarokat éles katonai 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 több célpontos szimulációkban álló és adott pályán mozgó céltárgyak válaszimpulzusait egyaránt előállítottuk. Az 1. ábrán látható az automatizált tesztelőberendezés és a vizsgált másodlagos radar rendszerszintű felépítése.

Captronics Overall Architecture of ATE to SSR fig1

1. ábra Az automatikus tesztelőberendezés (ATE) és a másodlagos radar felépítésének áttekintése

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 adó vagy csak vevő módba kapcsoltuk. A külső antennáról érkező északi irányjelet és a szögelfordulásra jellemző számlálóimpulzusokat (Azimuth Count Pulse, ACP) egy FPGA-panellel szimuláltuk.
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 oszcilloszkóp-kártyáról kapja. A lesugárzott teljesítmény és az impulzusjellemzők meghatározásához a nagyteljesítményű kisugárzott RF-impulzusokat egy NI PXI-5661 vektorjel-analizátorral (Vector Signal Analyzer, VSA) vesszük.
A radarjel-feldolgozóegység 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 felderítő radar lekérdező impulzusához igazítottuk. Mivel a radar saját adó/vevőmodullal 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-es jelet elemző VSA-t, illetve 1030 MHz-es vivőjű impulzusokat előállító VSG-t kapcsoltuk.

Captronics Detailed Diagram of ATE SSR fig2

2. ábra Az automatikus tesztelőberendezés (ATE) és a másodlagos radar

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 impulzus-ismétlődési idővel. A vizsgált paraméterek a következők:

  • Az adó frekvenciastabilitása (1030 + 0,03 MHz)

  • Impulzus-csúcsteljesítmény (2,0 kW)

  • Impulzusismétlődési idő (ms)

  • Kimenőteljesítmény-üzemmód és impulzusismétlődési frekvenciastabilitás

  • Kimenőteljesítmény kiválasztása és szektorozás

  • Impulzus-időköz

  • Impulzusforma

  • Kitöltési tényező (0,01…66%)

  • Impulzusszélesség (µs)

  • Impulzus felfutási idő (ns)

  • Lefutási idő (ns)

  • Frekvenciaspektrum

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

  • Vevőérzékenység

  • Vételi sávszélesség

  • Vételi dinamikatartomány

  • A vevő frekvenciastabilitása

  • Fáziskülönbség-alapú mérés

  • Vevőlánc működési érzékenysége (STC)

  • Vevőlánc oldalsávi elnyomása (RSLS)

Funkcionális vizsgálatok

A működési tesztek során a rendszer előállítja az antenna szimulált kimeneti jeleit, az északi irányjelet és az irányszámláló impulzusokat. Több, különböző irányú és távolságú, álló, illetve adott pályán mozgó célpontot is szimulál, a felhasználói felületen kialakított radarképernyőn pedig kirajzolja a transz-ponder távolságát és irányát.

Célpont-szimuláció

Egy vevő funkcionális működése a VSG-től származó impulzusok aktív szakaszán célpont-szimulációval ellenőrizhető. 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 már készen áll, a VSG előállítja a célpont rádiófrekvenciás válaszimpulzusait, ha az FPGA elérte az adott irányhoz tartozó számlálót, valamint megkaptuk a radartól a következő triggerjelet. Kiválaszthatjuk a válasz módját és kódját, ebből a megadott távolságban és irányban elhelyezkedő célpont impulzusai automatikusan előállnak. Álló, valamint 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 kódmintázatában 450 ns szélességű, 1 µs távolságú impulzusokat láthatunk az általunk kiválasztott formátum szerint. 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. A 3. ábrán látható a válaszimpulzus létrehozása szimulált távolság-késleltetéssel, iránnyal és kóddal.

Captronics Target Simulator Screen

3. ábra A célpontszimulátor szoftverének ablaka

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 válasz-keretnek 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 nem kívánt impulzusok is megjelenhetnek. Az általunk fejlesztett 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 lekérdező impulzus függvényében a VSG-vel szimulált célpont.

Captronics Radar Scan Converter fig4

4. ábra A radarképernyő


A 4. ábrán látható az FPGA-val dekódolt és értelmezett letapogatás megjelenítése, az 5. ábrán pedig az ACP, az FPGA-val szimulált északi irányjel, a trigger/szinkronizációs impulzusok, a megadott távolság és irány szerint előállított válaszimpulzus-sorozat; a TTL-videojel és a válasz-keret dekódolása.
A VSG-től érkező modulált impulzusok vivőfrekvenciája 1030 MHz.

Captronics Pulse Formats fig5

5. ábra Észak, ACP és trigger szinkronizációs impulzusok a vizsgált egységtől, válasz-keret szimuláció, szintetizált TTL-videojel a másodlagos radartól

Antennaszimulátor

Az antennát az FPGA északi irányjel impulzusgenerátora, valamint az FPGA digitális kimenetű ACP-generátora szimulálja. Kialakítottunk egy LabVIEW-alapú felhasználói felületet, amelyen beállítható az impulzusszélesség, az impulzusismétlődési frekvencia és a teljes körülforduláshoz tartozó irányimpulzus-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, ezáltal visszahurkolásos vagy öntesztre is lehetőség nyílik. A 6. ábrán látható az automatikus tesztelő-berendezésen beállított méréssorozat.

Captronics Sequence of Tests fig6

6. ábra: Tesztelési lépéssorozat

A radar vizsgálati idejének csökkentése az NI-platformmal

Az NI PXI-alapú moduláris műszereivel és LabVIEW-val összeállított, másodlagos felderítő radarrendszerek automatizált tesztelésére szolgáló rendszerünkkel ügyfelünk a korábbi, asztali műszerekkel egyedileg összeállított elrendezésekhez képest 90%-os időmegtakarítást ért el, a költségeket pedig a hagyományos műszerekre épülő tesztelésekhez képest 60%-kal tudta mérsékelni. Az új rendszerben az impulzuselőállítási és modulációs feladatokat egyetlen NI PXI VSG látja el, teljes körű vizsgálatot tesz lehetővé célpont-szimulációval, „nyers” videojel-feldolgozással és célpontdetektálással. Mindezzel együtt akár zárt hurkú tesztelésre is alkalmas.
Tervünk a rendszer olyan továbbfejlesztése, 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 Együttműködő Partner a National Instrumentstől független üzleti vállalkozás, amely nem áll a National Instruments-szel képviseleti, szoros együttműködési vagy vegyesvállalati jogviszonyban.

 

National Instruments Hungary Kft.
1117 Budapest, Neumann J. u. 1/E 2. em. (Infopark E ép.)
Tel.: +36 1 481 1400
E-mail: ni.hungary@ni.comhungary.ni.com
Szakmai tanácsadás: 06 80 204 704
Technikai kérdések: techsupport@ni.com

 

Még több National Instruments

Címkék: PXI | LabVIEW