一种基于饱和状态的数字阵列接收通道在线故障检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于饱和状态的数字阵列接收通道在线故障检测方法，该方法利用大能量回波信号会使接收通道同时进入饱和，正常通道在接收到能量较大的回波信号后，达到或超过阈值，判定为饱和状态，未进入饱和状态的通道就存在故障。该方法利用相控阵固有的通道特性和大能量的回波信号在故障接收通道所产生的饱和不一致状态开展故障检测，在可编程处理器中通过软件实现，无需额外的电路和接口，集成于相控阵内部，提升了天线阵面设计集成度，提高了整个相控阵的测试性和可靠性。了整个相控阵的测试性和可靠性。了整个相控阵的测试性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于饱和状态的数字阵列接收通道在线故障检测方法


[0001]本专利技术涉及相控阵
，尤其是涉及相控阵数字接收通道在线故障检测方法。

技术介绍

[0002]数字收发通道是构成数字相控阵雷达天线的基础，是数字相控阵雷达的核心。数字收发通道在相控阵中的数量少则几十上百，多则成千上万，其性能、可靠性等指标直接影响着数字相控阵雷达的系统性能。专利CN1845625A通过设置在收发信机模块中的射频开关电路建立故障链路与监测(正常)链路的连接路径进行故障判断，实现基站中射频前端模块的在线监测、智能维护能力的提高，可较准确定位故障链路，但需要额外增加开关通路才能实现模块间的互联互通。专利CN110286361A通过最小均方误差法在雷达使用寿命期间对固定目标的回波信噪比SNR进行测量，由于回波SNR涉及发射和接收通道，所以该方法在接收通道出现问题时无法起作用。
[0003]面对这种情况，如何在不增加额外电路的情况下，提高数字收发模块测试性，实现在不影响设备正常工作的同时定位故障，以便现场操作人员可以快速解决故障，而减少专业人员人员长期驻守或携带专用仪器远途奔波的概率，降低现场维护人员的技术素质要求，降低其工作难度和强度，缩短调测周期，是一件具有工程价值的事务。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，在不增加额外电路的情况下，本专利技术提供一种相控阵收发模块数字接收通道在线故障检测方法。
[0005]本专利技术提出的一种相控阵收发模块数字接收通道在线故障检测方，技术方案包括：
>[0006]所述相控阵包含发射通道和若干个电路组成相同的数字接收通道，数字接收通道包含放大器电路、变频器电路、模数转换电路和可编程信号处理器，其中放大器电路完成接收小信号的幅度放大功能，变频器电路完成射频至中频的频率转换，模数转换电路完成接收通道模拟中频信号的模数转换功能，可编程信号处理器内部包含饱和检测模块、故障检测模块，获取各通道的数字中频信号并分别完成通道饱和检测、通道故障检测；相控阵在波控指令和收发控制脉冲的控制下完成从发射至接收的状态转换，相控阵发射时，大功率信号经天线单元向空间辐射，并在空间完成功率合成，遇到障碍物后产生反射，部分回波能量经天线单元进入接收通道进行处理，通过前端限幅滤波器，未限幅的近程回波大功率信号经STC功率调节，在模数转换后进入可编程信号处理器：每个雷达扫描周期在回波信号中选择一个功率P
m
满足下式的目标M，P
m
>P
‑
1dB
‑
L
STC
，其中P
m
为目标功率、P
‑
1dB
为相控阵接收1dB压缩点、L
STC
目标距离单元处对应STC衰减量在对目标M扫描时，在其波束驻留波位的最后一个重复周期，控制STC衰减器在对应目标距离处的回波距离段衰减量调整为P
‑
1dB
‑
P
m
+2，目标回波信号各通道首先进行幅相修正，然后在饱和检测模块使能后，每个通道的回波数字中频
信号幅值与该通道的饱和检测模块阈值相比较，若达到或超过阈值，则判定该通道为饱和状态，饱和检测模块状态值输出为“1”，未达到则输出为“0”，状态值输出至故障检测模块，由其在有效时间内将每个采样状态值进行累加，累加结果为“0”的通道为故障通道，其他的为正常通道。
[0007]优选的，所述方法对应相控阵接收通道间应具备幅度响应一致性；
[0008]优选的，所述饱和检测器在所有接收通道同时使能，同时开始工作；
[0009]优选的，所述饱和状态检测的使能有效时间对应的径向距离区间是所选取并调整的目标距离对应的STC衰减回波距离段；
[0010]优选的，所述故障检测器的有效使能时间为：自检测到第一个通道的饱和状态起始，且持续τ秒，τ为发射脉冲脉冲宽度；
[0011]优选的，所述饱和检测器和故障检测器在下一个扫描周期的第一个重复周期发射起始时完成复位，接收时处于使能等待检测状态；
[0012]优选的，所述各通道的饱和检测器中的饱和阈值是在生产测试时使用信号源对准每个接收通道进行饱和测试时的获得；
[0013]优选的，所述波位为低仰角对地/对海波束扫描时的波位，即在低仰角对地/对海扫描时开展接收通道在线故障检测。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0015]1利用有源相控阵固有的接收通道特性和大能量的回波信号，适时开展接收通道故障检测，无需额外的电路和接口，提升了收发模块、阵面以及整个相控阵系统的设计集成度和可靠性。
[0016]2利用接收通道故障时体现出的饱和不一致状态开展故障检测，可在线实现，利用之前无用且对设备当前功能有影响的状态开展故障检测，无需专用工作方式，不占用宝贵的相控阵时间资源。
[0017]3可以将本方法推广至其他具有发射功能和多个数字接收通道并具备通道一致性特性的雷达或其他大功率无线电收发设备。
附图说明
[0018]图1子阵收发模块可编程信号处理器中饱和、故障双检测器连接关系示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0020]实施例
[0021]本实施例相控阵线阵由32个相同的数字发射通道和相同数量的数字接收通道构成的4个子阵收发模块组成，每个子阵收发模块包含8个数字接收通道和8个数字发射通道，其中接收通道包含8个完全相同的放大器电路、变频器电路、模数转换电路(ADC)和一个子阵可编程信号处理器，其中放大器电路完成接收小信号的幅度放大功能，变频器电路完成射频至中频的频率转换，ADC完成接收通道模拟中频信号的模数转换功能，子阵收发模块可编程信号处理器内部包含对应内部8个通道的饱和检测模块、故障检测模块，获取子阵各接收通道的数字中频信号并分别完成各通道饱和检测、各通道故障检测功能；子阵收发模块
可编程信号处理器选用XILINX FPGA，饱和检测模块和故障检测模块采用VHDL编程实现。子阵收发模块生产测试时利用自动化测试系统首先需完成通道的幅相一致性校准，并测量得到各数字接收通道的数字中频幅度饱和阈值，并将其导入子阵收发模块VHDL程序的对应通道的饱和检测模块中，再装入天线阵面。
[0022]相控阵在波控指令和收发控制脉冲的控制下完成从发射至接收的状态转换，相控阵发射时，脉宽为τ大功率信号经天线单元向空间辐射，并在空间完成功率合成，遇到障碍物后产生反射，部分回波能量经天线单元进入接收通道进行处理，通过前端限幅滤波器，未限幅的近程回波大功率信号经STC功率调节，在模数转换后进入可编程信号处理器：每个天线扫描周期在进行低仰角对地/对海波束扫描时，选择一个功率P
m
满足下式的目标，P
m
>P
‑
1dB
‑
L
STC
，其中P<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于饱和状态的数字阵列接收通道在线故障检测方法，其特征在于：所述相控阵包含发射通道和若干个电路组成相同的数字接收通道，数字接收通道包含放大器电路、变频器电路、模数转换电路和可编程信号处理器，其中放大器电路完成接收小信号的幅度放大功能，变频器电路完成射频至中频的频率转换，模数转换电路完成接收通道模拟中频信号的模数转换功能，可编程信号处理器内部包含饱和检测模块、故障检测模块，获取各通道的数字中频信号并分别完成通道饱和检测、通道故障检测；相控阵在波控指令和收发控制脉冲的控制下完成从发射至接收的状态转换，相控阵发射时，大功率信号经天线单元向空间辐射，并在空间完成功率合成，遇到障碍物后产生反射，部分回波能量经天线单元进入接收通道进行处理，通过前端限幅滤波器，未限幅的近程回波大功率信号经STC功率调节，在模数转换后进入可编程信号处理器：每个雷达扫描周期在回波信号中选择一个功率P
m
满足下式的目标M，P
m
&gt;P
‑
1dB
‑
L
STC
，其中P
m
为目标功率、P
‑
1dB
为相控阵接收1dB压缩点、L
STC
目标距离单元处对应STC衰减量在对目标M扫描时，在其波束驻留波位的最后一个重复周期，控制STC衰减器在对应目标距离处的回波距离段衰减量调整为P
‑
1dB
‑
P
m
+2，目标回波信号各通道首先进行幅相修正，然后在饱和检测模块使能后，每个通道的回波数字中频信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉辉，顾苏，沈凡，伍燕丹，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二四研究所，
类型：发明
国别省市：