某型导航雷达便携式维修辅助装置（PMA）
引言
某导航雷达是海军舰艇上重要的电子信息装备之一，担负舰艇导航定位的重要任务。该型雷达使用频繁，在舰船的航行过程中，必须保持状态完好。由于雷达本身的技术状态和使用维护条件限制等原因，使得该型雷达的维修必须借助于外部检测设备，而便携式维修辅助装置PMA(Portable Maintenance Aid)作为舰员级的重要手段，在雷达的日常维护和维修中发挥着关键作用。这是因为：PMA可用于对大型复杂设备进行原位检测和故障诊断，能及时快速准确地检测大型复杂设备存在的故障隐患，解决了测试与诊断设备在使用现场或狭小空间内难以携带的问题，缩短维修检测时间，提高维修检测效率，是设备全寿命维修保障的重要组成部分。
按目前的维修诊断策略，PMA主要用于解决现场维修中BIT(BITE)能力不足的问题，其主要功能是完成对现场可更换单元（LRU）的功能测试和故障信息的采集，因此高精度数据采集是其基本功能。同时PMA对功能、体积、功耗等均有相应的要求，因此PMA内部功能模块的设计往往是影响整个设计的关键因素，同时也是较难解决的问题。本文设计的PMA设备采用多仪器一体化综合集成技术、交互式电子手册技术IETM、大型复杂设备总线协议测试技术，实现了便携式维修测试辅助平台，满足现场级对设备的原位检测和故障诊断。
1 某雷达PMA设计技术指标
根据对雷达系统的测试需求分析，确定其舰员级维修保障使用的PMA的主要技术要求如下：
①直流、交流电压测量：
量程：0～300V （2V、10V、100V、300V）；
直流电压精度：±0．25％；
交流电压精度：±1％，频率范围：20Hz～100ｋHz。
②电阻测量：
量程：0～10MΩ （100、1ｋ、10ｋ、100ｋ、1M、10M）；
精度：±1％。
③脉冲信号测量：
脉冲重复周期：10μs；
脉宽：2μs。
④PMA供电：交流220V／50Hz，并内置电池，无外部交流输入时，自动转换为内部电池供电，工作时间要求不小于1小时。当有交流电源供给时，自动完成电池充电。
⑤温度条件：工作状态：0～40℃；非工作状态：－15～55℃。
根据以上要求，该PMA的设计功能框图如图1所示。
PMA主要由以下5部分构成。
①信号调理。信号调理电路完成外部输入信号的调理与变换，对输入电压经过量程转换后分别送数字表模块和示波器模块进行测量；
②数字表模块。完成对输入信号的电压、电流及外部电路的阻抗等参数测量。
③示波器模块。完成对输入信号的波形测量。
④电源管理模块。完成PMA 供电的管理，包括AC／DC切换、电源的充电等。
⑤AC／DC及DC／DC。提供PMA工作所需的各种电源。
⑥PC／104主板。完成PMA 的整机控制。主板与其它模块之间的控制可以通过PC／104总线或USB总线完成。
⑦触摸屏显示器。完成人机交互，用于测试诊断引导及测试数据的显示。
2 系统硬件设计
2.1 设计方案选择
从PMA的设计需求及技术指标可以看出，系统控制模块、示波器模块、数字表模块是该PMA设计的关键。而由于PMA要满足便携、电池供电状态下的使用，因此以上模块的性能与体积、功耗成为限制模块设计的重要参数。以上模块的设计可以有以下两种方案。
方案1：研制专用模块。使用如TI公司的新型A/D转换芯片ADS7947等芯片，研制相应的专用电路模块。但研制专用模块周期长、技术风险大，同时，可靠性较低。优势是可以用较低的成本完成设计。
方案2：使用COTS产品。使用目前市场上较为成熟的，如NI公司的专用模块。使用COTS模块具有研制周期短、技术风险低等优点，缺点是相对成本较高。
综合考虑以上因素，确定采用第二种方案进行该PMA的研制。数字表模块选用NI公司的USB-4065，数字示波器模块选用NI公司的USB-5133, PC/104主板选用盛博协同科技有限公司的型号为PM-4060的PC/104主板。在以上模块的基础上，研制电源控制模块、AC/DC及DC/DC转换模块、人机交互模块，构成PMA系统。PMA的控制计算机选用PC/104总线的嵌入式计算机模块，与数字表模块和示波器模块之间的控制采用USB总线。系统组成框图如图2所示。
2.2 供电模块设计
PMA的供电方式有两种，第一种是通过外部AC－DC适配器，将外部220V交流电源变换成＋18．5V直流电源向PMA内部资源供电，同时也具备向电池充电功能。另外一种供电方式，是采用锂电池供电，设计有3．6～4．2V共5节锂电池串联，最大输出18～21V，选用4400MAH容量，最大总功率可达90W，效率85％。
锂电池的管理与监控电路采用双龙STPCM－ MＧ406（MEＧA406）电池管理模块，直接对锂电池的输出电流和电压进行监控，监控后的数据通过SMBUS数据协议输出，PMA在调试时提供PC端电池管理配置工具和配置软件，通过该软件和配置工具（与PC机通过USB连接）可以对电池的各项功能进行配置，主要是调制每节电池之间的充放电的压差。
电池配置完毕后，再通过STPCM－I2CUSB－7501A 锂电池采集控制模块将STPCM－MＧ406转发的SMBUS数据协议通过该模块的USB接口与嵌入式STPCM－LX801VES－256CPU模块对接，PMA应用软件调用模块提供WINDOWS系统标准驱动，对锂电池电源进行监控和管理，实现充放电模式，电量显示、低电量提示等诸多功能。
2.3 系统对外接口
PMA设计有以下对外接口：
数字示波器探头接口（BNC）：3 路，2 个通道，1 个触发。
数字多用表接口：3个，电压／电阻、电流、公共端。
USB接口：2路，USB HOST接口。
10M／100M 网络接口：RＪ45接口连机器。
电源输入：AC220V输入，快插4芯圆形LEMO连接器。
2.4 系统整体设计
PMA的机箱考虑防振动和轻便，设计了便携减震箱体。
3 系统软件设计
3.1 TP设计
PMA软件的开发平台采用LABWInDoWs／CVI9．0面向虚拟仪器的TPS开发环境，具有测试项目、测试任务、测试流程、测试仪器的开发配置功能。在该平台下，所有资源均按IVI的标准编制驱动程序，系统平台在执行具体的操作时，通过格式化类调用相应的物理仪器驱动程序，驱动物理仪器。根据系统需要及A／D模块的具体功能，在系统中规划了以下驱动程序。
①初始化：AtPADCPMA＿InIt（VIRsRC InstRDesC，VISessIon HAnDle）；
②关闭：VIStAtUs DLLEXPORT AtPADC PMA ＿Close
（VISessIon HAnDle）；
③复位：VIStAtUs DLLEXPORT AtPADC PMA ＿Reset
（VISessIon HAnDle）；
④A／D采集VIStAtUs DLLEXPORT AtPADC PMA＿ADC
＿InPUtConｆAnDSAMPle（VISessIon HAnDle）
3.2 故障诊断
对像某舰载导航雷达这样的复杂电子装备进行故障诊断时，可先进行测试性分析，采用分层递阶与集成测试性机制，画出电子装备的功能层次图，建立装备的多信号模型，如图3所示。
利用多信号模型中对装备结构功能划分和测试点设置，导出相应的故障诊断策略，集成在装备得IETM 软件中，进行故障诊断。
4 试验与验证
为了验证研制的PMA性能指标是否满足设计要求，PMA研制完成后，对主要性能指标进行了验证。
（1）直流电压测试。测试中使用ＦlUｋe公司的精密信号源5520A作为直流电压测试的标准信号源，产生标准电压，数字表模块在PMA的控制下将输入电压转换成数字信号，测量结果在显示器上显示。
模块的输入电压为－10～＋10V，测量结果如表1所示。
通过对测量结果进行分析［6］，可以看出，最大相对误差为0．244141％，最小相对误差为0．024438％，平均相对误差为0．127416％，满足设计要求。
（2）功耗测试。当PMA处于非测试工作状态时，可以通过控制内部控制整体进入低功耗模式，从而可以有效降低模块的功耗，低功耗模式下5V电源的功耗与正常工作模式相对比可以降低约56％。经验证，该PMA的其它技术指标，如脉冲测量等均满足设计要求。
5 结论
本文以COTS标准模块为核心，配合研制相应的电源管理、人机接口等模块，实现了PMA的设计，经实验验证，其性能指标完全满足设计要求，目前已经成功地应用于某导航雷达的舰员级维修，在舰载雷达维修保障中发挥了积极的作用。
