Методы контроля и измерений составных частей бортового радиотехнического комплекса

Основными задачами бортовых радиотехнических комплексов (РТК) являются прием и передача сигнала, обработка и анализ полученных данных, измерение и преобразования информации. Надежность и эффективность бортового РТК во многом определяются качеством изготовления составных частей РТК, т. е. входящими в его состав узлами, модулями, блоками. Затраты на выявление и замену узлов, не соответствующих техническим требованиям, многократно возрастают при обнаружении отказа на каждой последующей стадии производства и эксплуатации.

В связи с этим большое значение на данном этапе приобрели вопросы контроля качества и надежности модулей первого, второго и третьего уровня бортовой аппаратуры, а также электронной компонентной базы [1; 2]. Контроль проводят при проектировании, производстве и на других этапах жизненного цикла изделий. Особую актуальность они приобретают на этапах автономных и комплексных испытаний [3]. Испытания как основная форма контроля изделий представляют собой экспериментальное определение его количественных и качественных показателей при воздействии на него различных факторов в процессе функционирования и при его моделировании.

ЕШ^е] © Куликов А.В., 2023

Рис. 1. Базовые устройства бортового радиотехнического комплекса: БОУ – блок управления и обработки; ПРМ – приемный модуль; МОС – модуль обработки сигналов; МФС – модуль формирования сигналов; МВВ – модуль ввода/вывода; ЦП – центральный процессор; ПМ – пеленгационный модуль; ОШ – общая шина; ППАМ – приемо-передающий антенный модуль

Fig. 1. Basic devices of the onboard radio-technical complex: CaPU – control and processing unit; RM – receiving module; SPM – signal processing module; SGM – signal generation module; IOM – input/output module; CPU – central processing unit; DFM – direction finding module; CM – common bus; TRAM – transmit-receive antenna module

Проблема повышения производительности и достоверности приемочного контроля и измерений составных частей бортового РТК является актуальной. Одним из способов повышения надежности и эффективности бортовых радиотехнических комплексов является применение методов автоматизированного контроля и измерений.

1.    Общие сведения о составе бортового РТК

Основные устройства, входящие в состав РТК и исследуемые в настоящей работе, представлены на рис. 1.

Блок обработки и управления (БОУ) представляет собой совокупность модулей в конструктивном исполнении с использованием модульной архитектуры VPX и международных стандартов VITA46/48/62/65/67 [4]. Связь между модулями осуществляется по общей шине (ОШ) с использованием различных интерфейсов.

Для приема радиосигналов БОУ имеет несколько радиочастотных (РЧ) входов, которые подключены к приемным модулям (ПРМ). ПРМ осуществляют преобразование радиосигналов РЭС по несущей частоте из РЧ-диапазона в диапазон ПЧ модуля обработки сигналов (МОС). МОС осуществляет обнаружение радиосигналов, измерение их параметров и формирование дескрипторов обнаруженных сигналов, которые передаются в ЦП по интерфейсу Ethernet. Модуль формирования сигналов (МФС) формирует ответные сигналы, которые поступают в передающий модуль (ПРД), осуществляет перенос сигналов из диапазона ПЧ МФС в РЧ-диапазон и передачу сигнала в приемо-передающий антенный модуль (ППАМ). Далее сигнал излучается в пространстве ПРД, входящими в состав ППАМ.

2.    Обзор методов контроля и измерений составных частей РТК

Проектирование и производство составных частей РТК предполагают постоянное получение сведений об их качестве на всех стадиях – от начала проектирования до серийного изготовления. Существенная роль в этом процессе отводится тестированию. Оно выполняется как в процессе производства, так и на этапе приемо-сдаточных испытаний продукции.

Измерения и контроль также тесно связаны друг с другом, близки по своей информационной сущности и содержат ряд общих операций (например, сравнение, измерительное преобразование). В то же время эти процедуры во многом различаются, а именно: результатом измерения является количественная характеристика, а контроля – качественная (логическое заключение типа «годен» – «не годен» и т. п.); измерение осуществляется в широком диапазоне значений измеряемой величины, а контроль – обычно в пределах небольшого числа возможных значений; контрольные прибо-

Рис. 2. Методы контроля составных частей РТК в процессе производства

Fig. 2. Methods for controlling the components of the REC in the production process

ры, в отличие от измерительных, применимы для проверки состояния изделий, параметры которых заданы и изменяются в узких пределах; основной характеристикой качества процедуры измерения является точность, а процедуры контроля – достоверность [5; 6].

Сущность контроля заключается в проведении двух основных операций:

• 1.    Получение информации о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств.

• 2.    Сопоставление первичной информации об объекте с установленными требованиями с целью обнаружить соответствие или несоответствие фактических параметров требуемым.

Контроль составных частей РТК в процессе производства можно реализовать на базе следующих методик и технологий (рис. 2) [7; 8]:

• 1.    Визуальный автоматизированный контроль, в том числе с использованием рентгеновского излучения, позволяющий провести предварительную проверку качества на разных стадиях монтажа печатных плат.

• 2.    Внутрисхемный контроль, позволяющий проверить соединения и компоненты на печатной плате, провести анализ электрических цепей всей схемы либо отдельных ее участков.

• 3.    Периферийное (граничное) сканирование по технологии JTAG при наличии интерфейса IEEE 1149 в хотя бы одном из компонентов, установленных на плате. Позволяет локализовать такие технологические дефекты, как обрыв, непропай

• 4.    Функциональное тестирование - проверка собранных или частично собранных устройств на выполнение заданной функциональности и на соответствие параметрам, которые заложены в технических требованиях на устройство.

Данный метод использует контакт пробников с узлами собранной платы: это может быть как стационарное поле контактов («ложе гвоздей»), так и «летающие пробники», или «летающие матрицы». Часто требует использования сложного и дорогостоящего оборудования, технологической подготовки, изготовления специальной оснастки.

выводов BGA компонентов, короткое замыкание, контрафактный компонент.

Все перечисленные методики позволяют оценить качество составных частей РТК в процессе производства, однако в некоторых случаях тестирование проводится только на финальном этапе. Это так называемое тестирование после окончательной сборки - проверка функциональности и соответствия техническим требованиям. На данном этапе производится оценка не только качества, но и стабильности работы и надежности составных частей РТК.

Входящие в РТК модули имеют достаточно много электрических параметров, которые могут быть измерены в процессе настройки и проверки работоспособности на заключительной стадии. Выбор контролируемых параметров и, соответственно, методик их измерения осуществляется на стадии разработки конструкторской документации и указывается в технических условиях (ТУ) на них. Среди основных параметров можно выделить коэффициент усиления K _у , неравномерность коэффициента передачи A K _пер , точность установки фазового сдвига 5ф , выходную мощность Р _вых , точку компрессии по входу /Р 1д _Б или выходу ОР щб, уровень фазовых шумов L( f m ). Все указанные параметры могут быть измерены с помощью векторного анализатора цепей (ВАЦ). Богатый набор измерительных приложений и гибкость архитектуры позволяют реализовать принцип «одно подключение – комплекс измерений».

Измерение коэффициента усиления Kу основано на измерении S-параметров, в частности параметра S21 – коэффициента передачи, или отноше- ния волны на выходе тестируемого устройства к волне на входе.

Неравномерность коэффициента передачи b K пер определяется как разность между максимальным и минимальным значением коэффициента передачи в рабочем диапазоне частот. Измерения проводятся при измерении K _у на той же трассе в текущий момент времени с помощью маркеров.

Измерение точности установки фазового сдвига δϕ осуществляется с помощью ВАЦ в режиме измерения S -параметров, но измерения проводятся в формате Phase (фаза).

Выходная мощность Р _вых измеряется с помощью ВАЦ в режиме «Анализатор спектра» или с помощью измерителя мощности, подключенного к ВАЦ по USB-порту.

Для измерения точки компрессии по входу /Р щб или выходу ОР щб используется приложение «Измерения компрессии коэффициента усиления» ВАЦ.

Для измерения уровня фазовых шумов предлагается использовать ВАЦ с возможностью измерения в режиме анализатора спектра. Стимулирующий сигнал подается на вход модуля, и на выходе измеряются мощность сигнала и спектральная плотность шума на заданной отстройке от несущей с помощью маркера Band Noise.

Обобщая вышеизложенное, можно заключить, что для успешного решения задачи измерений с помощью ВАЦ необходимо применять такие методы измерений, решающие основные измерительные задачи, которые позволяют максимально упростить структуру радиочастотного тракта, в том числе минимизировать количество соединений, использовать прецензионные по точности изготовления компоненты измерительного тракта и средства калибровки.

3.    Разработка методики контроля и измерения электрических параметров в процессе производства

Достоверность результатов испытаний и контроля качества во многом определяется правильным выбором средств и методов испытаний, качеством методик выполнения измерений. Для проведения испытаний необходимы измерительные комплексы, способные проверять выполнение общих и конкретных требований к продукции.

В состав комплексов входят средства измерений и технического оснащения.

В ходе серийного выпуска составных частей РТК требуется снизить трудозатраты, увеличить скорость настройки и измерений электрических параметров модулей. В настоящее время действующие стенды и методы измерения электрических параметров, включают в себя большое количество приборов и множество коммутаций. Для каждого параметра необходимо производить рассоединение и обратное соединение приборов, что приводит к снижению точности измеренных значений параметров, износу соединительных кабелей и радиочастотных переходов, а также к увеличению времени, затраченного на измерение параметров. При таком подходе все получаемые данные записываются в протокол испытаний вручную.

Для автоматизации измерений и исключения всех вышеперечисленных операций из производственного процесса, было разработано автоматизированное рабочее место (АРМ), в состав которого интегрировано контрольное и измерительное оборудование, управляемое специальным программным обеспечением - программным комплексом с общим интерфейсом оператора [9].

Для управления процессом тестирования разработан программный комплекс, который в автоматизированном режиме устанавливает необходимые режимы работы модулей и подает с ВАЦ стимулирующий сигнал в соответствии с заданными параметрами. После окончания тестирования формируется и выводится на печать протокол испытаний. Если проводятся испытания модулей на соответствие ТУ, то протокол формируется в соответствии с ГОСТ.

Тестовая последовательность разрабатывается с помощью среды для организации автоматизированного тестирования NI TestStand, а подпрограммы, управляющие режимами работы изделий, с помощью С/С++ и средствами графической разработки NI LabVIEW.

Разработан алгоритм автоматизированного контроля и испытаний, блок-схема которого приведена на рис. 3. После самотестирования аппаратной части АРМ и ввода необходимой информации запускается пошаговый цикл контроля параметров модуля, начинающийся с подключения тестируемого устройства к АРМ и заканчивающийся составлением протокола испытаний и сообщением

Рис. 3. Блок-схема алгоритма автоматизированного контроля составных частей РТК

Fig. 3. Block diagram of the algorithm for automated control of REC components о годности или негодности по совокупности измеренных значений параметров.

Результатом автоматизированного многопараметрического контроля является как измеренное значение, так и одно из взаимоисключающих утверждений для каждого параметра:

– контролируемая характеристика (параметр) находится в пределах допускаемых значений, т. е. результат контроля – «Соответствует»;

– контролируемая характеристика (параметр) находится за пределами допускаемых значений, т. е. результат контроля – «Не соответствует».

Заключительный вывод о работоспособности объекта контроля делается автоматически после окончания измерения всех параметров в виде всплывающего диалогового окна, содержащего взаимоисключающее утверждение «Контроль успешно пройден» – «Контроль не пройден».

Заключение

Разработан метод автоматизированного многопараметрического контроля составных ча- стей бортового РТК. АРМ реализует следующие функции:

– функциональный электрический контроль цепей и узлов РЧ-модулей, а также РЧ-изделий в целом. Данный вид контроля подразумевает подачу электропитания и определенных комбинаций входных тестовых сигналов на отдельные узлы и цепи или РЧ-модули в целом с целью контроля правильности функционирования узлов, цепей или модулей путем проверки получаемых выходных сигналов на соответствие ТУ;

– электрический контроль целостности цепей и узлов РЧ-модулей. Данный вид контроля включает в себя контроль отсутствия видимых и скрытых дефектов в виде коротких замыканий и разрывов, дефектов паяных соединений, а также контроль целостности внутренней структуры компонентов;

– программирование цифровых компонентов, (ПЛИС, FLASH-память, микроконтроллеры и др.);

– проведение комплексных испытаний РЧ-мо-дулей c возможностью выбора отдельных тестов на этапе регулировки и настройки РЧ-модулей;

– проведение комплексных испытаний антенн и антенных решеток.