射频收发组件健康监测与寿命预测系统设计与实现

摘要

相控阵雷达起源于上世纪中期，主要技术是通过波控信号控制各个辐射单元来形成空间波束并控制其扫描。因其可快速的改变波束指向和生成自适应波束、可以同时执行对空搜索并跟踪多个高速运动的目标、能够实现巨大的辐射功率等优点，广泛运用于军用雷达系统中。T/R组件是有源相控阵雷达的核心部件，其可靠性、健康状态等指标直接影响着雷达整机的性能，因此对于T/R组件进行方便、快速的健康监测与寿命预测技术研究具有重要意义。
　　本文针对上述需求，在大量阅读国内外技术文献的基础上，研究了针对T/R组件的健康监测与寿命预测方法，并且在此基础上搭建了整个软硬件系统平台，最终设计并实现了整个T/R组件在线监测系统，主要内容有：
　　（1）T/R组件特征参数提取和健康状态评估。通过分析T/R组件的结构组成详细分析了其核心的性能参数，移相器作为T/R组件中最重要的组成部分，其性能直接影响着波束扫描等功能，因此本文重点研究了T/R组件中的移相器移相精度参数和插入损耗参数，用该参数能够较好的评估整个T/R组件的工作状态。
　　（2）T/R组件寿命预测方法研究。本文研究了一种基于卡尔曼滤波模型的寿命预测方法，采用了EM算法来对加窗卡尔曼滤波算法中建立的状态空间模型的未知参数集进行参数估计。详细研究了加窗卡尔曼滤波模型的原理和计算流程，然后通过晶体振荡器（VCXO）电路的相位噪声退化数据对该方法的有效性进行了验证。
　　（3）设计了系统总体软硬件实施方案，实现了T/R组件健康监测与寿命预测系统。详细分析了系统需要完成的功能，将其划分功能模块，在此基础上搭建了硬件平台，结合搭建的硬件平台设计并完成了整个综合测试系统。
　　（4）对本文研究的T/R组件健康监测与寿命预测系统进行现场实验。选择了合适的实验环境，利用本文设计的软件模块对T/R组件进行健康评估和寿命预测，通过测试结果验证了该综合测试系统的健康评估和寿命预测方法的有效性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容及组织结构

第二章 系统总体方案设计

2.1 系统主要功能

2.2 系统硬件平台搭建

2.3 系统软件方案设计

2.4 本章小结

第三章 T/R组件特性参数研究及健康状态评估

3.1 T/R组件的结构和工作原理

3.2 微波数控移相器的主要性能指标分析

3.3 T/R组件健康状态评估

3.4 本章小结

第四章 寿命预测方法研究

4.1 寿命预测方法概述

4.2 基于加窗卡尔曼滤波的寿命预测模型

4.3 基于EM算法的加窗卡尔曼滤波预测实例

4.4 本章小结

第五章 T/R组件健康监测系统设计及具体实现

5.1 仪器控制与数据采集模块

5.2 数据管理模块

5.3 故障特征参数的测量

5.4 健康状态评估模块

5.5 剩余使用寿命预测模块

5.6 用户交互

5.7 本章小结

第六章 实验验证及结果分析

6.1 测试环境

6.2 故障特征参数的测量

6.3 健康状态评估

6.4 剩余使用寿命预测

6.5 本章小结

第七章 全文总结与展望

7.1 全文工作总结

7.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果