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摘 要：针对目前某型电台的实际问题，应用模拟仿真技术，研制专门用于某型电台故障维修训练和检测的模拟维修训练系统。该系统适用于院校教学和部队通信维修专业的人员的培训，其故障设置及转换快捷，检查维修方便直观，训练效率高、效果好、成本低。
关键词：维修训练系统，模拟仿真技术，电台故障
中图分类号：TP306+.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）30-0221-01
一、引言
模拟电台可以随时、任意设置电台故障，并且能够准确显示故障现象，无需对实装电台进行插拔、焊接等操作。这样既降低了对实装训练的依赖及消耗，同时预置电台故障简单方便。参训人员在此基础上进行维修训练可以达到与实装相同的效果。系统中的电台故障诊断辅助分析子单元可以帮助参训人员分析故障原因，查找故障点，提高训练效果，缩短训练时间。此系统携带方便，便于战时维修的灵活性和机动性。
二、方案设计
系统由电台模拟维修单元和故障智能诊断单元两部分组成。
（一）模拟维修单元设计
本单元是系统的核心，主要包括故障的设置、故障现象显示、故障辅助分析和故障的维修考核等几个部分。
1.电台故障设置及故障现象显示电路设计
该系统的故障设置及故障现象显示电路硬件构成如图1所示。
采用单片机控制技术、A/D采集技术及串口通信技术，研制开发某型系列电台故障设置及故障现象显示电路板，通过电路板上集成的串口通道接收响应计算机发出的故障设置/恢复控制命令与故障现象参数，经过信号匹配转换调理电路整理后送入FPGA芯片，由VHDL硬件语言编程并以片内软件形式实现命令识别与参数计算，并转换成相应的数字逻辑控制信号，去驱动控制电路控制该系列电台内部电路完成相应的故障设置、故障恢复以及故障现象显示动作；故障设置电路板嵌入在模拟电台内部，采用现场工业总线设计，按照FPGA芯片内下载的通过VHDL编程预先设定的协议，实现故障设置电路板与模拟电台关键器件及典型故障电路节点之间的控制与响应，模拟电台内部所有部件、模件、关键器件、附件及典型故障电路节点均外接有响应FPGA芯片控制的外围驱动电路，可以实时接收FPGA转译故障设置/恢复设置命令与参数，完成故障设置、恢复和故障现象显示动作。该系列电台故障设置及故障现象显示电路板结构及工作过程如图2所示。
2.专家智能诊断子单元
1）信号检测模块
信号检测模块采用内部带有模数转换器的DSP作为主处理器，这是一种结构简单、功能强大、经济实用的多通道高速数据采集处理系统，不仅具有数据采集与传输功能，同时具有运动控制功能。它通过数据采集部分将电信号转化为数字信号，并由数字信号处理部分进行相应的处理，并且将采集处理后的结果传送到计算机系统。
本模块是一个高速信号采集处理模块，硬件设计采用了结构化、模块化的设计思想，采用串口总线技术，其基本结构如图3所示。
本模块分为输入信号调理模块、数字信号处理模块和USB模块。其中输入信号调理模块主要是对被采集的模拟信号进行调理（如电平变换和滤波），以满足数字电路对信号的要求；数字信号处理模块是对输入的电信号进行采集和处理，主要由DSP和一些必要的外设组成，DSP负责数据采集及一些实时处理，同时要完成系统逻辑和时序控制；USB模块则将DSP处理完的结果传送到计算机中进行故障诊断分析。
2）专家智能诊断软件设计
运用Visual C++6.0专家智能诊断软件。该软件采用Windows应用程序的文档—视图结构，界面友好，操作简单，具有较强的通用性。软件的组成如图4所示。
图4 专家智能诊断软件组成
数据预处理完成读取信号检测模块送来的数据、对数据进行零均值化、补偿衰减等工作，对信号进行初步调理，为信号的进一步处理打下基础。信号降噪模块针对信号中存在的电噪声与结构噪声，运用信号处理方法对其进行抑制。然后提取出我们需要的特征量送入故障智能诊断模块。故障智能诊断模块根据送来的数据进行诊断分析，确定出故障类型及故障点，最后反馈给维修人员。
三、关键技术的解决
1、对电台主要重点接口设计问题。为了实现对电台故障模块的参数进行检测，采用对故障模块重要插口引脚进行直流电阻、静态工作电压等参数设计。
2、射频信号源带负载能力问题的解决方法。拟采用双运放并联扩流的辦法来提高输出的带负载能力，从而满足设计需要，取得理想的效果。采用两个运放并联使输出电流加倍。这两个运放的工作是完全并行的，封装在一个模块中。在此选用的是TL082，输出增益是1+（R2/R1），R1是输出阻抗，R2是负载反射匹配电阻。
3、电台模块接入及转换控制的方法。为了满足不同模块、不同端口的需要，系统运用8255进行I/O口扩展，使每个模块均有对应的接口。故障设置装置对应的端口上均设计了相应的匹配电路，做到了工作电压匹配、信号源匹配、负载匹配。为了防止端口类型相同模块接错位置而造成的人为故障，在每个接口均设计相应的提示。
4、高低频干扰解决的方法。高频信号干扰的解决的主要方法是进行电场屏蔽。射频信号源用铝罩屏蔽，模块端口连接均选用射频同轴屏蔽电缆。屏蔽部分接地良好，有效的削减了射频干扰。低频干扰的克服主要采用磁场屏蔽、去耦滤波，器件排列及布线合理等手段。选用带铁罩的继电器；开关电源电路相对独立，远离小信号处理及控制电路部分；每一部分直流供电电路的输入及输出均加去耦滤波电路，印刷电路板上尽量避免信号线之间，或信号线与电源的平行等，也有效的预防了低频干扰。
四、结束语
某型系列电台维修训练系统，适用于院校教学和部队通信维修专业的人员的培训，其故障设置及转换快捷，检查维修方便直观，技术先进，可反复重复运用，训练效率高、效果好、成本低。同时由于在模拟电台上进行训练，故可以延长实装使用寿命，降低实装寿命周期费用，其应用前景将非常广泛。
参考文献
[1] 钟文耀，段玉生，何丽静. EWB 电路设计入门与应用[M]. 北京：清华大学出版社，2000.
[2] 邓金星.基于EWB的语言控制电工电子实验CAI系统的研究[D]. 南京：东南大学， 2006.
关键词：维修训练系统，模拟仿真技术，电台故障
中图分类号：TP306+.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）30-0221-01
一、引言
模拟电台可以随时、任意设置电台故障，并且能够准确显示故障现象，无需对实装电台进行插拔、焊接等操作。这样既降低了对实装训练的依赖及消耗，同时预置电台故障简单方便。参训人员在此基础上进行维修训练可以达到与实装相同的效果。系统中的电台故障诊断辅助分析子单元可以帮助参训人员分析故障原因，查找故障点，提高训练效果，缩短训练时间。此系统携带方便，便于战时维修的灵活性和机动性。
二、方案设计
系统由电台模拟维修单元和故障智能诊断单元两部分组成。
（一）模拟维修单元设计
本单元是系统的核心，主要包括故障的设置、故障现象显示、故障辅助分析和故障的维修考核等几个部分。
1.电台故障设置及故障现象显示电路设计
该系统的故障设置及故障现象显示电路硬件构成如图1所示。
采用单片机控制技术、A/D采集技术及串口通信技术，研制开发某型系列电台故障设置及故障现象显示电路板，通过电路板上集成的串口通道接收响应计算机发出的故障设置/恢复控制命令与故障现象参数，经过信号匹配转换调理电路整理后送入FPGA芯片，由VHDL硬件语言编程并以片内软件形式实现命令识别与参数计算，并转换成相应的数字逻辑控制信号，去驱动控制电路控制该系列电台内部电路完成相应的故障设置、故障恢复以及故障现象显示动作；故障设置电路板嵌入在模拟电台内部，采用现场工业总线设计，按照FPGA芯片内下载的通过VHDL编程预先设定的协议，实现故障设置电路板与模拟电台关键器件及典型故障电路节点之间的控制与响应，模拟电台内部所有部件、模件、关键器件、附件及典型故障电路节点均外接有响应FPGA芯片控制的外围驱动电路，可以实时接收FPGA转译故障设置/恢复设置命令与参数，完成故障设置、恢复和故障现象显示动作。该系列电台故障设置及故障现象显示电路板结构及工作过程如图2所示。
2.专家智能诊断子单元
1）信号检测模块
信号检测模块采用内部带有模数转换器的DSP作为主处理器，这是一种结构简单、功能强大、经济实用的多通道高速数据采集处理系统，不仅具有数据采集与传输功能，同时具有运动控制功能。它通过数据采集部分将电信号转化为数字信号，并由数字信号处理部分进行相应的处理，并且将采集处理后的结果传送到计算机系统。
本模块是一个高速信号采集处理模块，硬件设计采用了结构化、模块化的设计思想，采用串口总线技术，其基本结构如图3所示。
本模块分为输入信号调理模块、数字信号处理模块和USB模块。其中输入信号调理模块主要是对被采集的模拟信号进行调理（如电平变换和滤波），以满足数字电路对信号的要求；数字信号处理模块是对输入的电信号进行采集和处理，主要由DSP和一些必要的外设组成，DSP负责数据采集及一些实时处理，同时要完成系统逻辑和时序控制；USB模块则将DSP处理完的结果传送到计算机中进行故障诊断分析。
2）专家智能诊断软件设计
运用Visual C++6.0专家智能诊断软件。该软件采用Windows应用程序的文档—视图结构，界面友好，操作简单，具有较强的通用性。软件的组成如图4所示。
图4 专家智能诊断软件组成
数据预处理完成读取信号检测模块送来的数据、对数据进行零均值化、补偿衰减等工作，对信号进行初步调理，为信号的进一步处理打下基础。信号降噪模块针对信号中存在的电噪声与结构噪声，运用信号处理方法对其进行抑制。然后提取出我们需要的特征量送入故障智能诊断模块。故障智能诊断模块根据送来的数据进行诊断分析，确定出故障类型及故障点，最后反馈给维修人员。
三、关键技术的解决
1、对电台主要重点接口设计问题。为了实现对电台故障模块的参数进行检测，采用对故障模块重要插口引脚进行直流电阻、静态工作电压等参数设计。
2、射频信号源带负载能力问题的解决方法。拟采用双运放并联扩流的辦法来提高输出的带负载能力，从而满足设计需要，取得理想的效果。采用两个运放并联使输出电流加倍。这两个运放的工作是完全并行的，封装在一个模块中。在此选用的是TL082，输出增益是1+（R2/R1），R1是输出阻抗，R2是负载反射匹配电阻。
3、电台模块接入及转换控制的方法。为了满足不同模块、不同端口的需要，系统运用8255进行I/O口扩展，使每个模块均有对应的接口。故障设置装置对应的端口上均设计了相应的匹配电路，做到了工作电压匹配、信号源匹配、负载匹配。为了防止端口类型相同模块接错位置而造成的人为故障，在每个接口均设计相应的提示。
4、高低频干扰解决的方法。高频信号干扰的解决的主要方法是进行电场屏蔽。射频信号源用铝罩屏蔽，模块端口连接均选用射频同轴屏蔽电缆。屏蔽部分接地良好，有效的削减了射频干扰。低频干扰的克服主要采用磁场屏蔽、去耦滤波，器件排列及布线合理等手段。选用带铁罩的继电器；开关电源电路相对独立，远离小信号处理及控制电路部分；每一部分直流供电电路的输入及输出均加去耦滤波电路，印刷电路板上尽量避免信号线之间，或信号线与电源的平行等，也有效的预防了低频干扰。
四、结束语
某型系列电台维修训练系统，适用于院校教学和部队通信维修专业的人员的培训，其故障设置及转换快捷，检查维修方便直观，技术先进，可反复重复运用，训练效率高、效果好、成本低。同时由于在模拟电台上进行训练，故可以延长实装使用寿命，降低实装寿命周期费用，其应用前景将非常广泛。
参考文献
[1] 钟文耀，段玉生，何丽静. EWB 电路设计入门与应用[M]. 北京：清华大学出版社，2000.
[2] 邓金星.基于EWB的语言控制电工电子实验CAI系统的研究[D]. 南京：东南大学， 2006.