1当前装备的某型导航雷达，暂时没有适配的现场检测设备，而单纯依靠传统的测试维修仪器、仪表已经无法满足故障检测要求；同时导航雷达出现故障时，也需要快速准确地定位和排除故障。如何快速、安全、准确、经济、实效、便捷的实现该型导航雷达故障诊断已成为新的挑战，研制出针对该型导航雷达的测试系统也显得十分必要。
另一方面，随着数据采集技术、计算机技术、总线技术的发展，20世纪70年代，出现了虚拟仪器的概念，即通过应用程序将通用计算机与测试功能模块硬件结合起来，用户可以采用友好的图形界面操作计算机，实现对仪器的控制，完成对被测试量的采集、分析、显示和数据存储等，其在导航雷达上的应用也正好可以解决当前导航雷达故障信号自动检测的问题。
2虚拟仪器
2.1虚拟仪器的基本概念
虚拟仪器是指以通用计算机作为核心的硬件平台，配以相应测试功能的硬件作为信号输入/输出的接口，利用仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板和相应的功能，然后通过鼠标或键盘操作的仪器。借助一块通用的数据采集板，用户就可以通过软件构造几乎任意功能的仪器，可以是电压表、示波器、频谱分析仪或其它仪器，即软件成了构建仪器的核心。
2.2虚拟仪器的基本构成
虚拟仪器可以分为硬件平台和软件结构两大部分。硬件平台主要包括：
1）计算机。这是虚拟仪器的核心硬件。仪器功能的程序设计和实现、被测数据的分析和处理、测试结果显示和存储，都要通过计算机进行实现。
2）I/O接口设备。它的主要任务是完成对被测信号的输入采集、信号调理、模数转换等。常用的有各种数据采集卡/板，GPIB仪器、VXI仪器、PXI仪器、串口仪器等，本文主要介绍基于USB接口的数据采集卡。
软件部分：对虚拟仪器而言，软件是非常关键的部分。虚拟仪器与传统仪器的最根本的区别就在于用户能够通过软件对仪器进行配置、控制。使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块，设计者可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。本文主要采用LABVIEW这一图形化的编程语言作为数据采集和仪器控制软件，为测试任务提供强大的数据处理、存储和显示能力。
3基于LabVIEW的虚拟仪器的设计
3.1虚拟仪器设计准备工作
3.1.1导航雷达信号的测试与分析
测试目标信号的特性直接决定着虚拟仪器的工作条件，实际测量该导航雷达正常工作（无故障）状态下的信号电缆内各种目标电信号，对各信号分析总结如下：
主要测试信号共有15个；信号基本为模拟电压信号，部分脉冲电压可以视作模拟信号采集；信号最高工作频率为2500Hz；除去其中一个高电压信号260V外，大部分信号高电平集中于020V.
3.1.2总线方案的确定
基于GPIB总线、PCI总线、VXI总线和PXI总线、USB总线的测试系统，因总线不同而各具特点和相应的应用范围。在选择总线方案的时候，带宽和延时是两个重要的考虑因素。延时度量数据传输中的延迟时间，而带宽度量总线传输数据的速率，通常以MB/s计算。对需要传输大量信令和小型数据包的系统，较短的延时能够提升应用的性能，而高带宽则对波形生成和采集等应用非常重要。
对测试信号的分析发现，本系统测试目标信号具有数量少，频率较低，测试过程对高速实时信号采集的要求不高等特点。考虑到系统需要完成舰艇上的现场作业，对系统的便携性，安装方便程度等要求较高，系统的设计采用PC-DAQ的虚拟仪器设计方案。综合考虑各种采集卡总线接口特点及性价比，基于USB总线的仪器以其使用方便，经济实用，可以提高虚拟测试系统的便携性、易操作性等特点而成为本系统的最佳选择。
3.2硬件设计
3.2.1数据采集卡的确定
在选择数据采集卡时，主要考虑的是采集卡的采样速率、模拟输入、输出通道数量，数字输入、数字输出通道数量等能否满足设计要求。需要注意的是多通道数据采集卡有多通道同时采集和多通道分时采集两种。对于前者，每个通道进行数据采集的采样速率相同，都等于标称值；而对于后者，所有通道的采样速率之和等于标称采样速率。
本文在数据采集卡的选择中，借鉴NI公司的DAQ产品。其M系列的621可以提供250KS/s的采样速率、16路模拟输入、16位的分辨率和4路的数字I/O，都能够满足本雷达信号的测试要求，且考虑到今后仪器可以应用到其他雷达设备，所以选用M系列DAQ.
3.2.2信号调理电路设计
设计选择的DAQ产品常常不能完全满足设计任务的工作要求，可以设计信号调理电路完成检测信号的量程匹配和抗干扰工作。本文中选择的DAQ卡本身具有抗干扰作用，但因为内部A/D等电路的工作限制，允许检测信号范围为10V，测试目标中最高电压为300V，其余大多数脉冲高电平为15V左右，这就必须设计信号调理电路完成电平转换。
为了精确地实现电平转换，设计电路中采用可编程放大器，由LabVIEW程序控制信号的放大倍数，最终完成电平转换功能。这可以充分发挥虚拟仪器的软件控制能力，同时可编程放大器的引入，可以灵活的控制放大倍数，实现对数据采集卡有限量程的充分应用。
3.3软件设计与仿真
3.3.1信号处理程序设计
LabVIEW中，提供的对信号的处理主要包括信号的频域分析、快速FFT变换、频率响应函数的分析、信号的滤波处理等。考虑到测量信号会带来一些干扰杂波，本系统增加了对信号的滤波处理。
1即为采用反Chebyshev滤波器滤波处理的程序框图，程序使用仿真信号VI仿真带有噪声的方波信号并选择添加使用Gamma噪声，设置方波频率为5Hz，幅值为5，滤波器类型为低通，最低截至频率0.25Hz，高截至频率5Hz，滤波器阶数为4，仿真后通过前面板显示波形，方便测试人员观察比较。在后续的雷达故障诊断工作中，可以设计调用LabVIEW中的频谱分析等函数实现对信号特性的更详细分析。
3.3.2信号的波形显示程序设计
本文设计虚拟仪器的数据采集卡完成多通道数据采集，同时采集获得多路模拟信号，可以采用多个波形显示VI显示波形，也可以通过设置数组在一个图形显示中同时显示多个波形。本系统设计采用多波形同时显示，仿真过程中设计程序采用LabVIEW中自带的信号（数据）发生函数模拟数据采集卡所采集信号，即采用FOR循环中正弦、余弦，随机数产生三个一维数组，经过调用数据类型转换VI转换为三维数组来模拟数据采集卡输出数据类型，并由示波器显示如2.
在实际故障诊断中，采用多波形显示可以调用数据库中雷达正常工作时测试信号波形数据与采集获得数据在同一块面板中比较，供测试人员参考。
3.3.3生成数据文件程序设计
本虚拟仪器的设计目的是为了后续的故障诊断，系统设计程序对采集信号进行记录后，生成支持EXCEL处理软件打开方式的文件供以后故障诊断参考。
设计仿真程序使用一个for循环，在第n次循环过程中，对n/10分别进行正弦、余弦计算，经过n次循环以后，分别产生两个一维数组用以模仿采集输入信号。调用写入表格VI，分别将两个一维数据输入至文件路径。程序中可以通过控制布尔量实现对输入文件方式的控制，即设置为是添加数据还是覆盖原数据，其他分隔符、数据格式均采用默认设置。
3.3.4仪器程序综合与外部数据调用
本小节主要综合以上程序模块，同时完成信号的滤波、波形显示、数据保存等，考虑到程序设计的完整性，调用读取表格文件vi，直接从外围文件中获得雷达装备正常工作时的数据流，与采集数据同步显示。本文中设计程序采用LabVIEW函数仿真模拟实际采集信号，设计程序框图如。
首先设计程序获得外围数据表格，以触发脉冲为例，实际测试触发脉冲在中脉冲工作状态下为频率1200Hz，脉宽0.3s，7V高电平。设计程序使用SimulateSignalvi仿真方波信号，设置其属性与正常工作时信号特性相同，仿真数据保存为电子表格文件C：/1.XLS，供后文的综合程序调用。
程序采用SimulateSignalvi仿真模拟数据采集卡采集获得数据，为了区分雷达正常工作时触发脉冲信号，设置仿真信号的方波为1200Hz，占空比为60，幅值为10V，并带有幅值为1的均匀白噪声。设计信号经Butterworth滤波器滤波，设定滤波器低截止频率为0.2Hz，高截止频率1000Hz，阶数为10，滤波器类型选择Lowpass（实际应用过程中可以通过调节前面板的控制钮实现以上设置参数的改变）。滤波器输出信号与读取电子表格文件vi的输出信号经过数据类型变换后，以二维数组的形式输入到波形显示模块中，即可实现同一块示波面板上采集信号与正常参考信号的同步显示，在程序的最后调用写入电子表格文件vi，对实际测试获得的信号数据进行保存，保存路径设计为C：/2.xls，供以后参考。
本设计以测试信号波形和数据库数据波形同步显示为例，仿真表明本文设计的虚拟仪器采用以上综合仪器程序可以完成该型雷达故障信号的采集、滤波、波形显示、表格文件保存等，基本达到设计目的。
4结语
该虚拟仪器设计选用基于USB的数据采集卡完成对该型雷达有关信号的采集，最后设计LabVIEW程序基本可以完成数据采集信号的滤波、波形显示、表格文件保存，可以为后续的导航雷达故障诊断提供数据，同时也为应用于雷达故障检测的虚拟仪器设计提供了一种实用的方法。
设计虚拟仪器选用LabVIEW这一图形化的编程语言，改变了传统仪器的测试方法，代表着今后测控系统的发展方向。但本系统设计只是完成了信号的采集，简单的滤波处理、波形显示、数据文件保存等，相关信号分析不多，没有完全发挥出LabVIEW强大的信号处理功能，可以在今后的研究中进一步改善。