段道聚，張永禎，張 鵬，朱傳明

(1. 武漢大學(xué) 電子信息學(xué)院， 武漢 430072； 2. 武漢軍械士官學(xué)校 雷達(dá)系， 武漢 430075)

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·測(cè)試技術(shù)·

雷達(dá)裝備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的通用性設(shè)計(jì)

段道聚1，2，張永禎2，張 鵬2，朱傳明2

(1. 武漢大學(xué) 電子信息學(xué)院， 武漢 430072； 2. 武漢軍械士官學(xué)校 雷達(dá)系， 武漢 430075)

為了滿足雷達(dá)裝備對(duì)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的通用化要求,文中采用混合總線技術(shù)，開發(fā)了基于PXI和VXI總線的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用連接器-適配器的接口設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)測(cè)試接口的通用性設(shè)計(jì)，并采用面向信號(hào)的思想開發(fā)了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)。文中對(duì)雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和通用硬件平臺(tái)、測(cè)試接口適配器及自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了重點(diǎn)闡述。該系統(tǒng)可用于多種現(xiàn)役雷達(dá)裝備的自動(dòng)測(cè)試，克服了雷達(dá)裝備維修測(cè)試中自動(dòng)化程度低、設(shè)備復(fù)用率低和人員素質(zhì)要求高的缺點(diǎn)。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng); 通用化; 雷達(dá)

0 引 言

雷達(dá)作為戰(zhàn)場(chǎng)上的眼睛，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中占據(jù)了越來越重要的位置，良好的雷達(dá)維修測(cè)試技術(shù)是縮短維修時(shí)間的重要手段。當(dāng)前，雷達(dá)裝備型號(hào)眾多，配套的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)專用性強(qiáng)，通用性不高，造成了裝備維修保障設(shè)備的配套成本較高，保障效益比較低。在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)形勢(shì)下，如何將各種自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行有效集成，減小測(cè)試平臺(tái)的種類，實(shí)現(xiàn)一套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能完成對(duì)多種雷達(dá)裝備的自動(dòng)化測(cè)試工作，成為雷達(dá)裝備保障科研人員的重要課題。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(automatic test system ，ATS)由自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(automatic test equipment，ATE)和自動(dòng)測(cè)試軟件組成。文獻(xiàn)[1-3]指出了我軍ATS正處于專用向通用的轉(zhuǎn)變過程中，基于VXI、PXI總線的ATS正陸續(xù)推出，通用ATS軟件平臺(tái)技術(shù)的研究也正在開展，但通用化的雷達(dá)ATS還沒有推出。文獻(xiàn)[4]指出ATE與待測(cè)設(shè)備的接口部分需遵循一定的接口標(biāo)準(zhǔn)，才能使多種類型待測(cè)裝備的接口適配器都能方便地接到同一臺(tái)ATE，有利用增強(qiáng)ATS的擴(kuò)展性。文獻(xiàn)[5]比較了面向儀器和面向信號(hào)的ATS軟件的優(yōu)劣，提出了面向信號(hào)的平臺(tái)化ATS軟件設(shè)計(jì)框架,代表了當(dāng)今ATS的研制方向。鑒于此，我們?cè)诜治隼走_(dá)裝備測(cè)試需求的基礎(chǔ)上，提出了基于VXI、PXI總線的設(shè)計(jì)方案，利用標(biāo)準(zhǔn)總線儀器為雷達(dá)測(cè)試提供豐富的測(cè)試資源，以貨架產(chǎn)品形式提供的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境作為ATS軟件開發(fā)工具，開發(fā)面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試軟件，通過通用接口連接器組件和測(cè)試適配器模塊的方法，實(shí)現(xiàn)測(cè)試接口裝置的通用化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)裝備ATS的通用性設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)總體方案

雷達(dá)ATS的開發(fā)按照“通用化、系列化、組合化”的原則設(shè)計(jì)，選擇Lab Windows CVI作為測(cè)試程序集的開發(fā)環(huán)境，開發(fā)內(nèi)容包括通用測(cè)試平臺(tái)和測(cè)試接口適配器兩部分。通用測(cè)試平臺(tái)主要由硬件測(cè)試平臺(tái)和自動(dòng)測(cè)試軟件組成，硬件平臺(tái)由主控計(jì)算機(jī)、VXI模塊、PXI模塊和系統(tǒng)機(jī)柜及標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試連接器組成，采用“VXI+PXI”的總線體系結(jié)構(gòu)搭建儀器設(shè)備，兼顧多種不同公司、不同型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)硬件平臺(tái)的通用化，采用面向信號(hào)的軟件方案開發(fā)ATS軟件平臺(tái)和測(cè)試程序集(test program sets，TPS)，測(cè)試程序集是針對(duì)不同型號(hào)雷達(dá)的測(cè)試程序，包括TPS管理模塊、TPS開發(fā)模塊、故障診斷模塊等，并為用戶進(jìn)行系統(tǒng)的二次開發(fā)提供了軟件編程接口；雷達(dá)測(cè)試接口適配器采用連結(jié)器-適配器結(jié)構(gòu)，針對(duì)不同雷達(dá)開發(fā)了不同雷達(dá)的測(cè)試接口適配器，連接器-適配器實(shí)現(xiàn)ATS測(cè)試資源與被測(cè)對(duì)象的物理連接，包括連接器和適配器，它們共同完成信號(hào)分配和信號(hào)調(diào)理功能。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)工作時(shí)，在軟件平臺(tái)的協(xié)調(diào)下，主控計(jì)算機(jī)通過1394接口卡和MXI-3接口卡分別對(duì)安裝在PXI和VXI機(jī)箱中的儀器模塊進(jìn)行控制。首先，控制開關(guān)矩陣將接口適配器引出的被測(cè)信號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)連接器分時(shí)地送到模塊儀器的測(cè)試端口；然后，根據(jù)被測(cè)信號(hào)特征，預(yù)設(shè)模塊儀器的測(cè)量狀態(tài)；最后，進(jìn)行測(cè)量并將測(cè)量結(jié)果讀回主控計(jì)算機(jī)中。為了保證測(cè)試系統(tǒng)與不同類型雷達(dá)的連接，在本項(xiàng)目中面向測(cè)試儀器端口方向采用了VPC公司的通用標(biāo)準(zhǔn)的連接器，該連接器可以安裝接口測(cè)試適配器模塊(interface test adapter, ITA)和接口連接適配器組件(interface connection adapter, ICA)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)與測(cè)試儀器的可靠連接。在使用的過程中，可以根據(jù)不同的被測(cè)對(duì)象改換ITA和ICA，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的通用性、靈活性和擴(kuò)展性。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 通用測(cè)試平臺(tái)

通用測(cè)試平臺(tái)安裝在兩個(gè)8U高的標(biāo)準(zhǔn)加固組裝柜中，機(jī)箱內(nèi)安裝了當(dāng)前各種雷達(dá)裝備性能檢測(cè)所需的各種虛擬儀器模塊，接口采用標(biāo)準(zhǔn)接口與適配器相連的方式；機(jī)箱上下層疊放置，底部加裝腳輪，方便現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)移動(dòng)。其中，上部標(biāo)準(zhǔn)加固組裝柜是NI公司的17槽PXI系統(tǒng)機(jī)箱及主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)采用2U標(biāo)準(zhǔn)厚的機(jī)架型工控計(jì)算機(jī)，內(nèi)部安裝VXI、PXI的接口卡，滿足對(duì)VXI、PXI模塊儀器的控制和系統(tǒng)及外部計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信要求。顯示器和鍵盤為折疊推拉式結(jié)構(gòu)，安裝高度為標(biāo)準(zhǔn)2U。PXI系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)部包括嵌入式控制器和儀器模塊，儀器模塊包括通用的示波器、萬用表、頻譜儀和數(shù)字I/O等，也包括雷達(dá)檢測(cè)專用的寬帶微波信號(hào)源和微波開關(guān)模塊；下部標(biāo)準(zhǔn)加固組裝柜安裝Agilent公司的C尺寸13槽 VXI機(jī)箱，內(nèi)部安裝嵌入式控制器及功率計(jì)、頻率計(jì)、數(shù)字I/O等通用模塊；另外，自主研制了VXI總線的伺服控制信號(hào)模擬器模塊和毫米波信號(hào)測(cè)量模塊，用于毫米雷達(dá)信號(hào)和伺服單元的信號(hào)測(cè)試，各模塊之間通過背部連接，前面板安裝通用接口連接適配器。該系統(tǒng)硬件平臺(tái)可以完成電壓信號(hào)、模數(shù)信號(hào)、離散信號(hào)、總線信號(hào)和射頻信號(hào)的測(cè)量，能以手動(dòng)、自動(dòng)、單獨(dú)測(cè)量的方式實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)和性能測(cè)試。

2.2 接口適配器的設(shè)計(jì)

接口適配器介于自動(dòng)測(cè)量設(shè)備通用標(biāo)準(zhǔn)接口與被測(cè)雷達(dá)之間，用于轉(zhuǎn)接和分配各種激勵(lì)、控制、采樣和電壓等信號(hào)，完成通用平臺(tái)總線儀器模塊與被測(cè)設(shè)備之間的信號(hào)轉(zhuǎn)接與傳遞[4]。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用信號(hào)集中轉(zhuǎn)接法，集中管理全系統(tǒng)的測(cè)試信號(hào)的輸入和輸出。本系統(tǒng)的ATE和待測(cè)設(shè)備組件(UUT)的連接通常采用常用的ICA-ITA的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。ICA連接測(cè)試儀器模塊；ITA一端連接UUT設(shè)備，適配器和ICA之間封裝了信號(hào)調(diào)理模塊，通過插座模塊實(shí)現(xiàn)接口互連。測(cè)試不同的UUT只需更換相對(duì)應(yīng)的接口適配器便可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)不同系統(tǒng)的測(cè)試工作。由ICA轉(zhuǎn)接的雷達(dá)系統(tǒng)UUT的信號(hào)包括交流、直流電源、總線信號(hào)、數(shù)字邏輯信號(hào)、高頻和微波信號(hào)等，個(gè)別高壓、大電流或特殊信號(hào)可以單獨(dú)轉(zhuǎn)接。在組建測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)測(cè)量對(duì)象的不同，設(shè)計(jì)不同的接口適配器，通常稱之為可更換接口測(cè)試適配器。ITA和ICA上的插座成對(duì)稱關(guān)系，由于不同的UUT所擁有的信號(hào)類型不一樣，一個(gè)被測(cè)單元上不可能擁有全部的ICA信號(hào)，相應(yīng)的ITA插座的組成是不一樣的。為了實(shí)現(xiàn)TPS 的可移植，接口適配器與測(cè)試平臺(tái)中硬件的接口必需遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)接口連接規(guī)范。在設(shè)計(jì)中采用了VPC公司的接口連接器，并制定了詳細(xì)的開發(fā)規(guī)范。

一種雷達(dá)的一個(gè)接口適配器裝置的設(shè)計(jì)，如圖2所示。適配器通過ICA-ITA實(shí)現(xiàn)測(cè)試資源與被測(cè)對(duì)象的物理連接，它們共同完成信號(hào)分配和信號(hào)調(diào)理功能。ICA包括接卡器和測(cè)試資源接口(指開關(guān)系統(tǒng)或直接電纜連接)等部分；ICA是測(cè)試資源和信號(hào)的匯集接口，是連接被測(cè)信號(hào)和向UUT輸出激勵(lì)的統(tǒng)一接口，它一面連接ITA，另一面連接測(cè)試資源，經(jīng)過變換的UUT信號(hào)和測(cè)試資源要在這里實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

圖2 接口適配器示意圖

適配器ITA模塊包括UUT連接電纜、UUT接口、外層框架、多路通用轉(zhuǎn)接開關(guān)模塊、信號(hào)連接電纜和調(diào)理電路模塊等部分，它實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)的變換，在適ITA結(jié)構(gòu)中UUT接口是連接被測(cè)對(duì)象的測(cè)試端口，該接口上的信號(hào)通過ITA內(nèi)部電纜或信號(hào)調(diào)理電路，最終在ITA接口上形成與連接器對(duì)接的信號(hào)，完成測(cè)試資源和信號(hào)的連接、分配和變換等功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件模型的構(gòu)建

當(dāng)前，ATS軟件的設(shè)計(jì)主要有面向儀器、面向信號(hào)和基于參數(shù)的方法，面向信號(hào)的ATS是現(xiàn)代測(cè)試領(lǐng)域的主要研究方向，該方法利用測(cè)試程序的可移植性和儀器的可互換性，對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行了分類歸納，增強(qiáng)了ATS軟件的通用性和擴(kuò)展性，所以，我們采用面向信號(hào)的方法設(shè)計(jì)了通用型雷達(dá)ATS軟件。參照IVI(可互換虛擬儀器)基金會(huì)提出的可互換儀器信號(hào)模型思想，ATS軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)采用“分層”模式來實(shí)現(xiàn)開放式的系統(tǒng)架構(gòu)[6-8]。所謂的“分層”，是指整個(gè)軟件平臺(tái)自頂而下是由用戶接口層、核心層、插件層、測(cè)試驅(qū)動(dòng)層與儀器設(shè)備層等共五個(gè)層次組成的，如圖3所示。

用戶接口層面向操作用戶，主要完成與操作用戶的交互工作，提供包括對(duì)話框、菜單、工具欄、快捷鍵與命令按鈕等人機(jī)交互方式。核心層是ATS軟件的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，由數(shù)據(jù)總線、事件機(jī)制、插件插拔機(jī)制、運(yùn)行引擎以及一些公用服務(wù)組成，包括了測(cè)試資源管理、測(cè)試程序維護(hù)、測(cè)試系統(tǒng)校準(zhǔn)、測(cè)試任務(wù)執(zhí)行、數(shù)據(jù)分析處理以及其他功能服務(wù)。插件層用來完成具體的應(yīng)用處理，包括完成特定測(cè)試任務(wù)的測(cè)試參數(shù)、測(cè)試程序與應(yīng)用程序等，它們以插件的形式存在，是動(dòng)態(tài)、可擴(kuò)充與可替換的。測(cè)試驅(qū)動(dòng)層主要存在于各測(cè)試參數(shù)、測(cè)試程序、應(yīng)用程序與儀器設(shè)備之間，作為測(cè)試參數(shù)、測(cè)試程序、應(yīng)用程序與測(cè)量?jī)x器、激勵(lì)設(shè)備與開關(guān)網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)設(shè)備測(cè)試驅(qū)動(dòng)程序之間進(jìn)行通信的紐帶。設(shè)備驅(qū)動(dòng)層直接面向各個(gè)儀器設(shè)備資源，其中儀器設(shè)備是通用總線模塊，主要包括VXI、PXI模塊儀器和其他標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備等。

圖3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件的分層示意圖

3.2 軟件平臺(tái)的模塊化設(shè)計(jì)

根據(jù)功能和實(shí)際調(diào)試流程，自動(dòng)測(cè)試軟件按測(cè)試流程，劃分為系統(tǒng)搭建信息、測(cè)試序列生成、測(cè)試校準(zhǔn)、自動(dòng)測(cè)量主模塊和測(cè)試數(shù)據(jù)處理五大功能模塊，另外需要一個(gè)頂層的操作平臺(tái)模塊共六大模塊。軟件模塊示意圖，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件模塊示意圖

本系統(tǒng)以操作平臺(tái)作為人機(jī)交互的接口，提供給用戶一個(gè)方便的操作平臺(tái)，完成對(duì)系統(tǒng)搭建、序列生成、系統(tǒng)校準(zhǔn)、自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理等模塊的調(diào)用。由系統(tǒng)搭建模塊接受用戶的搭建處理信息，搭建適合自己需要的測(cè)試系統(tǒng)，保存到系統(tǒng)搭建文件中；序列生成模塊依據(jù)系統(tǒng)搭建模塊提供的系統(tǒng)搭建文件以及用戶編輯信息生成測(cè)試序列信息，并保存到測(cè)試序列文件中；系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊依據(jù)序列生成模塊產(chǎn)生的測(cè)試序列信息以及系統(tǒng)搭建模塊提供的系統(tǒng)搭建信息進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)，產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息，并保存到校準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件中；自動(dòng)測(cè)量模塊依據(jù)系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊產(chǎn)生的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息以及序列生成模塊提供的測(cè)試序列信息進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，提取測(cè)量數(shù)據(jù)信息，并保存到測(cè)量數(shù)據(jù)文件中；數(shù)據(jù)處理模塊依據(jù)自動(dòng)測(cè)量模塊提供的測(cè)量數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、顯示處理與報(bào)表輸出等。

3.3 軟件的實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)目的軟件主界面是雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的主界面，主界面上包含了測(cè)試資源管理程序、測(cè)試程序、維護(hù)程序、測(cè)試校準(zhǔn)、測(cè)試任務(wù)執(zhí)行程序、測(cè)試數(shù)據(jù)分析處理、平臺(tái)維護(hù)和幫助等程序的窗體，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過圖、文相結(jié)合的操作向?qū)б龑?dǎo)操作人員執(zhí)行任務(wù)，例如：在執(zhí)行測(cè)試模塊程序時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)測(cè)量模塊的主界面(如圖5所示)，打開測(cè)試序列文件，將會(huì)在測(cè)試序列信息區(qū)顯示測(cè)試序列文件所包含的全部測(cè)試參數(shù)，每個(gè)參數(shù)的執(zhí)行狀態(tài)均為復(fù)位狀態(tài)，默認(rèn)情況下選擇全部測(cè)試參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，用戶可根據(jù)自己的需求，在需要測(cè)試的測(cè)試參數(shù)前打勾選擇，對(duì)不需要測(cè)量的參數(shù)則不選擇，這樣在將來的自動(dòng)測(cè)量過程中，自動(dòng)測(cè)量模塊會(huì)自動(dòng)識(shí)別用戶的參數(shù)選擇，完成一次測(cè)試任務(wù)。

圖5 自動(dòng)測(cè)量模塊主界面

4 結(jié)束語

應(yīng)用該系統(tǒng)在對(duì)雷達(dá)裝備進(jìn)行參數(shù)測(cè)試時(shí)，測(cè)試人員首先根據(jù)雷達(dá)裝備的測(cè)試需求配置硬件測(cè)試資源，連接相應(yīng)的測(cè)試接口適配器，然后，在測(cè)試程序的引導(dǎo)下自動(dòng)完成測(cè)試，生成數(shù)據(jù)報(bào)表。實(shí)際測(cè)試表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，便于野外使用，測(cè)試頻譜、電壓范圍廣，激勵(lì)信號(hào)豐富，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。該系統(tǒng)一定程度上實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件的無關(guān)性，增強(qiáng)了系統(tǒng)擴(kuò)展性，另外，面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)提供了測(cè)試程序集的二次開發(fā)窗口，可在后期用來開發(fā)針對(duì)不同雷達(dá)的測(cè)試程序，大大降低了測(cè)試程序開發(fā)難度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)裝備ATS的“一機(jī)多用”。由于該系統(tǒng)是平臺(tái)型測(cè)試設(shè)備，當(dāng)前，只開發(fā)了部分雷達(dá)的測(cè)試程序集，下一步要逐步完善其他雷達(dá)的測(cè)試程序開發(fā)，增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)用性。

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段道聚 男，1978年生，碩士研究生，講師。研究方向?yàn)闄z測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置。

張永禎 男，1968年生，副教授。研究方向?yàn)槔走_(dá)維修工程。

Universal Design of Automated Test System for Radar

DUAN Daoju1,2，ZHANG Yongzhen2，ZHANG Peng2，ZHU Chuanming2

(1. School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430072, China) (2. Radar Department, Wuhan Ordnance Noncommissioned Officer Academy of PLA, Wuhan 430075, China)

In order to meet the general test requirements of the radar equipment for automatic test equipment, we developed the automatic test system based on PXI and VXI bus by using mixed bus technology. This system used the design method of the connector-adapter interface to design the test interface, and the software platform for automatic test system is developed based on the method of signal oriented system. This paper introduced the design method of the radar automatic test system, and mainly explained the design method of the general hardware platform and the test interface adapter, and the software of the automatic test system was described. The system has ample test resources, compact structure and high automation degree, and can be used to test many kinds of active radar equipments. The system conquered the shortcomings of low automation degree, low equipment reuse rate and high quality requirements for the maintenance in the course of radar equipment maintenance, so this system would have a certain military significance.

automatic test system; universal; radar

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2015.10.017

段道聚 Email：ddjfriends@126.com

2015-06-15

2015-09-16

TP274；TN957

A

1004-7859(2015)10-0069-04