摘 要： 傳統(tǒng)的測(cè)控儀器多以硬件或固化的軟件為主，已不能滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要，虛擬儀器的概念應(yīng)運(yùn)而生。針對(duì)這一現(xiàn)狀，描述了一個(gè)基于Agilent TestExec SL的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。提出ATS設(shè)計(jì)采用的四種模式，并分析了各種模式的特點(diǎn)以及適用的場(chǎng)合；對(duì)基于Agilent TestExec SL的測(cè)試設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。設(shè)計(jì)充分利用了Test Exec SL測(cè)試平臺(tái)可利用的資源，體現(xiàn)出基于該測(cè)試平臺(tái)開發(fā)的高效性、靈活性，測(cè)試的可重用性以及測(cè)試邏輯與測(cè)試操作分離的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： TestExec SL測(cè)試平臺(tái)； 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)； 虛擬儀器； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TN915.05?34； TM417 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）13?0067?05

Abstract： The traditional measurement and control instrument is unable to meet the demand of the development of modern science and technology due to its main structure of hardware or fixed software， so the concept of virtual instrument came into being. Aiming at this situation， the design of an automatic test system （ATS） based on Agilent TestExec SL is described. Four modes of ATS design are put forward， and their characteristics and applicable occasions are analyzed. The test design based on Agilent TestExec SL is described in detail. The design takes full advantage of the available resource of TestExec SL test platform， which can reflect the characteristics of high efficiency and flexibility of using the test platform， reusability of the test， and separation of test logic and test operation.

Keywords： TestExec SL test platform； ATS； vitual instrument； system design

越來(lái)越復(fù)雜的測(cè)試條件、高度自動(dòng)化的工業(yè)化大生產(chǎn)迫切需要功能更強(qiáng)大、成本更低廉、系統(tǒng)更靈活的新一代測(cè)試儀器[1]。從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的過(guò)渡、從單臺(tái)儀器向多種功能儀器組合過(guò)渡、從完全由硬件實(shí)現(xiàn)儀器功能向軟硬件結(jié)合方向過(guò)渡、從簡(jiǎn)單的功能組合向以個(gè)人計(jì)算機(jī)為核心的通用虛擬測(cè)試平臺(tái)過(guò)渡，從硬件模塊向軟件包形式過(guò)渡，代表了今后電子儀器的發(fā)展方向。

1 基于Agilent TestExec SL的ATS設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)描述

本系統(tǒng)基于Agilent TestExec SL自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，運(yùn)行于PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)包括PC機(jī)、測(cè)試儀器與被測(cè)設(shè)備，通過(guò)PC機(jī)控制儀器自動(dòng)對(duì)連接的設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)和分析[2]。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1） 數(shù)據(jù)通信設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)GPIB總線與通用測(cè)量?jī)x器相連，完成儀器的管理與控制、測(cè)試計(jì)劃庫(kù)管理、測(cè)試計(jì)劃控制與運(yùn)行、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)分析、記錄打印等功能[3]。

（2） 實(shí)現(xiàn)對(duì)以下幾種設(shè)備參數(shù)指標(biāo)的自動(dòng)測(cè)量：地面站雜散抑制度；地面站飽和輸出功率；地面站功率穩(wěn)定度；地面站功率準(zhǔn)確度；地面站頻率準(zhǔn)確度；地面站頻率穩(wěn)定度；地面站幅頻特性。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ATS為基于PC的單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)，不使用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，所有程序及數(shù)據(jù)信息均保存在本地。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)、用戶管理模塊、系統(tǒng)配置模塊、指令集模塊以及測(cè)試計(jì)劃管理模塊屬于系統(tǒng)管理模塊，真正執(zhí)行測(cè)試工作的是Testplan，系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試計(jì)劃管理模塊管理并運(yùn)行Testplan。

系統(tǒng)中大部分信息的讀取和保存由數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供操作服務(wù)，這些信息用于保存系統(tǒng)的當(dāng)前配置、狀態(tài)及系統(tǒng)使用的歷史記錄，主要內(nèi)容有：用戶信息、系統(tǒng)配置信息、儀器指令集信息、系統(tǒng)使用記錄信息、測(cè)試計(jì)劃庫(kù)，測(cè)試計(jì)劃信息、測(cè)試運(yùn)行記錄信息。

（2） 用戶管理

參與本系統(tǒng)操作的有三種角色：系統(tǒng)管理員、測(cè)試開發(fā)工程師、測(cè)試操作工程師，對(duì)這三者分別賦予各自的權(quán)限，而實(shí)際的用戶可以同時(shí)身兼三種角色[4]。用戶信息包含用戶名、密碼、權(quán)限、用戶描述信息等，信息經(jīng)加密保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（3） 測(cè)試管理

Testplan在TestExec SL環(huán)境中可以直接運(yùn)行，但做為產(chǎn)品的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，Testplan的運(yùn)行應(yīng)置于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的統(tǒng)一管理之下[5]。首先，建立測(cè)試計(jì)劃庫(kù)；其次，為Testplan的一個(gè)運(yùn)行實(shí)例建立一個(gè)測(cè)試工程，測(cè)試工程用于保存Testplan使用的參數(shù)和配置信息；再者，Testplan的維護(hù)分為兩部分，一部分在系統(tǒng)中完成，對(duì)Testplan進(jìn)行維護(hù)應(yīng)盡可能在系統(tǒng)內(nèi)完成以簡(jiǎn)化Testplan維護(hù)過(guò)程；另一部分由測(cè)試開發(fā)工程師在TestExec SL開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行修改、調(diào)試，再重新加載到系統(tǒng)中。

（4） 指令集

指令集對(duì)Action來(lái)說(shuō)不是必需的，Action使用指令集依照以下規(guī)則：內(nèi)部提供一套缺省的指令集（一般是某種儀器實(shí)際的指令），在無(wú)法獲取系統(tǒng)提供的指令集信息或系統(tǒng)不為Testplan提供指令集時(shí)使用，這樣做的目的是為了Testplan可以離開系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，最大程度的提高Testplan的可重用性。系統(tǒng)為Testplan提供指令集時(shí)，應(yīng)使用該指令集[6]。

2 測(cè)量方法設(shè)計(jì)

2.1 地面站雜散抑制度

2.1.1 測(cè)量方法

儀器：功率計(jì)：HP436或HP437B；頻譜分析儀：Agilent8563EC（9 kHz～26.5 GHz）；射頻衰減器HP8494B/95B。

雜散抑制度測(cè)量原理框圖，如圖2所示。步驟如下：

（1） 按照測(cè)量原理圖連接測(cè)試系統(tǒng)；

（2） 用一調(diào)制器發(fā)出一個(gè)未調(diào)制載波，將功率計(jì)接在衛(wèi)星地面站系統(tǒng)射頻輸出監(jiān)測(cè)口，確認(rèn)該未調(diào)制載波電平為正常EIRP；

（3） 取下功率計(jì)，接入頻譜分析儀；

（4） 設(shè)置頻譜分析儀，起始頻率為5 925 MHz（或14 000 MHz），終止頻率為6 425 MHz（或14 500 MHz），分辨帶寬為3 kHz，視頻帶寬和掃描時(shí)間為合適值；

根據(jù)測(cè)量計(jì)算公式計(jì)算出雜散輻射EIRP；

（6） 觀察是否存在單頻信號(hào)。如果存在，關(guān)閉載波并檢查該載波是否消失，如果消失則認(rèn)為與載波有關(guān)，如果不消失則認(rèn)為與載波無(wú)關(guān)。

雜散抑制度是比值，單位為dB。

2.1.2 測(cè)試計(jì)劃

（1） 輸入輸出

儀器/設(shè)備：頻譜分析儀；需要設(shè)置的參數(shù)：掃頻帶寬、中心頻率、參考電平；輸出參數(shù)：載波電平，帶外噪聲電平最大值。

（2） 測(cè)量操作建模

測(cè)量活動(dòng)圖如圖3所示，本活動(dòng)圖描述的是一次參數(shù)測(cè)量過(guò)程。

2.2 地面站飽和輸出功率

2.2.1 測(cè)量方法

儀器：射頻信號(hào)源、功率計(jì)。

飽和輸出功率測(cè)量原理框圖，如圖4所示。測(cè)量步驟如下：

（1） 自動(dòng)測(cè)試儀器連接是否正常；

（2） 設(shè)置射頻信號(hào)源和功率計(jì)工作參數(shù)，若需要，把DUT內(nèi)部衰減器置零或最??；

（3） 程序不斷讀取功率計(jì)測(cè)量值到輸出飽和判決數(shù)組（數(shù)組循環(huán)使用），同時(shí)控制射頻信號(hào)源輸出功率按特定步長(zhǎng)不斷增加，直至判斷出DUT輸出飽和，記錄飽和輸出功率電平一次測(cè)量結(jié)束；

（4） 進(jìn)行多次測(cè)量并記錄相應(yīng)的飽和輸出功率電平

（5） 計(jì)算飽和輸出功率

2.2.2 測(cè)試計(jì)劃

（1） 輸入輸出

儀器/設(shè)備：射頻信號(hào)源；頻率計(jì)。需要設(shè)置的參數(shù)：初始輸出功率、信號(hào)遞增步長(zhǎng)、輸出飽和判決標(biāo)準(zhǔn)、輸出飽和判決數(shù)組長(zhǎng)度。輸出參數(shù)：飽和輸出功率。

（2） 測(cè)量操作建模

飽和輸出功率測(cè)量活動(dòng)圖，如圖5所示。

2.3 基于參數(shù)權(quán)值的啟發(fā)式模糊測(cè)試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

2.3.1 測(cè)量方法

儀器：功率計(jì)，計(jì)算機(jī)。功率穩(wěn)定度測(cè)量原理框圖，如圖6所示。

測(cè)量步驟如下：

（1） 自動(dòng)測(cè)量?jī)x器是否連接正常；

（2） 控制信號(hào)源發(fā)送未調(diào)制純載波信號(hào)，設(shè)定信號(hào)頻率，設(shè)置信號(hào)功率電平為工作電平；

（3） 根據(jù)設(shè)定的總測(cè)試時(shí)間。從功率計(jì)中讀數(shù)，每間隔10 min讀數(shù)一次（也可以設(shè)置讀數(shù)間隔時(shí)間），并記錄；

（4） 記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行所需的處理；

（5） 輸出保存所需結(jié)果。

2.3.2 測(cè)試計(jì)劃

（1） 輸入輸出

儀器/設(shè)備：功率計(jì)；需要設(shè)置的參數(shù)：發(fā)信電平、測(cè)試總時(shí)間、讀數(shù)間隔；輸出參數(shù)：穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。

（2） 測(cè)量操作建模步驟如下：

① TestPlan參數(shù)設(shè)置（）；

② 連接狀態(tài)檢查（）；

③ 判斷儀器連接是否正常，如果正常，則進(jìn)入第④步；如果不正常，則異常處理，結(jié)束；

④ 設(shè)置功率計(jì)度數(shù)總時(shí)間；

⑤ 設(shè)置功率計(jì)度數(shù)間隔時(shí)間；

⑥ 判斷儀器反應(yīng)是否正常，如果正常，則進(jìn)入第⑦步；如果不正常，則異常處理，結(jié)束；

⑦ 計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)讀取；

⑧ 判斷計(jì)時(shí)截止或者人為截止，如果是，則進(jìn)入第⑨步；如果不是，則異常處理，結(jié)束；

⑨ 數(shù)據(jù)處理（）；

⑩ 輸出結(jié)果，結(jié)束。

2.4 頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度

2.4.1 測(cè)量方法

儀器：頻率計(jì)，計(jì)算機(jī)。

頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度測(cè)量原理框圖，如圖7所示。

測(cè)量步驟如下：

（1） 自動(dòng)測(cè)量?jī)x器是否連接正常；

（2） 控制信號(hào)源發(fā)送未調(diào)制純載波信號(hào)，設(shè)定信號(hào)電平，設(shè)置信號(hào)頻率為工作頻率；

（3） 根據(jù)設(shè)定的總測(cè)試時(shí)間從頻率計(jì)中讀數(shù)，每間隔10 min讀數(shù)一次（也可以設(shè)置讀數(shù)間隔時(shí)間）并記錄讀數(shù)；

（4） 記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行所需的處理；

（5） 輸出保存所需結(jié)果。

2.4.2 測(cè)試計(jì)劃

（1） 輸入輸出

儀器/設(shè)備：頻率計(jì)；需要設(shè)置的參數(shù)：發(fā)信頻率、測(cè)試總時(shí)間、讀數(shù)間隔；輸出參數(shù)：穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。

（2） 測(cè)量操作建模步驟如下：

① TestPlan參數(shù)設(shè)置（）；

② 連接狀態(tài)檢查（）；

③ 判斷儀器連接是否正常，如果正常，則進(jìn)入第④步；如果不正常，則異常處理，結(jié)束；

④ 設(shè)置功率計(jì)度數(shù)總時(shí)間；

⑤ 設(shè)置功率計(jì)度數(shù)間隔時(shí)間；

⑥ 判斷儀器反應(yīng)是否正常，如果正常，則進(jìn)入第⑦步；如果不正常，則異常處理，結(jié)束；

⑦ 設(shè)置信號(hào)源電平、頻率；

⑧ 判斷儀器反應(yīng)是否正常，如果是，則進(jìn)入第⑨步；如果不是，則異常處理，結(jié)束；

⑨ 計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)讀數(shù)；

⑩ 判斷計(jì)時(shí)截止或者人為截止，如果是，則進(jìn)入第11步；如果不是，則進(jìn)入第⑨步；

11 輸出結(jié)果，結(jié)束。

2.5 地面站幅頻特性

2.5.1 測(cè)量方法

儀器：網(wǎng)絡(luò)分析儀。幅頻特性測(cè)量原理框圖，如圖8所示。

測(cè)量步驟如下：

（1） 自動(dòng)測(cè)試儀器連接是否正常；

（2） 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的掃描頻率范圍，選擇合適的發(fā)信電平；

（3） 如果需要，設(shè)置DUT的輸出頻率和電平；

（4） 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收頻率和電平；

（5） 從網(wǎng)絡(luò)分析儀上讀取幅頻特性曲線的信息；

（6） 計(jì)算某頻率范圍內(nèi)的幅頻特性指標(biāo)。

幅頻特性測(cè)量指標(biāo)為：在“中頻±掃描帶寬”范圍內(nèi)幅度均值±方差。

2.5.2 測(cè)試計(jì)劃

（1） 輸入輸出

儀器/設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)分析儀；需要設(shè)置的參數(shù)：掃頻頻帶、發(fā)信電平、參考電平；輸出參數(shù)：幅度頻率特性曲線。

（2） 測(cè)量操作建模步驟如下：

① TestPlan參數(shù)設(shè)置（）；

② 連接狀態(tài)檢查（）；

③ 判斷儀器連接是否正常，如果正常，則進(jìn)入下一步；如果不正常，則異常處理，結(jié)束；

④ 設(shè)置NA掃描范圍；

⑤ 判斷儀器反應(yīng)是否正常，如果正常，則進(jìn)入下一步；如果不正常，則記錄日志，提示異常，結(jié)束；

⑥ 設(shè)置NA輸出電平；

⑦ 判斷儀器反應(yīng)是否正常，如果正常，則進(jìn)入下一步；如果不正常，則記錄日志，提示異常，結(jié)束；

⑧ 設(shè)置NA接收頻率；

⑨ 判斷儀器反應(yīng)是否正常，如果正常，則進(jìn)入下一步；如果不正常，則記錄日志，提示異常，結(jié)束；

⑩ 讀取NA幅頻曲線；

11 保存幅頻特性數(shù)據(jù)，指標(biāo)。

3 測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理

3.1 粗值剔除

常用的粗值剔除有3σ（拉依達(dá)）準(zhǔn)則、肖維勒（Chauvenet）準(zhǔn)則、格拉布斯（Grubbs）準(zhǔn)則。經(jīng)過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，3σ準(zhǔn)則方法簡(jiǎn)單，但不夠嚴(yán)格，一般用于數(shù)據(jù)較多（n>30）時(shí)；肖維勒準(zhǔn)則考慮了觀測(cè)次數(shù)的影響，判別較嚴(yán)格；而格拉布斯準(zhǔn)則既考慮了觀測(cè)次數(shù)，又考慮了不同水平，鑒別能力強(qiáng)，值得推薦[7]。

上述三種方法可以統(tǒng)一用下式表示：

當(dāng)時(shí)，該數(shù)據(jù)應(yīng)舍棄。

式中：為實(shí)測(cè)值；為實(shí)測(cè)均值；為標(biāo)準(zhǔn)差；為由不同準(zhǔn)則給出的系數(shù)，當(dāng)采用準(zhǔn)則時(shí)，取。當(dāng)采用肖維勒準(zhǔn)則或格拉布斯準(zhǔn)則時(shí)，按照系數(shù)表取值。

3.2 計(jì)算步驟

（1） 計(jì)算輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最大/最小值以及測(cè)試時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)期望和方差，剩余誤差。

（2） 數(shù)據(jù)的輸出是要最為原始的數(shù)據(jù)還是要經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)，這里的處理主要是去除粗值。首先將直接讀取數(shù)據(jù)保留。如果選擇直接輸出，則是輸出直接讀取的數(shù)據(jù)；如果要進(jìn)行過(guò)處理的數(shù)據(jù)，需要設(shè)置，是否還要將直接數(shù)據(jù)報(bào)表輸出，這里提供三種剔除粗值的方法：

① 拉依達(dá)準(zhǔn)則（建議在N>30）；執(zhí)行第（3）步；

② 肖維勒準(zhǔn)則，一般N<30；執(zhí)行第（4）步；

③ 格拉布斯準(zhǔn)則，N<30。執(zhí)行第（4）步[6]。

（3） 拉依達(dá)準(zhǔn)則k=3。

（4） 肖維勒準(zhǔn)則或格拉布斯準(zhǔn)則查表確定值。

（5） 判定如果；則剔除；然后組成新的數(shù)據(jù)，執(zhí)行第（1）步；否則，輸出。

4 結(jié) 論

虛擬儀器利用目前計(jì)算機(jī)快速的處理能力，結(jié)合相應(yīng)的硬件，克服了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存放方面能力的不足，給儀器領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的變化。本文描述了一個(gè)基于Agilent TestExec SL的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)方案，論述了該方案的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)給出各種指標(biāo)的含義、測(cè)量方法以及實(shí)際的測(cè)量解決方案。通過(guò)分析測(cè)量誤差的處理，為相關(guān)研究提供重要的參考案例，解決了系統(tǒng)成本、體積和兼容性的問(wèn)題。

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