秦麗嫻，彭　歡，陳　鵬

(1.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與裝備技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050081；2.中國兵器裝備集團(tuán)航空制導(dǎo)彈藥研發(fā)中心，湖南 長沙 410100；3.中國人民武裝警察部隊(duì)河北武警總隊(duì)第一支隊(duì)，河北 石家莊 050081)

0　引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國獨(dú)立發(fā)展、自主運(yùn)行，并與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容互用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是中國國家安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展不可或缺的重大空間信息基礎(chǔ)設(shè)施[1]。

北斗射頻模塊作為北斗用戶機(jī)的關(guān)鍵部件，主要作用為放大北斗天線在天空中接收到的微弱信號(hào)，降低來自自然界的噪聲干擾，提高接收北斗信號(hào)的靈敏度，以便系統(tǒng)準(zhǔn)確解調(diào)出所需的數(shù)據(jù)信息[2]?，F(xiàn)階段北斗射頻模塊的測試主要依賴手動(dòng)測試，即測試人員將待測品和測試設(shè)備連接好之后，通過手動(dòng)設(shè)定要測試的性能指標(biāo)以及附加限制條件，才能開始測試。測試完成后，還要將測試結(jié)果手動(dòng)記錄并錄入到計(jì)算機(jī)上統(tǒng)計(jì)匯總。整個(gè)過程真正的測試時(shí)間可能就10 min，而設(shè)置測試環(huán)境和記錄數(shù)據(jù)卻占用了3 min的時(shí)間。

鑒于北斗射頻模塊在北斗導(dǎo)航中的重要地位，所以如何快速、精準(zhǔn)地測量其指標(biāo)參數(shù)成為當(dāng)前測試領(lǐng)域尤為重要的問題。北斗射頻模塊自動(dòng)化測試系統(tǒng)[3]的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可使測試者輕觸鼠標(biāo)或Android終端立即完成待測品的測試，并自動(dòng)將測試[4]數(shù)據(jù)以Excel方式存儲(chǔ)，從而為測試人員節(jié)省了大量的時(shí)間，大大提高了測試效率。

1　需求分析

自動(dòng)測試系統(tǒng)[5]是指在人很少參與的情形下，自動(dòng)進(jìn)行量測[6]、處理數(shù)據(jù)信息，并以合適的方式輸出結(jié)果的系統(tǒng)[7]。不同的領(lǐng)域會(huì)有不同的自動(dòng)測試系統(tǒng)，但一般都是使用計(jì)算機(jī)代替人工勞動(dòng)的活動(dòng)。

北斗射頻模塊的自動(dòng)測試系統(tǒng)是取代傳統(tǒng)測試系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制各種測試儀器進(jìn)行大規(guī)模、多數(shù)量測試的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的成功研制將極大地解決測試者繁重的手工測試工作，提高北斗射頻模塊測試的效率和準(zhǔn)確率。

從北斗射頻模塊測試員的角度進(jìn)行分析，自動(dòng)測試系統(tǒng)是用來測試射頻模塊性能，并完成記錄模塊測試結(jié)果的軟件平臺(tái)，該自動(dòng)測試系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：

① 啟動(dòng)界面：系統(tǒng)的引導(dǎo)模塊，主要實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的瞬時(shí)加載，并承載了軟件的美觀性設(shè)計(jì)；

② 二維碼掃描：作為系統(tǒng)功能的擴(kuò)充，主要幫助實(shí)現(xiàn)記錄卡的模塊編號(hào)自動(dòng)錄入；

③ 模擬測試：分塊顯示各類測試選項(xiàng)(單項(xiàng)測試、自選測試、全部測試)，實(shí)現(xiàn)用戶需求的針對(duì)性測試。

2　總體設(shè)計(jì)

2.1　硬件構(gòu)成

北斗射頻模塊自動(dòng)測試系統(tǒng)硬件構(gòu)成主要包括各個(gè)儀器的連接。通過網(wǎng)線、GPIB-USB、GPIB-GPIB或者GPIB卡實(shí)現(xiàn)各個(gè)儀器之間的連接，儀器連接好后，使用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)并控制以上儀器。其中采用N5181A MXG模擬信號(hào)發(fā)生器給模塊提供射頻信號(hào)，給功率參數(shù)和隔離度的測量提供發(fā)射所需的頻率和幅度；采用N9340B手持式射頻頻譜分析儀來顯示各個(gè)過程中的產(chǎn)生波形和處理數(shù)據(jù)，便于測試者進(jìn)行觀察和記錄。自動(dòng)測試系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

圖1　北斗射頻模塊自動(dòng)測試系統(tǒng)硬件組成

2.2　軟件設(shè)計(jì)

北斗射頻模塊自動(dòng)測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的具體任務(wù)是將一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)按功能進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，確定模塊間的關(guān)系及人機(jī)界面等。

北斗射頻模塊自動(dòng)測試系統(tǒng)采用LabVIEW軟件和Lab Windows/IVI開發(fā)軟件，它可以令測試者采集到測試信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行分析，從而得出有用信息，然后將測量結(jié)果直觀地顯示或者形成報(bào)告。其中較典型的函數(shù)庫有數(shù)據(jù)圖像的采集、GPIB及其串口的控制、數(shù)據(jù)的分析、顯示和存儲(chǔ)。采用圖形化程序設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)分成各個(gè)小模塊，再把各個(gè)模塊連接起來，大大簡化了自動(dòng)測試軟件的開發(fā)工作。

北斗射頻模塊自動(dòng)測試系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)射頻模塊的同步測試與數(shù)據(jù)采集。測試開始后首先對(duì)測試儀器進(jìn)行初始化，打開攝像頭進(jìn)行二維碼掃描錄入需要測試設(shè)備的編號(hào)，并對(duì)后臺(tái)的記錄表進(jìn)行計(jì)算篩選和讀取匹配。而后按選項(xiàng)卡選擇測試項(xiàng)目并點(diǎn)擊開始測試，測試自動(dòng)進(jìn)行并將結(jié)果以xls形式存儲(chǔ)到Excel表格中。特別注意的是在全部測試中含有對(duì)測試參數(shù)的審核，如果在正常的數(shù)值范圍內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將測試數(shù)據(jù)保存，否則將會(huì)發(fā)生測試數(shù)據(jù)錯(cuò)誤告警。測試完一臺(tái)設(shè)備后會(huì)提示更換設(shè)備或保存退出。北斗射頻模塊自動(dòng)測試LabVIEW軟件流程如圖2所示。

圖2　自動(dòng)測試軟件流程

2.2.1啟動(dòng)界面

該模塊的主要功能是給自動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)漂亮的啟動(dòng)方式，并且完成與PC端主面板銜接相關(guān)的一些功能。使系統(tǒng)每次打開后直接由啟動(dòng)界面過渡到主面板并自動(dòng)運(yùn)行。告別以前四處尋找所要打開的VI[8]，頻繁點(diǎn)擊運(yùn)行，然后才能執(zhí)行的復(fù)雜過程，現(xiàn)在只需打開啟動(dòng)界面，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，還設(shè)有人性化滾動(dòng)條顯示加載進(jìn)度的百分比。

2.2.2二維碼掃描

模塊分2種情況實(shí)現(xiàn)，在PC端，只需外部硬件連接一個(gè)掃描儀，系統(tǒng)安裝上驅(qū)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。在Andriod手機(jī)端，就需要增加二維碼掃描程序代碼來實(shí)現(xiàn)標(biāo)號(hào)二維碼的自動(dòng)錄入。該模塊的功能是將北斗射頻模塊上粘貼的二維碼自動(dòng)錄入到標(biāo)準(zhǔn)的記錄卡中，免去了人工輸入編號(hào)操作的繁瑣，避免了人員粗心帶來的錄入錯(cuò)誤。

2.2.3主面板

該模塊的主要功能是根據(jù)測試需要將所涉及的所有測試過程用選擇器和顯示框清楚明晰地展現(xiàn)出來。測試時(shí)只需點(diǎn)擊主面板上所需測試項(xiàng)的選擇器按鈕就可完成相關(guān)測試，且測試結(jié)果即刻在后面的顯示框中顯示出來，便于測試員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷分析，并可方便地查找出錯(cuò)誤測試數(shù)據(jù)的來源，查找記錄在測試卡中的問題模塊。

3　測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是對(duì)總體設(shè)計(jì)的一個(gè)細(xì)化，主要任務(wù)為詳細(xì)設(shè)計(jì)的每一個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)所需要的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。詳細(xì)設(shè)計(jì)有2個(gè)目的：① 實(shí)現(xiàn)北斗射頻模塊功能設(shè)計(jì)邏輯上正確；② 實(shí)現(xiàn)北斗射頻模塊代碼描述上簡明易懂。

北斗射頻模塊自動(dòng)測試系統(tǒng)[9]實(shí)現(xiàn)是在總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用圖形化的開發(fā)環(huán)境源代碼將系統(tǒng)變成可實(shí)際運(yùn)用的測試軟件平臺(tái)。因測試系統(tǒng)由多個(gè)復(fù)選框羅列了北斗射頻模塊的不同指標(biāo)測試，該程序僅列出啟動(dòng)界面和功率參數(shù)的具體測試方法。

3.1　啟動(dòng)界面

啟動(dòng)界面是自動(dòng)系統(tǒng)的首要模塊，也是開發(fā)過程中首先應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的模塊。該模塊第一步是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測試二維碼掃描的加載。對(duì)于PC端而言，運(yùn)行此程序?qū)?huì)進(jìn)行打開設(shè)備、載入?yún)?shù)、初始化設(shè)備、載入主界面、打開主界面等操作；對(duì)于手機(jī)端來說，會(huì)加載資源，掃描二維碼。考慮到PC機(jī)和手機(jī)的差異，靈活應(yīng)用不同平臺(tái)所提供的界面特點(diǎn)。PC端可以顯示的信息量明顯比手機(jī)能顯示的要大，所以手動(dòng)撥動(dòng)旋鈕調(diào)節(jié)的功能，分項(xiàng)測試的功能只在PC端實(shí)現(xiàn)。目前大多數(shù)移動(dòng)終端均是Android操作系統(tǒng)，應(yīng)用這款終端軟件可以實(shí)現(xiàn)測試的遠(yuǎn)程控制。

3.1.1軟件流程

北斗射頻模塊的自動(dòng)測試系統(tǒng)啟動(dòng)界面設(shè)計(jì)的流程如圖3所示。

圖3　啟動(dòng)界面設(shè)計(jì)流程

3.1.2啟動(dòng)模塊的圖形化代碼

啟動(dòng)界面圖形化代碼如圖4所示。打開測試軟件首先載入?yún)?shù)、設(shè)備初始化、載入主界面，二維碼掃描設(shè)置，其語句如下：

“*RST;*CLS”

“RUN VI”

“WAITING UNTIL DONE”

“AUTO DISPOSE REF”

圖4　啟動(dòng)界面圖形化代碼

3.2　功率參數(shù)測試

功率參數(shù)是北斗射頻模塊測試的主要指標(biāo)，功率參數(shù)的好壞直接影響著北斗射頻模塊的價(jià)值。目前功率參數(shù)3項(xiàng)指標(biāo)手動(dòng)測試需要讀取參數(shù)后重新設(shè)置頻譜儀參考偏移數(shù)值方可讀取另一項(xiàng)參數(shù)數(shù)值。該自動(dòng)測試系統(tǒng)可利用LabView特有的時(shí)間延遲設(shè)置實(shí)現(xiàn)讀取后自動(dòng)設(shè)置并完成下一項(xiàng)參數(shù)的讀取，并自動(dòng)將結(jié)果記錄在設(shè)計(jì)好的電子表單中，給測試帶來了極大的便利。自動(dòng)測試設(shè)計(jì)軟件流程如圖5所示，功率參數(shù)測試圖形化代碼如圖6所示。

圖5　測試設(shè)計(jì)流程

其語句部分代碼如下：

“*RST;*CLS”

“RUN VISA”

“CALCAULATE：MARKER1：Y?”

“DISP：WIND：TRAC：Y：RLEV：OFFSTE”

“ADD DBM”

“MEASURE CHPOWER DENSITY”

圖6　功率參數(shù)測試圖形化代碼

4　系統(tǒng)測試過程及結(jié)果分析

根據(jù)上述的自動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用Windows XP或Win7操作系統(tǒng)和LabVIEW軟件[10](LabVIEW 2010[11]或LabVIEW 2012版本軟件[12])等虛擬儀器[13-14]編程實(shí)現(xiàn)此自動(dòng)測試系統(tǒng)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。

4.1　測試過程

功率參數(shù)作為北斗射頻模塊測試中的必要監(jiān)測數(shù)據(jù)，可通過此自動(dòng)測試系統(tǒng)直接讀取結(jié)果，免去了更換模塊參數(shù)重復(fù)手動(dòng)設(shè)置的繁瑣。對(duì)功率參數(shù)進(jìn)行讀取并提取顯示的效果如圖7所示。

圖7　功率參數(shù)測試

測試結(jié)果在讀取欄中顯示，并且與指定的范圍進(jìn)行對(duì)比。如果測試顯示數(shù)據(jù)在范圍內(nèi)，表示結(jié)果正確，可以直接生成在記錄卡中；如果不在范圍內(nèi)，報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，表示結(jié)果錯(cuò)誤。報(bào)警欄中記錄了發(fā)生錯(cuò)誤的個(gè)數(shù)、錯(cuò)誤的ID、時(shí)間和錯(cuò)誤的類型。全部測試結(jié)果如圖8所示。

圖8　全部測試結(jié)果

4.2　結(jié)果分析

在北斗射頻模塊自動(dòng)測試系統(tǒng)中，測試內(nèi)容主要為不同模塊的參數(shù)重復(fù)測試。在4組模塊的測試中，記錄卡顯示模塊參數(shù)合格，測試結(jié)果如圖9所示。

由于測試的繁瑣和重復(fù)性導(dǎo)致的測試過程緩慢問題目前通過自動(dòng)測試系統(tǒng)，測試速度提升了75%準(zhǔn)確率提升了40%，重復(fù)設(shè)置及人員操作失誤導(dǎo)致的測試問題得以解決。從圖9可以看出，每個(gè)測試模塊測試的結(jié)果已自動(dòng)記錄到Excel表格中，結(jié)果精準(zhǔn)明晰，提高了測試人員效率和準(zhǔn)確度。

圖9　測試記錄卡

5　結(jié)束語

隨著模塊數(shù)量增多，測試任務(wù)也在日漸加重，本文提出的北斗射頻模塊的自動(dòng)測試系統(tǒng)，有效地利用了LabVIEW以及Eclipse軟件開發(fā)了適用于PC端和手機(jī)端的測試系統(tǒng)，使得測試效率大幅度提高，測試準(zhǔn)確性也明顯增強(qiáng)。此外，此自動(dòng)測試系統(tǒng)也降低了對(duì)測試人員的具體要求，在測試人員不必深入理解測試方法和測試設(shè)備的情況下，也能通過計(jì)算機(jī)和安卓手機(jī)完成具體的測試任務(wù)。特別在進(jìn)行發(fā)批量的測試時(shí)，更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

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