侯立峰

(陸軍裝甲兵學(xué)院 士官學(xué)校信息運(yùn)用系,長春 130117)

0 引言

車載無線超短波電臺(tái)是軍事通信聯(lián)絡(luò)與信息交換的主要手段，是武器裝備信息系統(tǒng)的重要組成部分。近年來，隨著我軍信息化建設(shè)步伐的加快，大量新型車載超短波電臺(tái)列裝，作為新一代車載通信裝備的主戰(zhàn)裝備，目前某型車載超短波電臺(tái)的裝備數(shù)量逐年增多[1]。該型車載超短波電臺(tái)雖然信息化程度高、功能強(qiáng)大、技戰(zhàn)術(shù)性能優(yōu)越，但由于其自身的原理結(jié)構(gòu)復(fù)雜[2]，采用傳統(tǒng)的激勵(lì)信號注入[3-4]法、ATE技術(shù)檢測方法[5]、電路板自動(dòng)檢測法[6]等都很難對該型超短波電臺(tái)的整機(jī)與內(nèi)部模件電路板實(shí)施精確檢測與故障判斷，當(dāng)前還沒有針對該型號電臺(tái)的維修檢測系統(tǒng)，從而造成車載超短波電臺(tái)維修保障困難，嚴(yán)重影響車載武器裝備的戰(zhàn)備水平和遂行作戰(zhàn)任務(wù)的能力。鑒于此，我們依據(jù)某型車載超短波電臺(tái)的工作原理和自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用電臺(tái)維修檢測主機(jī)+模件測試夾具的結(jié)構(gòu)，研制開發(fā)車載超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)一方面可以實(shí)現(xiàn)車載超短波電臺(tái)整機(jī)工作性能參數(shù)的測試，評估電臺(tái)的技術(shù)狀態(tài)，為電臺(tái)作戰(zhàn)訓(xùn)練運(yùn)用計(jì)劃和維修保養(yǎng)策略的制定提供重要依據(jù)；同時(shí)該系統(tǒng)可以對車載超短波電臺(tái)內(nèi)部模件工作參數(shù)的在線檢測，通過與參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)特征值比對實(shí)現(xiàn)電臺(tái)模件級故障定位，提高該型超短波電臺(tái)的維修保障能力，為各級修理機(jī)構(gòu)對該型車載超短波電臺(tái)的維修保障提供重要的手段支撐。

1 系統(tǒng)組成及測試原理

車載超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)采用維修檢測主機(jī)+模件測試夾具的架構(gòu)，電臺(tái)維修檢測主機(jī)提供測試硬件平臺(tái)、軟件運(yùn)行環(huán)境、對外測試接口；被測的面板模件、中頻頻合模件、電源模件、射頻模件、主控模件等電臺(tái)內(nèi)部模件可安裝于對應(yīng)的專用測試夾具上，同時(shí)，模件測試夾具為被測模件提供電源及對外測試接口；維修檢測主機(jī)與測試夾具之間通過專用測試電纜連接，檢測軟件安裝于維修檢測主機(jī)，使用者通過操作檢測主機(jī)完成電臺(tái)或電臺(tái)內(nèi)部模件的性能測試。系統(tǒng)組成及測試原理連接如圖1所示。

圖1 維修檢測系統(tǒng)組成與測試連接圖

當(dāng)進(jìn)行電臺(tái)整機(jī)測試時(shí)，被側(cè)電臺(tái)通過專用檢測電纜與主機(jī)相連，測試人員可操作人機(jī)交互界面選擇電臺(tái)設(shè)備檢測功能。電臺(tái)發(fā)射機(jī)測試時(shí)，測試軟件通過網(wǎng)口控制主機(jī)產(chǎn)生音頻信號，經(jīng)接口轉(zhuǎn)換模塊將音頻信號送入電臺(tái)設(shè)備音頻口，同時(shí)測試軟件通過接口轉(zhuǎn)換模塊控制電臺(tái)設(shè)備處于發(fā)射狀態(tài)。電臺(tái)發(fā)射的射頻調(diào)制信號經(jīng)接口轉(zhuǎn)換模塊反饋至主機(jī)，主機(jī)對輸入的射頻信號進(jìn)行功率調(diào)理，并進(jìn)行解調(diào)解析，并通過網(wǎng)口將射頻調(diào)制信號指標(biāo)上報(bào)至測試軟件，在人機(jī)交互界面顯示測試結(jié)果；電臺(tái)接收機(jī)測試時(shí)，測試軟件通過網(wǎng)口控制主機(jī)產(chǎn)生射頻調(diào)制信號，經(jīng)接口轉(zhuǎn)換模塊將射頻調(diào)制信號送入電臺(tái)設(shè)備射頻口，同時(shí)測試軟件通過接口轉(zhuǎn)換模塊控制電臺(tái)設(shè)備處于接收狀態(tài)。電臺(tái)接收到射頻調(diào)制信號后解析為音頻信號，音頻信號經(jīng)接口轉(zhuǎn)換模塊反饋至主機(jī)進(jìn)行解調(diào)解析，并通過網(wǎng)口將音頻信號指標(biāo)上報(bào)至測試軟件，在人機(jī)交互界面顯示測試結(jié)果。

當(dāng)進(jìn)行電臺(tái)某模件測試時(shí)，電臺(tái)模件可安裝在該模件專用測試夾具上，測試夾具通過專用檢測電纜與主機(jī)相連，測試人員可操作人機(jī)交互界面選擇模件檢測功能。加電后運(yùn)行測試程序，設(shè)置測試夾具和被測模件的工作狀態(tài)，測試軟件通過網(wǎng)口控制主機(jī)產(chǎn)生激勵(lì)信號，經(jīng)接口轉(zhuǎn)換模塊將激勵(lì)信號送入測試夾具信號輸入口，模件輸出信號經(jīng)過接口轉(zhuǎn)換模塊反饋至主機(jī)進(jìn)行解調(diào)解析，并通過網(wǎng)口將模件信號指標(biāo)上報(bào)至測試軟件，在人機(jī)交互界面顯示測試結(jié)果。

2 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

車載超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)硬件平臺(tái)包括維修檢測主機(jī)硬件平臺(tái)和電臺(tái)模件測試夾具硬件電路。

2.1 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1.1 音頻信號檢測設(shè)計(jì)參數(shù)

頻率檢測范圍0～3 kHz，精度±1 Hz；音頻幅度0～11 V，精度±1 mV。

2.1.2 射頻信號檢測設(shè)計(jì)參數(shù)

頻率檢測范圍30～88 MHz，精度±1 Hz；射頻功率0～60 W，精度±0.1 W。

2.1.3 環(huán)境條件參數(shù)

工作溫度：10～+40 ℃；貯存溫度：-20～+40 ℃。

2.1.4 直流功耗

采用+26 V直流電源供電時(shí)，整機(jī)耗流小于5 A。

2.2 維修檢測主機(jī)硬件平臺(tái)

維修檢測主機(jī)硬件平臺(tái)以嵌入式微型計(jì)算機(jī)作為主控機(jī)，在主控機(jī)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展音頻激勵(lì)與采集模塊、射頻激勵(lì)與采集模塊、接口轉(zhuǎn)換模塊、網(wǎng)口拓展模塊等硬件電路構(gòu)成主機(jī)的硬件平臺(tái)，測試附件主要包括檢測電纜和測試夾具，用于電臺(tái)內(nèi)部模件級性能測試與測試數(shù)據(jù)采集。

圖2 維修檢測主機(jī)硬件平臺(tái)組成方框圖

2.2.1 主控機(jī)

采用ARM920T核的S3C2440A CPU的ARM嵌入式系統(tǒng)處理平臺(tái)作為主控機(jī)[7-8]，運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)檢測任務(wù)、流程、控制指令的下達(dá)，通過LAN總線接收被測設(shè)備的檢測信息，對信息進(jìn)行讀取、識(shí)別、處理、存儲(chǔ)、顯示等操作，實(shí)現(xiàn)模件級性能檢測、采集與故障定位。同時(shí)，作為運(yùn)行維修檢測系統(tǒng)軟件的硬件平臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)電臺(tái)整機(jī)及電臺(tái)模件測試信息的存儲(chǔ)與查詢。

2.2.2 網(wǎng)口擴(kuò)展模塊

對嵌入式計(jì)算機(jī)主控機(jī)的網(wǎng)口進(jìn)行擴(kuò)展，與音頻激勵(lì)與采集模塊、射頻激勵(lì)與采集模塊之間的連接，完成指令和檢測信息數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)口標(biāo)準(zhǔn)符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，支持網(wǎng)口通信速率自適應(yīng)，可支持的最大通信速率為1 Gbps。

2.2.3 接口轉(zhuǎn)換模塊

接口轉(zhuǎn)換模塊可實(shí)現(xiàn)維修檢測主機(jī)各組件之間的互連，其主要功能包括：完成主控機(jī)與被測設(shè)備之間串口或網(wǎng)口數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)接；完成被測設(shè)備和測量模塊之間的信號通路建立與切換；為測試附件提供必要的直流電源、控制信號等資源。

2.2.4 音頻激勵(lì)與采集模塊

音頻激勵(lì)與采集模塊通過LAN接口實(shí)現(xiàn)與主控機(jī)的交互，交互指令包括設(shè)置指令、測試與查詢指令。設(shè)置指令用于設(shè)置音頻激勵(lì)與采集模塊的工作狀態(tài)，包括音頻輸入/輸出阻抗、音頻輸入濾波器、音頻輸出波形、音頻輸出頻率、音頻輸出幅度、音頻輸出占空比等；測試與查詢指令用于設(shè)置音頻激勵(lì)與采集模塊的測試內(nèi)容，包括音頻頻率測試、音頻幅度測試、失真度測試、SINAD測試等內(nèi)容，并通過LAN接口獲取測試結(jié)果的數(shù)據(jù)。音頻激勵(lì)與采集模塊用于實(shí)現(xiàn)對車載超短波電臺(tái)音頻相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測，包括在主控機(jī)的控制下產(chǎn)生測試所需的音頻激勵(lì)源，解析設(shè)備送出的音頻響應(yīng)信號特性并將結(jié)果上報(bào)給主控機(jī)。

2.2.5 射頻激勵(lì)與采集模塊

射頻激勵(lì)與采集模塊通過LAN接口實(shí)現(xiàn)與主控機(jī)的交互，交互指令包括設(shè)置指令、測試與查詢指令。設(shè)置指令用于設(shè)置射頻激勵(lì)與采集模塊的工作狀態(tài)，包括輸出頻率、輸出功率、輸出波形、調(diào)制與非調(diào)制特性；測試與查詢指令用于設(shè)置射頻激勵(lì)與采集模塊的測試內(nèi)容，包括射頻頻率測試、射頻功率測試、諧波測試、調(diào)制頻率、調(diào)制頻偏等內(nèi)容，并通過LAN接口獲取測試結(jié)果的數(shù)據(jù)。射頻激勵(lì)與采集模塊用于實(shí)現(xiàn)對電臺(tái)射頻相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測，包括在主控機(jī)的控制下產(chǎn)生測試所需的調(diào)制或非調(diào)制射頻激勵(lì)源，解析設(shè)備送出的調(diào)制或非調(diào)制的射頻響應(yīng)信號特性并將結(jié)果上報(bào)給主控機(jī)。

2.3 測試夾具硬件電路

測試夾具用于電臺(tái)內(nèi)部模件檢測，為實(shí)現(xiàn)對電臺(tái)內(nèi)部模件的檢修工作提供硬件支撐，測試夾具硬件電路組成框圖如圖3所示。

圖3 模件測試夾具硬件電路組成框圖

外部接口是測試夾具與外部設(shè)備進(jìn)行互連的接口，包括與外部電源的接口、與音頻檢測模塊的接口、與射頻檢測模塊的接口等，完成電源輸入、音頻激勵(lì)信號輸入、音頻檢測信號輸出、射頻信號激勵(lì)輸入、射頻檢測信號輸出、控制信號輸入、響應(yīng)信號輸出等功能；電源模塊將外部輸入電源轉(zhuǎn)換為測試夾具工作所需的多路直流電源，包括測試夾具互連板工作所需電源、被測模件工作所需的各路直流電源；互連板向外部提供與外部接口、電源模塊、轉(zhuǎn)接板的信號接口，完成被測件電源的上電控制與輸出、被測件所需激勵(lì)信號的通路控制與輸出、被測件響應(yīng)信號的通路控制與預(yù)處理、被測件控制信號的輸出、被測件狀態(tài)信號的采集輸入等功能；轉(zhuǎn)接板主要完成與被測模件之間的連接，對外采用與各被測模件所使用的異形接插件相匹配的接插件型號，對內(nèi)采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的接口，通過連接電纜完成與互連模件的連接。電臺(tái)每個(gè)模件都有專門的測試夾具，不同模件測試夾具的硬件電路主要區(qū)別在于其轉(zhuǎn)接板電路不同。

3 系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)框架

車載超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)軟件平臺(tái)是依托主控機(jī)采用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，系統(tǒng)架構(gòu)采用了分層的架構(gòu),從高層到低層分別是應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、系統(tǒng)運(yùn)行層和驅(qū)動(dòng)層，檢測軟件主要集中在應(yīng)用層和驅(qū)動(dòng)層，檢測軟件框圖如圖4所示。

圖4 軟件設(shè)計(jì)框圖

應(yīng)用層提供應(yīng)用軟件程序界面，應(yīng)用軟件為維修檢測軟件，并預(yù)留與維修檢測信息管理軟件之間的通信接口。操作系統(tǒng)主要采用嵌入式操作系統(tǒng)，包括各種硬件驅(qū)動(dòng)。維修檢測軟件可以實(shí)現(xiàn)電臺(tái)整機(jī)與模件性能參數(shù)采集、處理、存儲(chǔ)、上傳及故障診斷等功能；維修檢測信息管理軟件實(shí)現(xiàn)維修檢測信息存儲(chǔ)與查詢功能。

維修檢測軟件可分為4個(gè)功能模塊，即維修檢測模塊、檢測信息存儲(chǔ)模塊、檢測數(shù)據(jù)處理模塊、故障模件定位模塊?？蓪?shí)現(xiàn)如下功能：

1)根據(jù)用戶選擇的設(shè)備類型和測試項(xiàng)進(jìn)行測試，并顯示測試所得數(shù)據(jù)；

2)控制測試開始和停止，并顯示測試進(jìn)度；

3)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理；

4)測試數(shù)據(jù)處理、分析、打包；

5)依據(jù)測試數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行設(shè)備模件級故障定位。

驅(qū)動(dòng)層主要提供超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)內(nèi)部測試儀表電路、專用設(shè)備、被測設(shè)備、數(shù)據(jù)庫訪問等各種硬件電路、設(shè)備及接口的驅(qū)動(dòng)。

3.2 軟件開發(fā)工具

車載超短波電臺(tái)及模件檢測技術(shù)的開發(fā)過程和結(jié)果性能評估必須具備良好的軟件仿真測試工具，高速靈活、功能強(qiáng)大的軟件開發(fā)環(huán)境是完成檢測軟件開發(fā)、提高軟件質(zhì)量、加快研制進(jìn)程的重要輔助手段。車載超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)軟件平臺(tái)開發(fā)的工具軟件主要包括以下幾類：

1)ARM開發(fā)環(huán)境：基于Linux系統(tǒng)的ARM開發(fā)，需使用的軟件包括但不限于Ubuntu Linux發(fā)行版操作系統(tǒng)，用于ARM底層驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用軟件開發(fā)[9]；VMWARE Station虛擬機(jī)軟件，用于為Linux操作系統(tǒng)提供運(yùn)行環(huán)境；SUPERVIVI軟件，用于為ARM下載內(nèi)核鏡像與操作系統(tǒng)鏡像。

2)CPLD/FPGA開發(fā)軟件：Xilinx FPGA開發(fā)軟件 Xilinx ISE，采用VHDL語言[10]。

3)應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境：Microsoft Visual Studio，用于應(yīng)用軟件除數(shù)據(jù)庫之外的功能模塊的開發(fā)；Microsoft Access，用于應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)；DevExpress開發(fā)套件，輔助性開發(fā)工具，用于測試數(shù)據(jù)的整理及規(guī)范化、清晰化呈現(xiàn)。

4)數(shù)據(jù)庫開發(fā)環(huán)境：MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫軟件。

5)AutoCAD/ProE結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。

4 系統(tǒng)測試試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 測試試驗(yàn)步驟與方法

4.1.1 電臺(tái)整機(jī)測試

采用車載超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)對車載超短波電臺(tái)整機(jī)進(jìn)行檢測時(shí)，需用測試線纜將電臺(tái)整機(jī)的各外部接口連接到電臺(tái)維修檢測主機(jī)相應(yīng)的外部接口上，運(yùn)行測試程序，然后操作電臺(tái)工作，電臺(tái)維修檢測主機(jī)檢測采集模塊完成對電臺(tái)整機(jī)性能的測試，通過維修檢測主機(jī)顯示屏讀出整機(jī)測試結(jié)果并進(jìn)行分析。

4.1.2 電臺(tái)內(nèi)部模件測試

采用車載超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)對電臺(tái)內(nèi)部某模件性能進(jìn)行檢測與采集時(shí)，首先進(jìn)行模件上電前檢查；無短路等異常情況的前提下，將被測模件接入對應(yīng)的測試夾具；運(yùn)行測試程序，設(shè)置測試夾具和被測模件的工作狀態(tài)；測試程序通過網(wǎng)口控制測量模塊輸出激勵(lì)信號，并向測量模塊查詢對響應(yīng)信號的解析結(jié)果；通過維修檢測主機(jī)顯示屏讀出模件測試結(jié)果并進(jìn)行分析。

4.2 測試試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用車載超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)在30.025 MHz、43.275 MHz、55.000 MHz、75.100 MHz、87.975 MHz等5個(gè)電臺(tái)工作頻率上對某部車載超短波電臺(tái)整機(jī)的5項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測，測試結(jié)果如表1所示。

表1 電臺(tái)整機(jī)測試結(jié)果記錄

從檢測結(jié)果可以看出，電臺(tái)的發(fā)信輸出大功率偏低，其他指標(biāo)正常。由于電臺(tái)輸出功率低，發(fā)信距離縮短，我們在進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信訓(xùn)練時(shí)，就不能采用這部電臺(tái)，電臺(tái)要送到相應(yīng)修理機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)維修保養(yǎng)，以恢復(fù)電臺(tái)發(fā)信技術(shù)狀態(tài)。

采用車載超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)對某部發(fā)生“收信收不到信號故障”的電臺(tái)的內(nèi)部模件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，其測試結(jié)果如表2所示。

從表2測試結(jié)果可以看出電臺(tái)中頻頻合模件性能參數(shù)異常，與參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)特征值差距較大，進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)中頻模件收信放大電路故障，更換中頻頻合模件電臺(tái)恢復(fù)正常，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電臺(tái)模塊級的性能檢測與故障定位。同時(shí)系統(tǒng)可以顯示正常的整機(jī)與各模件的測試參數(shù)，所有測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值誤差均在5%以內(nèi)，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

表2 電臺(tái)模件測試結(jié)果記錄

5 結(jié)束語

車載超短波電臺(tái)維修檢測系統(tǒng)試驗(yàn)測試結(jié)果表明，系統(tǒng)可以對某型超短波電臺(tái)的整機(jī)和內(nèi)部模件進(jìn)行工作性能參數(shù)測試，通過測試實(shí)現(xiàn)車載超短波電臺(tái)整機(jī)技術(shù)狀態(tài)評估與電臺(tái)模件級故障定位。該系統(tǒng)研制成功可以裝備在陸軍部隊(duì)各級修理機(jī)構(gòu)的維修車間或維修工程車上，部隊(duì)維修人員可以采用該系統(tǒng)對某型號車載超短波電臺(tái)實(shí)施正確、精準(zhǔn)的維修保障，對解決陸軍部隊(duì)該型號超短波電臺(tái)維修手段落后、提高車載超短波電臺(tái)的維修保障水平具有重要的促進(jìn)作用。