李茂，汪子琦，陸麗琴，何正宣

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，四川成都，610036）

0 引言

點頻源模塊廣泛應(yīng)用在通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子偵察、干擾和抗干擾、宇航、衛(wèi)星通信、遙測、遙控、廣播、電視以及現(xiàn)代測量儀器儀表等無線電技術(shù)領(lǐng)域，是現(xiàn)代電子對抗武器裝備的重要組成部分。導(dǎo)引頭點頻源主要為信號處理器、數(shù)字處理器提供參考基準(zhǔn)信號，為導(dǎo)引頭接收機(jī)的本振信號提供時鐘信號，是構(gòu)成導(dǎo)引頭的關(guān)鍵部件，它的性能優(yōu)劣直接影響到導(dǎo)引頭的整體性能[1-3]。

首先，點頻源作為導(dǎo)引頭的核心部件，其測試覆蓋性要求高，測試指標(biāo)項目多，包括輸出頻率、輸出功率、雜波抑制、諧波抑制、相位噪聲等等，各指標(biāo)項測試頻率點多，因此其測試過程復(fù)雜。其次，由于導(dǎo)引頭點頻源對質(zhì)量穩(wěn)定性要求高，在生產(chǎn)過程中需要經(jīng)過多次環(huán)境篩選試驗，在各個工序均需要進(jìn)行全程加電測試，這種多工序多指標(biāo)的測試要求，使得人工手動測試點頻源的難度大、時間長、工作量大、頻繁更換測試射頻電纜易出錯。最后，由于近年來產(chǎn)量的提升，儀器、設(shè)備等資源已無法滿足要求，需要利用其中一套產(chǎn)品的等待時間完成另外幾套產(chǎn)品的測試，即一個測試系統(tǒng)在一個生產(chǎn)周期內(nèi)需要由測試一套產(chǎn)品優(yōu)化為測試多套產(chǎn)品。

基于以上分析，手動測試的方式已無法滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需求，急需開發(fā)針對點頻源的自動測試系統(tǒng)，實現(xiàn)點頻源的多套自動測試，提升生產(chǎn)效率，以滿足客戶對于質(zhì)量和交付期的要求。

1 系統(tǒng)硬件組成及工作原理

1.1 系統(tǒng)硬件組成

導(dǎo)引頭頻率源多套自動測試系統(tǒng)由頻譜分析儀、信號源、多路直流電源、測試計算機(jī)、GPIB卡、PCI-96通道數(shù)字IO卡、單刀六擲射頻同軸開關(guān)、測試機(jī)柜、連接系統(tǒng)所需的電纜等組成。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，要實現(xiàn)點頻源的多套自動測試有兩個關(guān)鍵點：自動和多套。硬件的設(shè)計將圍繞這兩個目標(biāo)展開，詳細(xì)分析如下。

首先構(gòu)建自動測試的硬件能力。對于頻譜儀、信號源與直流電源的控制，采用儀器控制中最常見的GPIB總線[4-5]，其具有低時延、高可靠的、帶寬適中的特點。因此頻譜儀與直流電源均需具備GPIB接口。對于產(chǎn)品的控制，采用自主開發(fā)的PCI-96通道數(shù)字IO卡實現(xiàn)。

其次構(gòu)建多套自動測試的硬件能力。單個點頻源有六個射頻通道需要測試，需要一個單刀六擲射頻同軸開關(guān)實現(xiàn)自動測試，多套產(chǎn)品則需要構(gòu)建開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多套產(chǎn)品測試的射頻通道切換。

經(jīng)過以上分析，系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組成框圖

1.2 系統(tǒng)工作原理

完成測試系統(tǒng)硬件搭建后，首先測試所有通道的插損：將連接點頻源輸出端口的射頻電纜連接至信號源，由測試計算機(jī)通過GPIB總線控制信號源輸出相應(yīng)的頻率及功率，頻譜分析儀接收信號后上報至測試計算機(jī)，據(jù)此計算出各通道插損。由測試計算機(jī)通過GPIB總線控制多路直流電源給4套點頻源和5個單刀六擲射頻同軸開關(guān)供電，通過PCI-96通道數(shù)字IO卡下發(fā)測試指令控制點頻源依次開始6個通道參數(shù)測試，點頻源的射頻信號進(jìn)入單刀六擲開關(guān)，計算機(jī)通過PCI-96通道數(shù)字IO卡控制開關(guān)通道切換，四個分開關(guān)的輸出信號進(jìn)入總開關(guān)后經(jīng)切換通道輸出至頻譜分析儀，頻譜分析儀對點頻源產(chǎn)生的信號進(jìn)行測試，并將測試數(shù)據(jù)通過GPIB總線上報至測試計算機(jī)，由測試計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定是否合格并生成測試報告，完成多套產(chǎn)品的自動測試。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件需實現(xiàn)儀器狀態(tài)設(shè)置、開關(guān)通道切換、時間軸控制、產(chǎn)品協(xié)議解析、儀器驅(qū)動、指標(biāo)測試、報表生成等功能，軟件開發(fā)環(huán)境選擇Microsoft Visual Studio 2010，開發(fā)語言選擇C#。C#語言編程簡潔高效并有可靠的內(nèi)存回收機(jī)制，非常適合進(jìn)行自動測試平臺的開發(fā)。

2.1 軟件模塊設(shè)計[6]

點頻源自動測試系統(tǒng)軟件采用模塊化的開發(fā)模式，每個模塊實現(xiàn)獨立的系統(tǒng)功能，根據(jù)自動測試要求，系統(tǒng)軟件主要包括硬件驅(qū)動模塊[7]、產(chǎn)品參數(shù)配置模塊、多套循環(huán)定時模塊、產(chǎn)品參數(shù)自動測試模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)控及分析處理模塊、報表生成模塊等功能模塊。

（1）硬件驅(qū)動模塊：包括信號源、頻譜儀、多路直流電源、單刀六擲射頻開關(guān)等設(shè)備的驅(qū)動庫，通過GPIB、PCI-96通道數(shù)字IO等總線按照指定的程控協(xié)議對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行初始化、參數(shù)設(shè)置等。

（2）產(chǎn)品參數(shù)配置模塊：對結(jié)構(gòu)化配置文件XML進(jìn)行節(jié)點解析，配置待測試產(chǎn)品的信息以及測試項目，讀取待測產(chǎn)品課題編號、待測通道、待測參數(shù)指標(biāo)、合格判據(jù)等測試參數(shù)信息。

（3）多套循環(huán)定時模塊：點頻源作為某裝備的重要組成部分，需保證在復(fù)雜環(huán)境下產(chǎn)品的可靠性，因此某工序需要連續(xù)進(jìn)行數(shù)十個小時高低溫循環(huán)測試，產(chǎn)品與設(shè)備需要反復(fù)加電、斷電、參數(shù)設(shè)置等。通過定時器控件對加電線程、測試線程進(jìn)行時間軸控制，滿足定時循環(huán)測試的一鍵式測試需求。

（4）產(chǎn)品參數(shù)自動測試模塊：按照產(chǎn)品規(guī)范對點頻源的輸出頻率、輸出功率、雜波抑制、諧波抑制、相位噪聲等指標(biāo)進(jìn)行測試方法編寫及封裝，完成指標(biāo)測試及合格判斷。

（5）數(shù)據(jù)監(jiān)控及分析處理模塊：對多套產(chǎn)品上報的數(shù)據(jù)進(jìn)行報文監(jiān)聽和解析，按照產(chǎn)品通信協(xié)議進(jìn)行解包，結(jié)果實時顯示于采集窗口。對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，不合格數(shù)據(jù)自動報紅，提醒測試人員進(jìn)行異常處理。

（6）報表生成模塊：調(diào)用Microsoft Office Word交互接口，對測試數(shù)據(jù)、測試項目、產(chǎn)品編號、測試地點、溫濕度環(huán)境條件等進(jìn)行記錄并自動輸出標(biāo)準(zhǔn)化的Word報表，對數(shù)據(jù)進(jìn)行完整準(zhǔn)確地存儲，實現(xiàn)質(zhì)量問題數(shù)據(jù)可追溯的功能。

2.2 主要函數(shù)說明

OpenInstrument()函數(shù)用于對儀器進(jìn)行初始化設(shè)置，建立測試計算機(jī)與信號源、頻譜儀、多路直流電源、單刀六擲射頻開關(guān)之間的通信鏈路。

PfsTestFrePow()函數(shù)用于控制點頻源的輸出功能通道和工作頻點，實現(xiàn)輸出頻率/功率的自動測試。

PfsTestPn()函數(shù)用于相位噪聲的自動測試。

PfsTestCs()函數(shù)用于雜波抑制自動測試。

PfsTestHs()函數(shù)用于諧波抑制自動測試。

SaveResults()函數(shù)用于記錄保存測試結(jié)果，自動生成標(biāo)準(zhǔn)化的word測試報表。

ChannelSelect()函數(shù)用于選通指定點頻源的指定通道。

LoseTest()函數(shù)用于對測試環(huán)境的各個測試通道進(jìn)行插損測試。

TestDisplay( )函數(shù)用于執(zhí)行測試線程，并將測試結(jié)果實時顯示至UI。

GenTime()函數(shù)用于按用戶配置生成測試時間軸，通過計時器對時間塊進(jìn)行計算，并定時觸發(fā)相應(yīng)測試動作。

綜上所述，具體的產(chǎn)品測試流程如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品測試流程圖

2.3 用戶界面設(shè)計

UI(用戶界面)設(shè)計采取“以用戶為中心”[8]的設(shè)計準(zhǔn)則，界面設(shè)計強(qiáng)調(diào)主體信息，弱化附加信息；強(qiáng)調(diào)功能至上，弱化設(shè)計風(fēng)格；簡潔實用，符合測試人員操作習(xí)慣，同時兼顧了邏輯性和美觀性。界面如圖3所示。

圖3 自動測試程序用戶界面

用戶界面總體分為左右兩大部分，左邊部分主要完成基本信息設(shè)置功能，包括測試信息填寫、儀器參數(shù)設(shè)置、測試指標(biāo)項選定、啟動按鈕等等；右邊部分主要為數(shù)據(jù)實時顯示窗口，包括多套循環(huán)時間顯示、各指標(biāo)測試數(shù)據(jù)實時顯示、插損測試數(shù)據(jù)顯示等等。此外，每一步操作均有彈窗提示，用戶體驗良好，一旦啟動自動測試，整個測試過程無需其他操作，系統(tǒng)將自主完成測試、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲和顯示等功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用實例

為驗證該測試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，隨機(jī)選取4套某點頻源進(jìn)行驗證。首先采用手動方法對4套產(chǎn)品的所有通道、所有指標(biāo)項進(jìn)行覆蓋性測試，并記錄結(jié)果；然后利用該多套自動測試系統(tǒng)對4套產(chǎn)品進(jìn)行測試，并自動記錄結(jié)果。反復(fù)進(jìn)行3次上述測試，取平均值，將手動測試結(jié)果與自動測試結(jié)果進(jìn)行比較，其中一套產(chǎn)品的測試數(shù)據(jù)結(jié)果對比如圖4所示。結(jié)果表明自動測試與手動測試結(jié)果基本一致，準(zhǔn)確性好、可靠性高，滿足產(chǎn)品規(guī)范的檢驗要求；同時，實際測試的時間點與時間軸設(shè)定的測試時間點完全相同，滿足多套產(chǎn)品定時循環(huán)測試要求，測試系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計目的。

圖4 手動測試與自動測試結(jié)果對比圖

4 結(jié)論

本文研究了以GPIB總線和PCI-96通道數(shù)字IO技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建了硬件平臺，在Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境內(nèi)基于C#語言開發(fā)了系統(tǒng)的測試軟件，設(shè)計了“以用戶為中心”的交互界面，實現(xiàn)了導(dǎo)引頭點頻源自動測試系統(tǒng)設(shè)計，之后對該系統(tǒng)的性能進(jìn)行了實際應(yīng)用驗證，效果良好。該系統(tǒng)目前在我所已經(jīng)成熟運用，并且經(jīng)過了上百套產(chǎn)品的長時間檢驗，可靠性高、穩(wěn)定性好。該系統(tǒng)運用后解決了點頻源相位噪聲、諧波抑制、雜波抑制等復(fù)雜指標(biāo)的測試難題，實現(xiàn)了多套產(chǎn)品的全自動測試，將測試時間縮短到了原來的六分之一，極大地提提升了測試效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了交付周期。

得益于“搭積木”式的硬件設(shè)計以及模塊化的軟件設(shè)計，該系統(tǒng)具有良好的拓展性，可適應(yīng)更多套產(chǎn)品的自動測試。此外，針對不同型號的點頻源測試指標(biāo)和接口，該系統(tǒng)預(yù)留了可配置的軟硬件開發(fā)接口，有良好的可移植性及通用性，能夠有效縮短類似自動測試系統(tǒng)的開發(fā)周期。