基于VXI總線技術(shù)的RWR自動測試診斷系統(tǒng)構(gòu)建
[導讀]該系統(tǒng)用戶界面友好、操作方便，可對RWR各種功能、性能參數(shù)快速、準確地測試，并依據(jù)測試數(shù)據(jù)，進行故障診斷，進而給出維修策略，大大提高了測試和排故效率，節(jié)省了維護保障費用，具有較高的軍事和經(jīng)濟價值。
0 引 言
隨著新型電子器件在雷達告警設(shè)備(RWR)中的應(yīng)用，其智能化程度越來越高，結(jié)構(gòu)越來越復雜而緊湊，這大大加重了測試和診斷的難度。而在實際使用中，為保證RWR功能有效發(fā)揮，要求能對其進行以性能測試和故障診斷為主的技術(shù)保障：既能快速、準確、高精度地對設(shè)備各種參數(shù)進行測試，又能為排除故障提出指導性建議。因此，研制和開發(fā)適合RWR技術(shù)保障要求的測試診斷系統(tǒng)具有重要意義。
本文采用VXI總線技術(shù)組建了一個RWR自動測試診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個以工控機為核心，以VXI總線儀器為依托，以適配器為橋梁，集控制、數(shù)據(jù)采集和處理、存儲、分析、顯示、打印于一體的系統(tǒng)。它既可以完成RWR整機性能、功能的測試，又能單獨對每一個外場可更換單元(LRU)進行定性和定量檢測及故障診斷。
1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)硬件設(shè)計思路：按照模塊化、通用化、標準化原則選用VXI總線結(jié)構(gòu)，根據(jù)測試需求確定測試資源種類，依照性價比要求選擇資源型號，考慮短研制周期要求優(yōu)先使用熟悉的硬件產(chǎn)品。在上述思路指導下，設(shè)計系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.1 測控計算機
測控計算機(TCC)是系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)采用研華軍用加固筆記本，外設(shè)包括Agilent的USB／GPIB接口轉(zhuǎn)換器82357A、鼠標、打印機、UPS電源等。
1.2 VXI總線儀器及模塊
VXI儀器具有高速率、高精度、易擴展、小型、輕便等特點，因而在自動檢測設(shè)備(ATE)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)的VXI儀器采用外置控制器方式，因此，VXI總線儀器有：13槽C尺寸VXI主機箱1261B，用于承載所有VXI模塊，并提供電源及控制接口；IEEE1394 VXI零槽控制器E8491B，用作VXI零槽及資源管理，它通過IEEE1394總線與TCC進行通訊；48通道TTL數(shù)字I／O模塊VM1548，用于被測RWR輸入／輸出TTL電平信號的提供／測量和適配器內(nèi)繼電器的控制；4通道串口接口模塊VM6068，用于RS 422通訊信號的模擬和接收；矩陣開關(guān)E1466A用于完成各個測量通道的切換；6.5位多用表E1412A用于測量各種電壓、電阻；示波器E1428A用于測量各種視頻脈沖及SA2U同步信號的采樣；同軸開關(guān)SMP6101用于完成視頻信號的切換；脈沖／碼型發(fā)生器E8311A，用于模擬各種脈沖雷達的視頻脈沖；任意函數(shù)發(fā)生器E1445A，用于產(chǎn)生鋸齒波信號，驅(qū)動功率放大電路輸出具有一定電流驅(qū)動能力的X，Y偏轉(zhuǎn)信號。
1.3 GPIB總線儀器及附件
由于大功率、特高頻的VXI總線儀器比較少，系統(tǒng)選用了GPIB總線儀器作為補充，以適應(yīng)被測件的特殊需求。本系統(tǒng)的GPIB總線儀器有：微波信號源E8257D及微波開關(guān)8766K、喇叭天線附件，用于模擬各種雷達信號；轉(zhuǎn)臺控制儀及轉(zhuǎn)臺，設(shè)置轉(zhuǎn)臺參數(shù)(轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、旋轉(zhuǎn))以轉(zhuǎn)動被測件，達到測量RWR測向誤差的目的。
1.4接口適配器
接口適配器(TUA)是被測RWR信號的預處理和轉(zhuǎn)接裝置，完成被測件與VXI總線儀器、GPIB總線儀器及附件接口的機械、電氣連接。接口適配器主要由電源組件、信號調(diào)理板、資源分配板、繼電器控制板等組成。電源組件將220 V／50 Hz交流轉(zhuǎn)換成28 V／3 A，5 V／5 A，6 V／0.5 A，12 V／1 A，15 V／0.5 A，24 V／0.5 A，-6 V／0.5 A，-12 V／1 A，-15 V／0.5 A直流電源，給被測RWR、微波開關(guān)等提供電源；信號調(diào)理板主要完成各種VXI模塊資源信號的放大、匹配、調(diào)理；資源分配板將各VXI模塊資源分配至適配器前面板的被測件接口及信號調(diào)理板中。繼電器控制板主要完成對七種LRU的電源供給控制。
1.5 連接電纜
連接電纜有四種：第一種是儀器控制電纜，如IEEE1394總線電纜、GPIB總線電纜等；第二種是儀器和接口適配器間的輸入／輸出電纜；第三種是連接接口適配器和被測件的測試電纜；第四種是附件連接電纜。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件部分以Windows XP為操作系統(tǒng)、以GPTS 3.0為測試程序開發(fā)和運行環(huán)境、以INCON 2.0為故障診斷推理平臺進行設(shè)計，負責完成測試和診斷流程的管理、程序的運行、數(shù)據(jù)的分析、結(jié)果的記錄等功能。系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計，主要包括：系統(tǒng)管理模塊、系統(tǒng)自檢自校模塊、性能功能測試模塊、故障診斷模塊、儀器驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)庫與知識庫模塊、交互式操作手冊模塊等，其軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
系統(tǒng)管理模塊：負責進行系統(tǒng)用戶的身份驗證、管理、狀態(tài)的設(shè)置、各程序模塊的調(diào)度等功能，是各個功能模塊的管理中心。
系統(tǒng)自檢自校模塊：主要完成系統(tǒng)構(gòu)造檢查、儀器自檢控制、信號轉(zhuǎn)接中樞邏輯可靠性和準確性檢查以及檢測接口連接可靠性檢查。
性能功能測試模塊：完成RWR、整機及各LRU性能、功能指標的測試，它是決定測試是否滿足需求、測試結(jié)果是否準確可靠的重要因素。性能功能測試模塊采用面向信號的ATLAS標準化測試語言編寫，TPS(測試程序集)開發(fā)較規(guī)范，通用性、兼容性好，與硬件平臺無關(guān)。
儀器驅(qū)動模塊：測試程序與系統(tǒng)物理儀器的橋梁。主要包括：類儀器虛擬資源驅(qū)動、類儀器ACM驅(qū)動、IVI儀器驅(qū)動。類儀器虛擬資源驅(qū)動用于控制某一類儀器(如DMM類儀器)的共同行為方式，是用COM實現(xiàn)的DLL形式的軟件模塊。它的主要功能是將ATLAS程序?qū)y試需求的描述轉(zhuǎn)換為對儀器的設(shè)置。類儀器ACM驅(qū)動是針對某類儀器的軟件模塊，它將類儀器虛擬資源驅(qū)動對儀器的設(shè)置傳遞給IVI驅(qū)動層。IVI驅(qū)動用于實現(xiàn)與物理儀器的交互，通過VISA軟件I／O層與硬件直接交互，具有COM和C兩種方式。
故障診斷模塊：用于RWR各LRU的故障診斷和定位，給出維修的專家建議。故障診斷模塊采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、專家系統(tǒng)的推理方法，實現(xiàn)了故障診斷的智能化。
數(shù)據(jù)庫與知識庫模塊：用于保存軟件要用到的各種數(shù)據(jù)，包括專家系統(tǒng)中的領(lǐng)域知識、測試數(shù)據(jù)及分析結(jié)果等。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫包括專家知識庫、測量結(jié)果數(shù)據(jù)庫、診斷結(jié)果數(shù)據(jù)庫、用戶權(quán)限數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)庫等。
交互式操作手冊模塊：用于用戶自我培訓、鞏固性學習、信息查詢，使用方便、靈活。
3 系統(tǒng)測試診斷流程
根據(jù)RWR的特點和用戶需求，本系統(tǒng)采用了并行分級的測試思想。用戶可根據(jù)需要選擇進行整機性能測試還是LRU測試。第一級對整機進行性能和功能測試和診斷，故障定位到LRU；第二級對LRU進行功能、性能測試和診斷，故障定位到內(nèi)場可更換單元(SRU)，LRU接口信息豐富的可定位到功能電路，個別可定位到元件級。圖3為RWR的測試診斷流程。
測試診斷流程如下：
(1)開機，用戶身份驗證。
(2)系統(tǒng)自檢。系統(tǒng)自檢通過，進入RWR測試環(huán)境，用戶可選擇進行整機指標測試還是LRU測試。若系統(tǒng)自檢失敗，啟動系統(tǒng)自校功能對系統(tǒng)進行軟件校準。校準完成后，再次進行系統(tǒng)自檢。
(3)若用戶選擇整機測試，系統(tǒng)將提示用戶連接整機測試電纜。
(4)啟動RWR的BIT(機內(nèi)檢測)功能，并將自檢結(jié)果輸入系統(tǒng)。
(5)RWR自檢通過后，用戶可靈活選擇整機測試項目和測試次數(shù)，設(shè)定后系統(tǒng)自動逐一測量。
(6)根據(jù)整機指標測試結(jié)果判斷RWR性能是否符合要求。若指標符合要求，給出RWR功能、性能正常的結(jié)論，輸出測試結(jié)果，測試結(jié)束；若指標不符合要求，則進行LRU測試。
(7)若第(4)步中RWR、BIT報告有故障，則略過整機測試，直接進行LRU測試。LRU測試包括測向接收機、連續(xù)波接收機、指令信號接收機、數(shù)字分析器、字符顯示器、控制盒、電源濾波器等測試。
(8)進行測向接收機測試時，用戶可靈活選擇測試項目和測試次數(shù)，設(shè)定后系統(tǒng)自動逐一測量。若指標正常，給出測向接收機正常的結(jié)論，測試結(jié)束；若指標不正常，則調(diào)入相應(yīng)故障診斷軟件進行診斷，給出診斷結(jié)果和指導維修的專家建議。
(9)其他LRU測試方法同(8)。
4 結(jié) 語
基于VXI總線的RWR自動測試診斷系統(tǒng)的設(shè)計，從技術(shù)方案的確立、硬件集成到軟件開發(fā)等方面都遵從了通用性、標準化、模塊化的設(shè)計思想，它具有很強的通用性、開放性，可根據(jù)用戶需要進行功能擴展。若要實現(xiàn)對其他同類被測對象的測試和故障診斷，則只需設(shè)計相應(yīng)的接口適配器、編寫相應(yīng)的測試和故障診斷程序。實踐表明，該系統(tǒng)用戶界面友好、操作方便，可對RWR各種功能、性能參數(shù)快速、準確地測試，并依據(jù)測試數(shù)據(jù)，進行故障診斷，進而給出維修策略，大大提高了測試和排故效率，節(jié)省了維護保障費用，具有較高的軍事和經(jīng)濟價值。
隨著新型電子器件在雷達告警設(shè)備(RWR)中的應(yīng)用，其智能化程度越來越高，結(jié)構(gòu)越來越復雜而緊湊，這大大加重了測試和診斷的難度。而在實際使用中，為保證RWR功能有效發(fā)揮，要求能對其進行以性能測試和故障診斷為主的技術(shù)保障：既能快速、準確、高精度地對設(shè)備各種參數(shù)進行測試，又能為排除故障提出指導性建議。因此，研制和開發(fā)適合RWR技術(shù)保障要求的測試診斷系統(tǒng)具有重要意義。
本文采用VXI總線技術(shù)組建了一個RWR自動測試診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個以工控機為核心，以VXI總線儀器為依托，以適配器為橋梁，集控制、數(shù)據(jù)采集和處理、存儲、分析、顯示、打印于一體的系統(tǒng)。它既可以完成RWR整機性能、功能的測試，又能單獨對每一個外場可更換單元(LRU)進行定性和定量檢測及故障診斷。
1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)硬件設(shè)計思路：按照模塊化、通用化、標準化原則選用VXI總線結(jié)構(gòu)，根據(jù)測試需求確定測試資源種類，依照性價比要求選擇資源型號，考慮短研制周期要求優(yōu)先使用熟悉的硬件產(chǎn)品。在上述思路指導下，設(shè)計系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.1 測控計算機
測控計算機(TCC)是系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)采用研華軍用加固筆記本，外設(shè)包括Agilent的USB／GPIB接口轉(zhuǎn)換器82357A、鼠標、打印機、UPS電源等。
1.2 VXI總線儀器及模塊
VXI儀器具有高速率、高精度、易擴展、小型、輕便等特點，因而在自動檢測設(shè)備(ATE)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)的VXI儀器采用外置控制器方式，因此，VXI總線儀器有：13槽C尺寸VXI主機箱1261B，用于承載所有VXI模塊，并提供電源及控制接口；IEEE1394 VXI零槽控制器E8491B，用作VXI零槽及資源管理，它通過IEEE1394總線與TCC進行通訊；48通道TTL數(shù)字I／O模塊VM1548，用于被測RWR輸入／輸出TTL電平信號的提供／測量和適配器內(nèi)繼電器的控制；4通道串口接口模塊VM6068，用于RS 422通訊信號的模擬和接收；矩陣開關(guān)E1466A用于完成各個測量通道的切換；6.5位多用表E1412A用于測量各種電壓、電阻；示波器E1428A用于測量各種視頻脈沖及SA2U同步信號的采樣；同軸開關(guān)SMP6101用于完成視頻信號的切換；脈沖／碼型發(fā)生器E8311A，用于模擬各種脈沖雷達的視頻脈沖；任意函數(shù)發(fā)生器E1445A，用于產(chǎn)生鋸齒波信號，驅(qū)動功率放大電路輸出具有一定電流驅(qū)動能力的X，Y偏轉(zhuǎn)信號。
1.3 GPIB總線儀器及附件
由于大功率、特高頻的VXI總線儀器比較少，系統(tǒng)選用了GPIB總線儀器作為補充，以適應(yīng)被測件的特殊需求。本系統(tǒng)的GPIB總線儀器有：微波信號源E8257D及微波開關(guān)8766K、喇叭天線附件，用于模擬各種雷達信號；轉(zhuǎn)臺控制儀及轉(zhuǎn)臺，設(shè)置轉(zhuǎn)臺參數(shù)(轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、旋轉(zhuǎn))以轉(zhuǎn)動被測件，達到測量RWR測向誤差的目的。
1.4接口適配器
接口適配器(TUA)是被測RWR信號的預處理和轉(zhuǎn)接裝置，完成被測件與VXI總線儀器、GPIB總線儀器及附件接口的機械、電氣連接。接口適配器主要由電源組件、信號調(diào)理板、資源分配板、繼電器控制板等組成。電源組件將220 V／50 Hz交流轉(zhuǎn)換成28 V／3 A，5 V／5 A，6 V／0.5 A，12 V／1 A，15 V／0.5 A，24 V／0.5 A，-6 V／0.5 A，-12 V／1 A，-15 V／0.5 A直流電源，給被測RWR、微波開關(guān)等提供電源；信號調(diào)理板主要完成各種VXI模塊資源信號的放大、匹配、調(diào)理；資源分配板將各VXI模塊資源分配至適配器前面板的被測件接口及信號調(diào)理板中。繼電器控制板主要完成對七種LRU的電源供給控制。
1.5 連接電纜
連接電纜有四種：第一種是儀器控制電纜，如IEEE1394總線電纜、GPIB總線電纜等；第二種是儀器和接口適配器間的輸入／輸出電纜；第三種是連接接口適配器和被測件的測試電纜；第四種是附件連接電纜。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件部分以Windows XP為操作系統(tǒng)、以GPTS 3.0為測試程序開發(fā)和運行環(huán)境、以INCON 2.0為故障診斷推理平臺進行設(shè)計，負責完成測試和診斷流程的管理、程序的運行、數(shù)據(jù)的分析、結(jié)果的記錄等功能。系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計，主要包括：系統(tǒng)管理模塊、系統(tǒng)自檢自校模塊、性能功能測試模塊、故障診斷模塊、儀器驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)庫與知識庫模塊、交互式操作手冊模塊等，其軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
系統(tǒng)管理模塊：負責進行系統(tǒng)用戶的身份驗證、管理、狀態(tài)的設(shè)置、各程序模塊的調(diào)度等功能，是各個功能模塊的管理中心。
系統(tǒng)自檢自校模塊：主要完成系統(tǒng)構(gòu)造檢查、儀器自檢控制、信號轉(zhuǎn)接中樞邏輯可靠性和準確性檢查以及檢測接口連接可靠性檢查。
性能功能測試模塊：完成RWR、整機及各LRU性能、功能指標的測試，它是決定測試是否滿足需求、測試結(jié)果是否準確可靠的重要因素。性能功能測試模塊采用面向信號的ATLAS標準化測試語言編寫，TPS(測試程序集)開發(fā)較規(guī)范，通用性、兼容性好，與硬件平臺無關(guān)。
儀器驅(qū)動模塊：測試程序與系統(tǒng)物理儀器的橋梁。主要包括：類儀器虛擬資源驅(qū)動、類儀器ACM驅(qū)動、IVI儀器驅(qū)動。類儀器虛擬資源驅(qū)動用于控制某一類儀器(如DMM類儀器)的共同行為方式，是用COM實現(xiàn)的DLL形式的軟件模塊。它的主要功能是將ATLAS程序?qū)y試需求的描述轉(zhuǎn)換為對儀器的設(shè)置。類儀器ACM驅(qū)動是針對某類儀器的軟件模塊，它將類儀器虛擬資源驅(qū)動對儀器的設(shè)置傳遞給IVI驅(qū)動層。IVI驅(qū)動用于實現(xiàn)與物理儀器的交互，通過VISA軟件I／O層與硬件直接交互，具有COM和C兩種方式。
故障診斷模塊：用于RWR各LRU的故障診斷和定位，給出維修的專家建議。故障診斷模塊采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、專家系統(tǒng)的推理方法，實現(xiàn)了故障診斷的智能化。
數(shù)據(jù)庫與知識庫模塊：用于保存軟件要用到的各種數(shù)據(jù)，包括專家系統(tǒng)中的領(lǐng)域知識、測試數(shù)據(jù)及分析結(jié)果等。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫包括專家知識庫、測量結(jié)果數(shù)據(jù)庫、診斷結(jié)果數(shù)據(jù)庫、用戶權(quán)限數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)庫等。
交互式操作手冊模塊：用于用戶自我培訓、鞏固性學習、信息查詢，使用方便、靈活。
3 系統(tǒng)測試診斷流程
根據(jù)RWR的特點和用戶需求，本系統(tǒng)采用了并行分級的測試思想。用戶可根據(jù)需要選擇進行整機性能測試還是LRU測試。第一級對整機進行性能和功能測試和診斷，故障定位到LRU；第二級對LRU進行功能、性能測試和診斷，故障定位到內(nèi)場可更換單元(SRU)，LRU接口信息豐富的可定位到功能電路，個別可定位到元件級。圖3為RWR的測試診斷流程。
測試診斷流程如下：
(1)開機，用戶身份驗證。
(2)系統(tǒng)自檢。系統(tǒng)自檢通過，進入RWR測試環(huán)境，用戶可選擇進行整機指標測試還是LRU測試。若系統(tǒng)自檢失敗，啟動系統(tǒng)自校功能對系統(tǒng)進行軟件校準。校準完成后，再次進行系統(tǒng)自檢。
(3)若用戶選擇整機測試，系統(tǒng)將提示用戶連接整機測試電纜。
(4)啟動RWR的BIT(機內(nèi)檢測)功能，并將自檢結(jié)果輸入系統(tǒng)。
(5)RWR自檢通過后，用戶可靈活選擇整機測試項目和測試次數(shù)，設(shè)定后系統(tǒng)自動逐一測量。
(6)根據(jù)整機指標測試結(jié)果判斷RWR性能是否符合要求。若指標符合要求，給出RWR功能、性能正常的結(jié)論，輸出測試結(jié)果，測試結(jié)束；若指標不符合要求，則進行LRU測試。
(7)若第(4)步中RWR、BIT報告有故障，則略過整機測試，直接進行LRU測試。LRU測試包括測向接收機、連續(xù)波接收機、指令信號接收機、數(shù)字分析器、字符顯示器、控制盒、電源濾波器等測試。
(8)進行測向接收機測試時，用戶可靈活選擇測試項目和測試次數(shù)，設(shè)定后系統(tǒng)自動逐一測量。若指標正常，給出測向接收機正常的結(jié)論，測試結(jié)束；若指標不正常，則調(diào)入相應(yīng)故障診斷軟件進行診斷，給出診斷結(jié)果和指導維修的專家建議。
(9)其他LRU測試方法同(8)。
4 結(jié) 語
基于VXI總線的RWR自動測試診斷系統(tǒng)的設(shè)計，從技術(shù)方案的確立、硬件集成到軟件開發(fā)等方面都遵從了通用性、標準化、模塊化的設(shè)計思想，它具有很強的通用性、開放性，可根據(jù)用戶需要進行功能擴展。若要實現(xiàn)對其他同類被測對象的測試和故障診斷，則只需設(shè)計相應(yīng)的接口適配器、編寫相應(yīng)的測試和故障診斷程序。實踐表明，該系統(tǒng)用戶界面友好、操作方便，可對RWR各種功能、性能參數(shù)快速、準確地測試，并依據(jù)測試數(shù)據(jù)，進行故障診斷，進而給出維修策略，大大提高了測試和排故效率，節(jié)省了維護保障費用，具有較高的軍事和經(jīng)濟價值。
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