基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺(tái)自動(dòng)測試系統(tǒng)

描述了如何采用基于虛擬儀器技術(shù)快速方便的開發(fā)短波電臺(tái)自動(dòng)測試系統(tǒng),與傳統(tǒng)儀器測試平臺(tái)相比，測試效率更高，體積更小。

傳統(tǒng)的電臺(tái)測試系統(tǒng)采用以無線電綜合測試儀為中心搭建或采用分立儀器搭建、手動(dòng)測量，這種方法成本高、自動(dòng)化程度低、擴(kuò)展性差。因此需要尋求一種解決方案，實(shí)現(xiàn)高度集成化、可擴(kuò)展的測試系統(tǒng)。本文描述了如何采用基于虛擬儀器技術(shù)快速方便的開發(fā)短波電臺(tái)自動(dòng)測試系統(tǒng)。開發(fā)的測試系統(tǒng)滿足短波電臺(tái)的測試規(guī)范，與傳統(tǒng)儀器測試平臺(tái)相比，測試效率更高，體積更小。此外具有很好的可擴(kuò)展性，開發(fā)工作周期也大大縮短。

測試背景

短波單邊帶通信電臺(tái)通常由收發(fā)信機(jī)、天線調(diào)諧器、控制盒、安裝架、連接電纜，配套的耳機(jī)、話筒、電鍵、通信控制器、天線以及一些選件組成，工作頻率范圍為2～30MHz，短波單邊帶通信電臺(tái)的大部分技術(shù)指標(biāo)是針對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)提出的，在GB/T 6933 -1995中對(duì)短波單邊帶發(fā)射機(jī)定義了27項(xiàng)電性能及其測量方法，需要16個(gè)獨(dú)立的測試儀器；在GB/T 6934-1995中對(duì)短波單邊帶接收機(jī)定義了24項(xiàng)電性能及其測量方法，需要13個(gè)獨(dú)立的測試儀器。

不同種類的電臺(tái)在不同的測試等級(jí)下測量項(xiàng)目也不盡相同，用戶還可能要求增加其他測量項(xiàng)目，如收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間、發(fā)收轉(zhuǎn)換時(shí)間、靜噪開啟時(shí)延、靜噪滯后時(shí)延、發(fā)射保護(hù)等。

短波通信電臺(tái)測試系統(tǒng)在電臺(tái)具備外部控制接口時(shí)采用全自動(dòng)方式，在電臺(tái)不具備外部控制接口時(shí)采用半自動(dòng)方式，要求的單項(xiàng)測試速度不大于10秒鐘，單臺(tái)測試時(shí)間不超過10分鐘，而系統(tǒng)中不同的測試項(xiàng)目有各自的測量儀器和連接方式，為了在生產(chǎn)線上提高測試效率，必須采用自動(dòng)測試技術(shù)，自動(dòng)選擇測試設(shè)備、自動(dòng)連接測試設(shè)備、自動(dòng)產(chǎn)生激勵(lì)并測量響應(yīng)，系統(tǒng)還應(yīng)有較高的可靠性、電磁兼容性和易于維護(hù)。

硬件系統(tǒng)構(gòu)成

短波通信電臺(tái)自動(dòng)測試系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、虛擬儀器機(jī)箱、接口適配器和電源部件組成，組成框圖如圖1所示。主控計(jì)算機(jī)通過NI公司MXI-4卡，使用PCI橋接技術(shù)對(duì)PXI-1010機(jī)箱進(jìn)行控制，PXI-1010有6個(gè)PXI模塊和2個(gè)SCXI模塊，可根據(jù)測試需要擴(kuò)展儀器模塊。接口適配箱實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)理和分接。

圖1 短波電臺(tái)自動(dòng)測試系統(tǒng)框圖

短波電臺(tái)測試需要使用頻譜分析儀、功率計(jì)和頻率計(jì)，需要測量功率譜、峰值功率、峰值頻率、帶內(nèi)功率、鄰道功率、帶寬、3D譜圖等參數(shù)。我們采用PXI-5620配合使用Spectral Measurements Toolkit實(shí)現(xiàn)。Spectral Measurements Toolkit是一個(gè)頻譜測量工具包，具有細(xì)化譜分析和頻率搜索能力，并可以進(jìn)行模擬調(diào)制、解調(diào)以及IQ數(shù)字解調(diào)。

PXI-5421配合Modulation Toolkit，在系統(tǒng)中作為射頻信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生各種格式的射頻信號(hào)。由于部分測試項(xiàng)目需要兩路射頻輸入，系統(tǒng)中配置了2塊。另外配備程控衰減器，對(duì)接收機(jī)輸入靈敏度等參數(shù)進(jìn)行測試。Modulation Toolkit是一個(gè)調(diào)制工具包，具有AM、FM、PM模擬調(diào)制模式和FSK、MSK、GMSK、PSK、QAM數(shù)字調(diào)制模式，還具有強(qiáng)大的3D眼圖功能，可以測量調(diào)制誤差、相位誤差、頻率偏差、誤碼率和并發(fā)定時(shí)；還可以對(duì)DC偏置、IQ、增益不平衡、積分傾斜等邊界條件進(jìn)行測量。

為了產(chǎn)生和測量音頻信號(hào)，系統(tǒng)中配備了一塊PXI-4461高精度音頻信號(hào)采集與產(chǎn)生模塊，它具有兩個(gè)同步采集模擬輸入通道和兩個(gè)同步采集模擬輸出通道。該模塊在系統(tǒng)中作為音頻信號(hào)發(fā)生器、音頻電壓表和音頻頻譜分析儀，能完成音頻電壓測量、音頻頻率測量、SINAD測量、SNR測量、失真度測量、音頻動(dòng)態(tài)信號(hào)分析、音頻信號(hào)發(fā)生等多種AF測試功能。

為了對(duì)收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間、靜噪開啟時(shí)延、靜噪釋放時(shí)延等參數(shù)的測試，以及對(duì)RF和AF動(dòng)態(tài)波形進(jìn)行觀測，系統(tǒng)中配備了PXI-5112高速數(shù)字化儀，它和NI-SCOPE示波器軟件配合工作，在系統(tǒng)中作為示波器使用。

PXI-6259一方面用來對(duì)SCXI機(jī)箱進(jìn)行控制和掃描，另一方面用于系統(tǒng)自檢和狀態(tài)監(jiān)視，同時(shí)利用DIO接口可以連接電臺(tái)控制接口和遙控接口等，提供通信的數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)在全自動(dòng)方式下對(duì)電臺(tái)的自動(dòng)測試控制。

測試規(guī)范中規(guī)定不同的測試項(xiàng)目需要多臺(tái)儀器按規(guī)定的測量方法進(jìn)行連接，有部分項(xiàng)目需要連接外部的輔助部件，它們涉及射頻、音頻通道特性，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇測試儀表，設(shè)置工作模式，自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)接和切換，系統(tǒng)中配備了射頻開關(guān)模塊和通用開關(guān)模塊。射頻開關(guān)模塊選用SCXI-1193，SCXI-1193既可以用作多組多路復(fù)用器，也可以作為多組稀疏矩陣開關(guān)使用。其帶寬為500MHz，適合于高頻的測試。

通用開關(guān)模塊選用SCXI-1166，該模塊具有32路開關(guān)，適合高電流切換、路由和控制的應(yīng)用。SCXI-1166用于除射頻通道外的其他通道的控制，如音頻通道、發(fā)射保護(hù)、系統(tǒng)供電等。

程控電源選用Agilent公司可編程電源，主要用于給被測電臺(tái)提供電源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率的測試和保護(hù)。該電源的控制通過GPIB-USB模塊完成。

應(yīng)用軟件構(gòu)成

短波電臺(tái)自動(dòng)測試系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)LabVIEW，按照用戶技術(shù)要求和GB/T 6933-1995、GB/T 6934-1995中規(guī)定的測試項(xiàng)目和測試方法控制系統(tǒng)硬件，進(jìn)行模式設(shè)置、控制激勵(lì)輸出和采集測試數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，得到電臺(tái)的性能指標(biāo)，其主要框圖如圖2所示。

圖2 自動(dòng)測試系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成框圖

系統(tǒng)應(yīng)用軟件界面如圖3所示，各模塊主要功能為：短波電臺(tái)自動(dòng)測試系統(tǒng)應(yīng)用軟件為系統(tǒng)的人機(jī)接口，管理整個(gè)測試系統(tǒng)；自檢/校準(zhǔn)軟件完成對(duì)虛擬儀器硬件的自檢，并實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)；測試管理軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能指標(biāo)的測試，實(shí)現(xiàn)測試項(xiàng)目選擇、參數(shù)設(shè)置、儀器控制、采集與處理、分析和顯示等功能；數(shù)據(jù)管理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)測試數(shù)據(jù)的管理；系統(tǒng)維護(hù)軟件包括儀器管理、數(shù)據(jù)庫維護(hù)和測試診斷，在線幫助用于對(duì)用戶進(jìn)行在線操作指導(dǎo)。

圖3 用戶界面

基于虛擬儀器技術(shù)所開發(fā)的應(yīng)用軟件具有良好的人機(jī)界面、可維護(hù)性和二次開發(fā)能力，可以有效地縮短程序開發(fā)的工作量，極大地縮短開發(fā)時(shí)間，只需要對(duì)程序做少量的改動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)新的功能和要求，從而可以滿足不同階段，不同種類的電臺(tái)自動(dòng)測試的需要，二次開發(fā)、功能擴(kuò)展極為方便。

結(jié)論

表1反映了采用虛擬儀器前后短波電臺(tái)測試系統(tǒng)的變化。通過選用基于虛擬儀器的短波電臺(tái)自動(dòng)測試系統(tǒng)，使得測試系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和測試精度得到了極大的提高，減少了人為操作引起的誤差，通過在生產(chǎn)線上使用有效地提高了生產(chǎn)和檢測的效率，通過系統(tǒng)配置和適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展，可以適應(yīng)多種不同類型電臺(tái)的測試需要。

表1 性能比較