下一代國(guó)防軍工自動(dòng)測(cè)試技術(shù)

　　航天、航空、船舶、兵器等國(guó)防軍工領(lǐng)域中很多項(xiàng)目都離不開測(cè)試技術(shù)，與商用測(cè)試相比，國(guó)防電子裝備的測(cè)試技術(shù)復(fù)雜性提高，其特殊性導(dǎo)致利用通用測(cè)量?jī)x器很難達(dá)到測(cè)試指標(biāo)。如何來(lái)滿足國(guó)防軍工自動(dòng)化高精度、高速度和高密度的需求?下一代國(guó)防軍工領(lǐng)域的測(cè)試技術(shù)應(yīng)該是什么?

　　首先，讓我們回顧一下電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展歷史。到目前為止，我們可將其總結(jié)為四代：第一代是模擬式;第二代為數(shù)字式;第三代是智能式，這基于微處理器芯片，GPIB總線標(biāo)準(zhǔn)，PC-DAQ等;第四代是虛擬儀器，很重要的標(biāo)志是VXI/PXI/LXI儀器總線標(biāo)準(zhǔn)的確立。

　　再來(lái)看看儀器總線發(fā)展的歷史，從 70 年代提出，后成為IEEE488 標(biāo)準(zhǔn)的 GPIB;到1992批準(zhǔn)為IEEE-1155-1992 標(biāo)準(zhǔn)的VXI;到1997年由NI公司發(fā)布，1998 年成立系統(tǒng)聯(lián)盟的PXI;直到2005 年推出，眾多主流廠商加入聯(lián)盟，至今被稱為下一代國(guó)防自動(dòng)化測(cè)試最為關(guān)注的LXI，另外，2002 年提出了合成儀器(SI)的概念，它是一個(gè)可重復(fù)配置的系統(tǒng)，能夠通過標(biāo)準(zhǔn)化接口連接一系列硬件單元和軟件組件，使用各種處理技術(shù)進(jìn)行信號(hào)生成或測(cè)量工作。不難
看出，未來(lái)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展正向數(shù)字化、寬帶化、高精度、軟件化、智能化、集成化、多功能化、電路專用化、誤差分析模型化、測(cè)試系統(tǒng)模塊化、高穩(wěn)定性方向發(fā)展。正如西安電子科技大學(xué)測(cè)控工程與儀器系任獲榮教授所稱：先進(jìn)電子測(cè)量?jī)x器是各種高科技的綜合。

　　國(guó)防電子裝備的測(cè)試技術(shù)需求相對(duì)較高，這主要與其六個(gè)階段的不同要求相輔相成：在設(shè)計(jì)論證階段，需要在實(shí)物實(shí)現(xiàn)之前進(jìn)行預(yù)先驗(yàn)證，降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn);研制階段中，要進(jìn)行調(diào)試測(cè)試和聯(lián)調(diào)測(cè)試，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化;生產(chǎn)階段中，要考慮部件測(cè)試、工位測(cè)試和出廠測(cè)試，以保證參與組裝設(shè)備達(dá)標(biāo);在使用維護(hù)階段，需要進(jìn)行裝備內(nèi)建測(cè)試裝置、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)測(cè)試、使用效能評(píng)估等等重要測(cè)試;在退役處理階段也要必須進(jìn)行作戰(zhàn)使用性能評(píng)估。面對(duì)數(shù)據(jù)采集在國(guó)防應(yīng)用中更精準(zhǔn)、更快速、更小巧和高密度、更便宜的新要求，由此可見，國(guó)防電子裝備的測(cè)試需要一種能夠提供開放的數(shù)據(jù)接口、能快遞適應(yīng)變化、更靈活軟件構(gòu)架、更高通用性的專用測(cè)試系統(tǒng)來(lái)接受挑戰(zhàn)。常用的數(shù)據(jù)采集有PCI、USB、GPIB、PXI、LXI，而LXI合成儀器最有助于建立更小粒度的測(cè)試系統(tǒng)，具有一定成本優(yōu)勢(shì)，更符合國(guó)防測(cè)試的新要求。

　　短短三年LXI技術(shù)已經(jīng)成為了主流技術(shù)之一。在美國(guó)市場(chǎng)，GPIB、PXI、LXI 以是三足鼎立了。測(cè)試和測(cè)量行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者共同發(fā)起的LXI聯(lián)盟是因?yàn)檎J(rèn)識(shí)到以太網(wǎng)所提供的能力是其它接口無(wú)法達(dá)到的。當(dāng)初LXI的建立就是利用以太網(wǎng)簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成和增強(qiáng)其測(cè)試能力，專家和廠商都意識(shí)到了，未來(lái)的LXI 市場(chǎng)的良性競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)極大地增大成本優(yōu)勢(shì)。LXI 是一種聯(lián)通性體系結(jié)構(gòu)，其中每一類產(chǎn)品都有其特定需要。由于LXI提供沒有限制的節(jié)點(diǎn)數(shù)、距離和帶有時(shí)間戳的數(shù)據(jù)，從而可實(shí)現(xiàn)分布式的同步測(cè)量，LXI的應(yīng)用日益廣泛。例如對(duì)于航天領(lǐng)域中，聯(lián)網(wǎng)儀器能簡(jiǎn)化繁瑣的資產(chǎn)管理任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，自動(dòng)查詢和識(shí)別使其很容易在網(wǎng)絡(luò)上跟蹤儀器型號(hào)、序列號(hào)、固定版本、上次校準(zhǔn)時(shí)間和下次校準(zhǔn)時(shí)間。

　　目前，中國(guó)已建成了許多使用LXI儀器的系統(tǒng)，尤其在國(guó)防軍工領(lǐng)域。例如中國(guó)航天系統(tǒng)的一個(gè)用戶，在復(fù)雜的熱真空測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用中LXI同步和控制數(shù)百臺(tái)電源。此系統(tǒng)中，電源周期性接通和斷開，模擬因衛(wèi)星對(duì)太陽(yáng)方向的改變，以及太空中隨時(shí)間變化的熱負(fù)載。只有采用LXI標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)才得到了對(duì)優(yōu)化的效果，簡(jiǎn)化了接線，使查錯(cuò)、同步和控制變得容易。LXI 接口分A、B、C 類，多臺(tái)LXI B級(jí)儀器間微妙量級(jí)的時(shí)間同步對(duì)國(guó)防系統(tǒng)中精確的時(shí)鐘同步具有特殊意義，例如火箭發(fā)射的瞬間。另外，除測(cè)試系統(tǒng)外，很多廠商都在這個(gè)市場(chǎng)積極致力于開發(fā)LXI 儀器。

　　例如美國(guó)安捷倫科技有限公司開發(fā)了一系列L X I 時(shí)代數(shù)字萬(wàn)用表， 最新技術(shù)遍及 Agilent 34410A 的方方面面，不但有極大地速度改進(jìn)，還增強(qiáng)了測(cè)試性能，完全符合LXI 標(biāo)準(zhǔn);美國(guó)吉時(shí)利公司的 Keithley 3700 是基于 TSP和LXI技術(shù)的七位半高密度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，有13 中測(cè)試功能，充分解決了傳輸帶來(lái)的速度瓶頸;最值得一提的是，我國(guó)自主研發(fā)企業(yè)的代表普源精電公司在 LXI 技術(shù)發(fā)展中也起到了關(guān)鍵作用。Rigol 推出的幾種LXI 產(chǎn)品如DS1000B 系列數(shù)字示波器是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)符合LXI C類標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字示波器等，為中國(guó)國(guó)防軍工行業(yè)提出了應(yīng)對(duì)解決方案，例如通過雷達(dá)信號(hào)與環(huán)境信號(hào)仿真，配合任意波和無(wú)縫互聯(lián)功能，另外還可以模擬環(huán)境噪聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)方式是仿真雷達(dá)信號(hào)間的工作環(huán)境，可以用其獨(dú)特的無(wú)縫互聯(lián)功能。另外還有多路激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)的仿真等，證明了中國(guó)企業(yè)完全可以自主設(shè)計(jì)、制造并產(chǎn)業(yè)化世界先進(jìn)水平的測(cè)試測(cè)量?jī)x器，是行業(yè)內(nèi)可以學(xué)習(xí)的榜樣之一。

　　未來(lái)的LXI測(cè)試測(cè)量將如何發(fā)展?有三大趨勢(shì)引領(lǐng)著測(cè)量測(cè)試的未來(lái)：首先，建立系統(tǒng)時(shí)間至關(guān)重要。沒人能有充分的時(shí)間建立繁瑣的系統(tǒng)，工程師們往往供不應(yīng)求，通過LXI，就無(wú)需把寶貴的資源用于在PC 中安裝專門的I/O 卡及適配器、接上昂貴的特種電纜或配置儀器上。LAN工具更能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和配置任務(wù)，而且成本低廉，隨時(shí)可用。有時(shí)間識(shí)別功能的LXI A 類和B 類儀器用時(shí)間戳和時(shí)間記錄，可獲得對(duì)系統(tǒng)定時(shí)前所未有的可視能力，能更好地優(yōu)化系統(tǒng)。有時(shí)間識(shí)別功能的儀器允許測(cè)試工程師同步通道，重建時(shí)間序列，以能通過鑒別空閑時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和延遲來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量。同時(shí)也能簡(jiǎn)化系統(tǒng)的支持和維護(hù)。第二，執(zhí)行速度是關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)建立生產(chǎn)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和多通道數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)集成商來(lái)說，執(zhí)行速度是測(cè)試系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。以太網(wǎng)的速度消除了集中式單處理器系統(tǒng)中儀器至控制器的數(shù)據(jù)流量和處理器瓶頸。對(duì)大多數(shù)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說，測(cè)試系統(tǒng)速度大多是由儀器測(cè)量速度決定，而不是I/O速度。LXI儀器是智能儀器，有能力執(zhí)行其它體系結(jié)構(gòu)所不能完成的很多任務(wù)。分布式并行體系結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)性能。
智能儀器的能力加上LXI 定義的通信協(xié)議就構(gòu)成了更有效的體系結(jié)構(gòu)。

　　可識(shí)別時(shí)間的LXI B 類和A 類儀器及系統(tǒng)備用事件記錄，可以幫助工程師清晰得到指定儀器的操作時(shí)間、查錯(cuò)和優(yōu)化。第三，儀器下載代碼日益普及。LXI 的可下載腳本、狀態(tài)調(diào)用和對(duì)等通信等特征完全適合應(yīng)用。不需要儀器和控制器間的運(yùn)行時(shí)間和I/O 流量，代碼就可以直接下載到儀器。除加載儀器控制任務(wù)外，還能提高系統(tǒng)速度和簡(jiǎn)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。對(duì)系統(tǒng)集成者來(lái)說，可極大提高其實(shí)用性和價(jià)值。LXI 對(duì)等通信或群播通信及觸發(fā)可在無(wú)控制器干預(yù)下進(jìn)行初始化，直接的腳本執(zhí)行使眾多功能更加強(qiáng)大。

　　可見，下一代的國(guó)防軍工測(cè)試測(cè)量技術(shù)LXI正助力系統(tǒng)集成工程師們迎接著新的挑戰(zhàn)。測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)置時(shí)間、速度和吞吐量以及特定分析要求。目前，測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域正朝著集成化、虛擬化、自動(dòng)化、國(guó)產(chǎn)化的趨勢(shì)發(fā)展，我們期待著越來(lái)越多的國(guó)產(chǎn)化廠商適應(yīng)最新的挑戰(zhàn)，各大廠商不斷推出類似設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，加速LXI 市場(chǎng)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。