基于虛擬儀器技術的某型雷達性能測試系統的設計與實現

摘要：基于虛擬儀器技術，設計和實現了某型雷達的性能測試系統。該系統采用PXI總線與GPIB總線相結合的方案，按照以PXI卡式儀器為主，GPIB程控分立儀器為輔的原則設計了系統的組成結構。系統的軟件采用Measurement Studio For Visual Basi開發完成，在軟件設計中采用數據庫技術記錄PXI資源分配情況及設備測試流程，有效地提高了自動測試軟件的可維護性和可擴展性。

關鍵詞：虛擬儀器；性能測試系統；PXI；GPIB；數據庫

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)23-1052-02

Based on the Virtual Instrument of a Certain Type of Radar Technology Performance Test System Design and Implementation

DAI Zhang-min1， HUANG Sheng-ye2

(1.Leiyang in Hunan 95320 Troops， Leiyang 421851， China; 2.Hunan University School of Computer and Communication， Changsha 410082， China)

Abstract: Based on the Virtual Instruments technology， an auto measurement system of radar is developed. This measurement system employs a combination of PXI bus with GPIB bus. Using Measurement Studio For Visual Basic by way of a exploiting tool， we accomplished the design and programme of automotive testing software and predominated the means about system integration based on the virtual instrument.

Key words: virtual Instruments; measurement System; PXI; GPIB; database

1 前言

虛擬儀器(Virtual Instruments，VI)技術通過應用程序將通用計算機與儀器硬件結合起來，它以透明的方式把計算機資源和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，通過軟件對數據進行分析處理，并實現了圖形化用戶接口。虛擬儀器是一種功能意義上的而非物意義上的儀器概念，它的軟硬件具有開放性、互換性、模塊化及可重復使用等特點。

虛擬儀器系統是由計算機、應用軟件和儀器硬件組成，有以DAQ板和信號調理為儀器硬件而組成的C-DAQ測試系統，以GPIB、VXI、Serial 和Fieldbus等標準總線儀器為硬件組成的GPIB系統、VXI系統、串口系統和現場總線系統等多種形式。

2 系統測試需求

該型雷達由天線、發射機、接收機、數據處理機、顯示處理機、監視器等分機組成。本測試系統定位于“冷臺”測試，即能夠在脫離雷達整機的情況下，對雷達各分機獨立進行測試，它涉及的被測信號和激勵信號有：

1） 數字量：

27V輸入若干路，27V輸出若干路；

5V輸入若干路，5V輸出若干路；

2） 模擬量：

電壓輸入信號若干路，電壓范圍為±10V；

電壓輸出信號若干路，電壓范圍為±10V；

3） 脈沖信號：

高精度脈沖輸入信號若干路，要求測量脈沖信號的脈寬、上升時間、下降時間、脈沖幅度、脈沖與脈沖之間的延遲時間等。

4） ARINC－429協議通信線路：

要求接收和發送通道各1路，電氣特性如下：

a 傳輸碼制：雙極性歸零制三態碼；

b 額定電平：高電平+10V，低電平-10V；

c 輸出電平：差動輸出±10V±1V；

d 輸入電平：差動輸入±6.5V~±13V；

e 傳輸速率：位速率100k±1%bps;

f 字長：32位；

g 字間隔：≥12位；

h* 傳輸線：一對雙絞屏蔽線，阻抗60~80Ω。

5） RS232協議通信線路：

要求4對收發通信線路，其中1對通信線路負責上位機與下位機之間的通信，其余3對供測試各分機之間的信號交聯關系。

6） 高頻脈沖信號（為了完成發射機發射功率以及接收機靈敏度的測量，要求選用GPIB總線接口的功率計和信號源各1臺）。

3 系統結構設計

目前虛擬儀器主要形成了四種體系結構：GPIB、PC-DAQ、VXI和PXI。不同體系結構所能達到的性能指標和系統能力不同。

GPIB體系結構是通過GPIB總線將具有GPIB接口的傳統儀器連接起來，實現基于PC機和傳統儀器基礎之上的自動測試系統，能充分利用已有傳統設備，降低構建自動測試系統費用，但是其總線吞吐率較低（標準GPIB方式只能達到1MB/s），所構建的系統過于分散和龐大，不便于移動和運輸，同時系統擴展能力受到一定的限制。

PC-DAQ體系結構是虛擬儀器體系結構中最簡單易用的一種，其實現方式是在通用的PC機上插入通用的數據采集卡，通過軟件編程控制數據采集卡來完成測試系統的功能。優點是系統構建成本最低，便于在實驗室中使用；缺點是系統噪聲較大，電磁兼容性和系統可靠性較差。主要用于組建成本低、測試精度要求不高的測試系統。

VXI體系結構是虛擬儀器體系結構中性能最高的一種，其實現形式是建立在廣泛應用的VME總線之上，通過增加模擬總線、觸發總線、局部總線、冷卻散熱標準、電磁兼容規范等硬件規范和VPP聯盟所規定的軟件規范，提高了硬件模塊的通用性、兼容性和軟件系統的互操作性和易集成性。

PXI體系結構是一種新的虛擬儀器體系結構，來源于Compact PCI（PCI總線在工控領域的應用版本），與VXI總線類似，是在現有流行計算機總線的基礎上，擴展相應的儀器總線，形成標準化的測控平臺。

GPIB總線技術經過多年發展比較成熟，其優越性是通用性、易擴展性；另一方面，PXI總線系統以容易承受的價格提供了其它昂貴測試平臺（如VXI）上高精度儀器才具有的同步、定時特性，能提供高性能的測試、測量和數據采集，具有傳輸速率高、即插即用、方便靈活等突出優點。

為滿足系統測試需求，雷達自動測試系統由主控計算機、PXI測試平臺、GPIB總線臺式儀器、測試儀器柜、設備適配器等組成。共同完成提供自動測試系統的激勵能力、測量能力、通道轉換能力和數據處理能力。

4 自動測試軟件的設計與實現

軟件是影響虛擬儀器系統成本和開發時間的重要因素，它最終決定了測試系統的功能和質量。本系統的軟件開發基于National Instruments公司的Measurement Studio For Visual Basic，采用了通用的測試軟件設計框架。

中央數據庫模塊是一個通用數據庫，主要記錄測試流程、PXI模塊的資源分配關系和測試結果。PXI模塊資源分配關系庫記錄每個PXI模塊的所有通道代表的具體信號；測試結果庫記錄每一次測試工作的測試對象、測試項目的測試結果、完成測試的日期、時間、使用者姓名等信息。

本測試軟件完成的功能有：

1）性能測試：完成雷達各分機的通電運行和測試流程的執行。當用戶選擇了被測雷達分機以后，通知接口適配器給雷達分機通電，然后按照測試流程或用戶選擇的測試項目進行測試，最后給出測試結論。

2）虛擬儀器配置：該模塊包括兩項內容，第一項內容是實時監測PXI機箱的狀態，并顯示監測結果；第二項是將系統中預留出來的一部分測試資源（通道）出讓給用戶，用戶可根據需要對資源進行配置，完成自選信號的測量。

3）臺式設備配置：該模塊與虛擬儀器配置模塊的功能相近，只不過針對的對象為本系統中所使用的GPIB總線臺式儀器。

4）系統維護：只有享受最高權限的系統管理員用戶才可以使用本模塊的內容。該模塊的第一項內容是對使用本系統的操作人員的管理；第二項內容為日志維護；第三項內容為報表管理。

5 結束語

本文在對虛擬儀器技術進行研究的基礎上，設計了某型雷達的性能測試系統，探討了PXI總線結構和GPIB總線結構在測試系統中的應用。本文所設計的測試系統已在若干個單位中與該型雷達配套使用，對及時掌握雷達技術性能和快速排除故障起到了很好的輔助作用，大大提高了技術人員的工作效率。

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