某型綜合測試設備總體設計及應用

張子杰，巨文婷，任 丹，曾慶云，史華成

（中航工業洪都，江西南昌330024）

某型產品（以下也稱被測設備）在用戶使用后需要進行必要的維護，以保障該系統正常工作，因此，決定在該產品的研制過程中，并行開展某型綜合測試設備（以下簡稱綜合測試設備）的研制工作。

1 研制目的和目標

綜合測試設備研制的目的是：研制一種可以測試射頻信號、測試數字傳輸體制的綜合測試設備。

綜合測試設備主要用于飛行前對被測設備的整體性能進行測試，并且對出現的故障進行故障診斷、定位。

綜合測試設備主要功能：對被測設備進行功能性檢查，以確定其是否正常工作；對被測設備主要性能指標進行檢測，以判定其是否合格；對被測設備各電子組件功能和性能進行測試；對有故障的被測設備及各電子組件進行故障診斷定位，以便快速順利地完成修復任務。

2 總體研制設計原則

1)先進性原則：測試系統要具有先進性，以保證被測設備在研制、生產和使用過程中，檢測人員能快速、簡單、高效地完成檢測任務；

2)成熟性原則：系統方案應本著成熟、實用的設計思想，以成熟先進的器件為基礎，加上少量關鍵技術的研究來研制本系統；

3)擴展性原則：考慮到技術的發展以及對系統本身要求的提高，系統應具有一定的擴展能力，從而保證系統具有一定的使用周期；

4）經濟性原則：在遵循以上設計原則的條件下，盡量壓縮經費的投入，以最小的代價換取最大的收益；

5)兼容性原則：在原型綜合檢測設備的技術基礎上，根據測試需求進行一定的設計更改，同時滿足原型被測設備的測試需求。

3 設計措施

3.1 防插錯設計

插件與機箱選用防誤插連接器，同一塊面板上的電連接器選用型號不同的連接器。

3.2 可靠性與環境適應性設計措施

為確保可靠性與環境適應性指標的實現，在產品設計中采取如下措施：

1)降額設計：降低元器件、零部件的工作應力（電、熱、機械應力）；

2)熱設計：利用熱傳導、對流、輻射等原理進行合理的熱設計，提高產品的可靠性；

3)三防設計：所有的電路板都噴涂三防漆，以提高電路板的可靠性；

4)防震性設計：附件都牢固安放在組裝箱內，對抗震性較差的部件進行減震處理。

3.3 安全性設計措施

1)安全接地，減小電源漏電時對設備及測試人員的人身傷害；

2)在不影響測試的情況下，盡量減少微波發射時間，減少對測試人員的電磁輻射，并提高保密性。

4 硬件總體設計

綜合測試設備的最終用戶是部隊，綜合國內外武器系統檢測設備的研制情況，結合現有測試系統的研制技術，我們決定綜合測試設備采用C尺寸VXI總線儀器，這是基于以下幾方面的考慮：

1)VXI是基于VME總線，在對儀器進行擴展的同時，它保留了VME模塊化系統的方法，成功地減小了儀器系統的尺寸并提高了系統集成化水平；

2)VXI有1000多種不同的模塊，是一種集成大型測試系統的有效技術，并且已經成功的應用于軍用航空測試和制造業測試；

3)在EMI（電磁干擾）方面，為了使系統中不同模塊間輻射干擾的相互影響最小，VXI規范要求所有VXI模塊都封裝在金屬屏蔽裝置中；并且VXIbus總線規定了系統傳導及輻射EMC（電磁兼容）產生和敏感度的上限。EMC的限定保證了包含敏感電路的模塊能夠完成所期望的操作，而不受到系統中其它模塊的干擾。

4.1 綜合測試設備組成

4.1.1 總體測試要求

為滿足測試要求，綜合測試設備需要對產品的電氣接口、無線接收信道、無線發射信道、天線伺服系統、數據記錄裝置各部分功能及性能指標進行測試。在被測設備整體性能測試由故障時，能夠分別對各個電子部件進行單獨測試以進行故障定位。綜合測試設備測試原理框圖如圖1所示。

圖1 綜合測試設備測試原理框圖

4.1.2 VXI儀器資源

綜合測試設備采用C尺寸13槽VXI機箱，VXI總線儀器包括：VXI總線嵌入式計算機、1553B模塊、數字多用表、微波功率計模塊、掃描開關模塊、控制開關模塊、計數器模塊、RS422模塊、數字IO模塊、指令發射通道測試模塊、圖像接收通道測試模塊和伺服測試模塊。

1553B模塊用于模擬被測設備與外部設備的通信；數字多用表模塊用于測量被測設備的模擬量輸出；微波功率計模塊用于測量指令發射機的發射功率；計數器模塊用于測量被測設備的頻率信號；數字IO模塊用于監測被測設備的數字量輸出；RS422模塊用于測試各電子箱的RS422通道，還可以監測通過RS422返回來的數據；掃描開關和控制開關用于合理分配測試資源。伺服測試模塊用于測試伺服機構各組成部分是否故障；指令發射通道測試模塊用于測試指令發射通道的功能和性能指標，高頻信道符合指令發射機的解調、解碼要求；圖像接收通道測試模塊用于測試圖像接收通道的功能和性能指標，高頻信道的圖像壓縮算法、編碼方式、無線調制方式符合圖像接收機的要求。

4.1.3 測試單元適配器TUA

測試單元適配器用于信號調理與分配轉接，它是連接被測設備和測試控制儀器的“橋梁”。供電電源通過TUA內部供電開關實現對被測設備供電通斷；測控設備的控制或激勵信號經過TUA送往被測設備；由測試電纜傳送下來的被測信號在TUA內經調理分配后送往各測試儀器。

4.1.4 供電系統

綜合測試設備除了自身供電外，還要為被測設備提供AC115V/400Hz三相四線交流和DC28V電源。本設備儀器部分既支持220V/50Hz供電，又支持AC115V/400Hz供電。這樣，當綜合測試設備在外場工作時，只需地面電源車供電即可。

當采用220V/50Hz供電時，供電示意圖如圖2所示。

當采用地面電源車供電時，不再需要電源轉換系統。供電示意如圖3所示。

圖2 220V/50Hz供電示意

圖3 地面電源車供電示意圖

4.2 硬件方面采取的關鍵技術

1)基于VXI總線的數字化圖像接收通道測試模塊的研制

圖像接收通道測試模塊主要用于測試圖像接收信道的功能和接收靈敏度。對于圖像接收通道的測試涉及的參數較多，為降低成本、方便使用，只測試對被測設備性能影響最重要的參數。其它各部分也將按此原則設計。

采用圖像信號源經過程控衰減器發射信號，通過被測產品的接收通道接收、解調信號并對接收信號進行分析可測出接收機中兩個接收模塊的接收靈敏度。圖像信號源經程控衰減器及發射天線向被測設備發射圖像信號，仿真發射出的圖像信號。通過計算機控制程控衰減器逐漸提高衰減系數，在不同的衰減系數下對接收到的數字圖像數據信號用軟件作相關分析即可測試出接收機的靈敏度。

2)基于VXI總線的數字化指令發射通道測試模塊的研制

指令發射通道測試模塊主要用于測試指令發射通道的功能和技術指標，計算機通過1553B總線控制被測設備的指令發射機發出指令，指令通過發射通道經發射天線發射到測試系統天線，信號經測試系統程控衰減器到微波功率計，測量發射功率；經指令接收單元接受指令，送計算機對指令進行分析。

5 軟件總體設計

5.1 軟件總體要求

在軟件系統中提供檢測設備的自檢功能，被測設備的性能測試功能，故障診斷功能等。故障診斷模式以數據庫的方式存入計算機，通過故障診斷軟件分析出故障定位結果，故障特征可用戶擴充。

測試及故障診斷流程以獨立于軟件的測試流程描述語言方式輸入計算機，由軟件解釋執行，流程可獨立修改。

全部儀器操作均以軟面板的方式完成。

5.2 軟件的設計原則

1)軟件應具有較高的可靠性；

2)軟件應具有較高的效率；

3)軟件應盡可能保證不同平臺和不同操作系統之間的可移植性，不同測試接口之間最大的兼容性及互換性和不同測試系統的通用性。

5.3 軟件方面采取的關鍵技術

在傳統的測試系統軟件編制過程中，軟件的編寫主要是以測試流程為依據，從頭至尾一步一步編寫。傳統的測試軟件直接調用底層I/O函數與儀器進行通信，當底層硬件更換后或使用其它的通信接口時，軟件也必須重新編寫。所以，傳統測試軟件的通用性、可維護性和擴充性都很差。

為了克服傳統測試軟件的缺點，本軟件采用了幾種較新的技術，提出了一個自動檢測系統通用軟件框架，該框架適用于絕大多數測試系統。由于采用了上述幾種技術，可以保證按照該框架編制的軟件具有較好的通用性、可維護性、可擴充性、移植性、互換性和獨立性等特點。

為了達到設計要求，在軟件設計時采用了以下關鍵技術：

1)采用LabWindows/CVI軟件開發環境，保證不同平臺及操作系統之間的可移植性；

2)采用VISA（虛擬儀器軟件結構）技術保證不同測試接口之間的兼容性及互換性；

3)采用ODBC（開放數據庫互聯）技術及SQL數據庫查詢語言，保證軟件的通用性。

軟件通用框架不隨被測對象的改變而變化，被測對象不同，軟件界面不同，對應的測試流程庫不同。因此，從測試軟件來看，不同的測試對象，只需改變軟件界面和測試流程庫即可滿足測試要求，大大提高了系統的通用性。

6 綜合測試設備應用情況

2012年8月，第一套綜合測試設備隨被測設備出廠進行地面試驗保障，2013年5月隨被測設備轉場參加定型試飛。

在被測設備在其他型飛機上進行使用時，綜合測試設備也將隨之配套使用。

7 結語

某型綜合測試設備研制歷時三年多，先后完成了方案設計、概要設計、詳細設計、工程實現和系統調試，并進行了大量的試驗驗證。結果表明，該設備的性能穩定可靠，操作方便，能快速順利地完成測試任務。其人性化的用戶界面，簡易快捷的使用操作，高效能的測試流程等特點受到用戶的一致好評。

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