雷達裝備自動測試系統的通用性設計

段道聚，張永禎，張 鵬，朱傳明

(1. 武漢大學 電子信息學院， 武漢 430072； 2. 武漢軍械士官學校 雷達系， 武漢 430075)

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·測試技術·

雷達裝備自動測試系統的通用性設計

段道聚1，2，張永禎2，張 鵬2，朱傳明2

(1. 武漢大學 電子信息學院， 武漢 430072； 2. 武漢軍械士官學校 雷達系， 武漢 430075)

為了滿足雷達裝備對自動測試設備的通用化要求,文中采用混合總線技術，開發了基于PXI和VXI總線的自動測試系統，該系統利用連接器-適配器的接口設計方法實現測試接口的通用性設計，并采用面向信號的思想開發了自動測試系統軟件平臺。文中對雷達自動測試系統的設計思路和通用硬件平臺、測試接口適配器及自動測試系統軟件的設計方法進行了重點闡述。該系統可用于多種現役雷達裝備的自動測試，克服了雷達裝備維修測試中自動化程度低、設備復用率低和人員素質要求高的缺點。

自動測試系統; 通用化; 雷達

0 引 言

雷達作為戰場上的眼睛，在現代戰爭中占據了越來越重要的位置，良好的雷達維修測試技術是縮短維修時間的重要手段。當前，雷達裝備型號眾多，配套的自動測試系統專用性強，通用性不高，造成了裝備維修保障設備的配套成本較高，保障效益比較低。在信息化戰爭形勢下，如何將各種自動測試系統技術進行有效集成，減小測試平臺的種類，實現一套自動測試系統能完成對多種雷達裝備的自動化測試工作，成為雷達裝備保障科研人員的重要課題。

自動測試系統(automatic test system ，ATS)由自動測試設備(automatic test equipment，ATE)和自動測試軟件組成。文獻[1-3]指出了我軍ATS正處于專用向通用的轉變過程中，基于VXI、PXI總線的ATS正陸續推出，通用ATS軟件平臺技術的研究也正在開展，但通用化的雷達ATS還沒有推出。文獻[4]指出ATE與待測設備的接口部分需遵循一定的接口標準，才能使多種類型待測裝備的接口適配器都能方便地接到同一臺ATE，有利用增強ATS的擴展性。文獻[5]比較了面向儀器和面向信號的ATS軟件的優劣，提出了面向信號的平臺化ATS軟件設計框架,代表了當今ATS的研制方向。鑒于此，我們在分析雷達裝備測試需求的基礎上，提出了基于VXI、PXI總線的設計方案，利用標準總線儀器為雷達測試提供豐富的測試資源，以貨架產品形式提供的虛擬儀器開發環境作為ATS軟件開發工具，開發面向信號的自動測試軟件，通過通用接口連接器組件和測試適配器模塊的方法，實現測試接口裝置的通用化設計，從而實現雷達裝備ATS的通用性設計。

1 系統總體方案

雷達ATS的開發按照“通用化、系列化、組合化”的原則設計，選擇Lab Windows CVI作為測試程序集的開發環境，開發內容包括通用測試平臺和測試接口適配器兩部分。通用測試平臺主要由硬件測試平臺和自動測試軟件組成，硬件平臺由主控計算機、VXI模塊、PXI模塊和系統機柜及標準的測試連接器組成，采用“VXI+PXI”的總線體系結構搭建儀器設備，兼顧多種不同公司、不同型號的標準化產品，實現硬件平臺的通用化，采用面向信號的軟件方案開發ATS軟件平臺和測試程序集(test program sets，TPS)，測試程序集是針對不同型號雷達的測試程序，包括TPS管理模塊、TPS開發模塊、故障診斷模塊等，并為用戶進行系統的二次開發提供了軟件編程接口；雷達測試接口適配器采用連結器-適配器結構，針對不同雷達開發了不同雷達的測試接口適配器，連接器-適配器實現ATS測試資源與被測對象的物理連接，包括連接器和適配器，它們共同完成信號分配和信號調理功能。系統的總體結構如圖1所示。

圖1 系統結構示意圖

系統工作時，在軟件平臺的協調下，主控計算機通過1394接口卡和MXI-3接口卡分別對安裝在PXI和VXI機箱中的儀器模塊進行控制。首先，控制開關矩陣將接口適配器引出的被測信號通過標準連接器分時地送到模塊儀器的測試端口；然后，根據被測信號特征，預設模塊儀器的測量狀態；最后，進行測量并將測量結果讀回主控計算機中。為了保證測試系統與不同類型雷達的連接，在本項目中面向測試儀器端口方向采用了VPC公司的通用標準的連接器，該連接器可以安裝接口測試適配器模塊(interface test adapter, ITA)和接口連接適配器組件(interface connection adapter, ICA)，實現被測信號與測試儀器的可靠連接。在使用的過程中，可以根據不同的被測對象改換ITA和ICA，從而實現測試系統的通用性、靈活性和擴展性。

2 硬件設計

2.1 通用測試平臺

通用測試平臺安裝在兩個8U高的標準加固組裝柜中，機箱內安裝了當前各種雷達裝備性能檢測所需的各種虛擬儀器模塊，接口采用標準接口與適配器相連的方式；機箱上下層疊放置，底部加裝腳輪，方便現場測試時移動。其中，上部標準加固組裝柜是NI公司的17槽PXI系統機箱及主控計算機，主控計算機采用2U標準厚的機架型工控計算機，內部安裝VXI、PXI的接口卡，滿足對VXI、PXI模塊儀器的控制和系統及外部計算機的網絡通信要求。顯示器和鍵盤為折疊推拉式結構，安裝高度為標準2U。PXI系統機箱內部包括嵌入式控制器和儀器模塊，儀器模塊包括通用的示波器、萬用表、頻譜儀和數字I/O等，也包括雷達檢測專用的寬帶微波信號源和微波開關模塊；下部標準加固組裝柜安裝Agilent公司的C尺寸13槽 VXI機箱，內部安裝嵌入式控制器及功率計、頻率計、數字I/O等通用模塊；另外，自主研制了VXI總線的伺服控制信號模擬器模塊和毫米波信號測量模塊，用于毫米雷達信號和伺服單元的信號測試，各模塊之間通過背部連接，前面板安裝通用接口連接適配器。該系統硬件平臺可以完成電壓信號、模數信號、離散信號、總線信號和射頻信號的測量，能以手動、自動、單獨測量的方式實現雷達信號的檢測和性能測試。

2.2 接口適配器的設計

接口適配器介于自動測量設備通用標準接口與被測雷達之間，用于轉接和分配各種激勵、控制、采樣和電壓等信號，完成通用平臺總線儀器模塊與被測設備之間的信號轉接與傳遞[4]。該系統設計時，采用信號集中轉接法，集中管理全系統的測試信號的輸入和輸出。本系統的ATE和待測設備組件(UUT)的連接通常采用常用的ICA-ITA的結構來實現。ICA連接測試儀器模塊；ITA一端連接UUT設備，適配器和ICA之間封裝了信號調理模塊，通過插座模塊實現接口互連。測試不同的UUT只需更換相對應的接口適配器便可實現雷達不同系統的測試工作。由ICA轉接的雷達系統UUT的信號包括交流、直流電源、總線信號、數字邏輯信號、高頻和微波信號等，個別高壓、大電流或特殊信號可以單獨轉接。在組建測試系統時，根據測量對象的不同，設計不同的接口適配器，通常稱之為可更換接口測試適配器。ITA和ICA上的插座成對稱關系，由于不同的UUT所擁有的信號類型不一樣，一個被測單元上不可能擁有全部的ICA信號，相應的ITA插座的組成是不一樣的。為了實現TPS 的可移植，接口適配器與測試平臺中硬件的接口必需遵循一定的標準接口連接規范。在設計中采用了VPC公司的接口連接器，并制定了詳細的開發規范。

一種雷達的一個接口適配器裝置的設計，如圖2所示。適配器通過ICA-ITA實現測試資源與被測對象的物理連接，它們共同完成信號分配和信號調理功能。ICA包括接卡器和測試資源接口(指開關系統或直接電纜連接)等部分；ICA是測試資源和信號的匯集接口，是連接被測信號和向UUT輸出激勵的統一接口，它一面連接ITA，另一面連接測試資源，經過變換的UUT信號和測試資源要在這里實現對接。

圖2 接口適配器示意圖

適配器ITA模塊包括UUT連接電纜、UUT接口、外層框架、多路通用轉接開關模塊、信號連接電纜和調理電路模塊等部分，它實現對被測信號和激勵信號的變換，在適ITA結構中UUT接口是連接被測對象的測試端口，該接口上的信號通過ITA內部電纜或信號調理電路，最終在ITA接口上形成與連接器對接的信號，完成測試資源和信號的連接、分配和變換等功能。

3 系統軟件設計

3.1 軟件模型的構建

當前，ATS軟件的設計主要有面向儀器、面向信號和基于參數的方法，面向信號的ATS是現代測試領域的主要研究方向，該方法利用測試程序的可移植性和儀器的可互換性，對測試信號進行了分類歸納，增強了ATS軟件的通用性和擴展性，所以，我們采用面向信號的方法設計了通用型雷達ATS軟件。參照IVI(可互換虛擬儀器)基金會提出的可互換儀器信號模型思想，ATS軟件平臺的設計采用“分層”模式來實現開放式的系統架構[6-8]。所謂的“分層”，是指整個軟件平臺自頂而下是由用戶接口層、核心層、插件層、測試驅動層與儀器設備層等共五個層次組成的，如圖3所示。

用戶接口層面向操作用戶，主要完成與操作用戶的交互工作，提供包括對話框、菜單、工具欄、快捷鍵與命令按鈕等人機交互方式。核心層是ATS軟件的穩定、可靠運行的基礎，由數據總線、事件機制、插件插拔機制、運行引擎以及一些公用服務組成，包括了測試資源管理、測試程序維護、測試系統校準、測試任務執行、數據分析處理以及其他功能服務。插件層用來完成具體的應用處理，包括完成特定測試任務的測試參數、測試程序與應用程序等，它們以插件的形式存在，是動態、可擴充與可替換的。測試驅動層主要存在于各測試參數、測試程序、應用程序與儀器設備之間，作為測試參數、測試程序、應用程序與測量儀器、激勵設備與開關網絡等相關設備測試驅動程序之間進行通信的紐帶。設備驅動層直接面向各個儀器設備資源，其中儀器設備是通用總線模塊，主要包括VXI、PXI模塊儀器和其他標準接口設備等。

圖3 自動測試系統軟件的分層示意圖

3.2 軟件平臺的模塊化設計

根據功能和實際調試流程，自動測試軟件按測試流程，劃分為系統搭建信息、測試序列生成、測試校準、自動測量主模塊和測試數據處理五大功能模塊，另外需要一個頂層的操作平臺模塊共六大模塊。軟件模塊示意圖，如圖4所示。

圖4 系統軟件模塊示意圖

本系統以操作平臺作為人機交互的接口，提供給用戶一個方便的操作平臺，完成對系統搭建、序列生成、系統校準、自動測量、數據處理等模塊的調用。由系統搭建模塊接受用戶的搭建處理信息，搭建適合自己需要的測試系統，保存到系統搭建文件中；序列生成模塊依據系統搭建模塊提供的系統搭建文件以及用戶編輯信息生成測試序列信息，并保存到測試序列文件中；系統校準模塊依據序列生成模塊產生的測試序列信息以及系統搭建模塊提供的系統搭建信息進行系統校準，產生校準數據信息，并保存到校準數據文件中；自動測量模塊依據系統校準模塊產生的校準數據信息以及序列生成模塊提供的測試序列信息進行自動測量，提取測量數據信息，并保存到測量數據文件中；數據處理模塊依據自動測量模塊提供的測量數據文件，進行數據分析、顯示處理與報表輸出等。

3.3 軟件的實現

本項目的軟件主界面是雷達自動測試平臺的主界面，主界面上包含了測試資源管理程序、測試程序、維護程序、測試校準、測試任務執行程序、測試數據分析處理、平臺維護和幫助等程序的窗體，系統運行時，通過圖、文相結合的操作向導引導操作人員執行任務，例如：在執行測試模塊程序時，系統進入自動測量模塊的主界面(如圖5所示)，打開測試序列文件，將會在測試序列信息區顯示測試序列文件所包含的全部測試參數，每個參數的執行狀態均為復位狀態，默認情況下選擇全部測試參數進行測量，用戶可根據自己的需求，在需要測試的測試參數前打勾選擇，對不需要測量的參數則不選擇，這樣在將來的自動測量過程中，自動測量模塊會自動識別用戶的參數選擇，完成一次測試任務。

圖5 自動測量模塊主界面

4 結束語

應用該系統在對雷達裝備進行參數測試時，測試人員首先根據雷達裝備的測試需求配置硬件測試資源，連接相應的測試接口適配器，然后，在測試程序的引導下自動完成測試，生成數據報表。實際測試表明，該系統結構緊湊，便于野外使用，測試頻譜、電壓范圍廣，激勵信號豐富，系統運行可靠，測試數據準確。該系統一定程度上實現了軟件和硬件的無關性，增強了系統擴展性，另外，面向信號的自動測試系統軟件平臺提供了測試程序集的二次開發窗口，可在后期用來開發針對不同雷達的測試程序，大大降低了測試程序開發難度，增強了系統的通用性，實現了雷達裝備ATS的“一機多用”。由于該系統是平臺型測試設備，當前，只開發了部分雷達的測試程序集，下一步要逐步完善其他雷達的測試程序開發，增強系統的實用性。

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段道聚 男，1978年生，碩士研究生，講師。研究方向為檢測技術與自動化裝置。

張永禎 男，1968年生，副教授。研究方向為雷達維修工程。

Universal Design of Automated Test System for Radar

DUAN Daoju1,2，ZHANG Yongzhen2，ZHANG Peng2，ZHU Chuanming2

(1. School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430072, China) (2. Radar Department, Wuhan Ordnance Noncommissioned Officer Academy of PLA, Wuhan 430075, China)

In order to meet the general test requirements of the radar equipment for automatic test equipment, we developed the automatic test system based on PXI and VXI bus by using mixed bus technology. This system used the design method of the connector-adapter interface to design the test interface, and the software platform for automatic test system is developed based on the method of signal oriented system. This paper introduced the design method of the radar automatic test system, and mainly explained the design method of the general hardware platform and the test interface adapter, and the software of the automatic test system was described. The system has ample test resources, compact structure and high automation degree, and can be used to test many kinds of active radar equipments. The system conquered the shortcomings of low automation degree, low equipment reuse rate and high quality requirements for the maintenance in the course of radar equipment maintenance, so this system would have a certain military significance.

automatic test system; universal; radar

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2015.10.017

段道聚 Email：ddjfriends@126.com

2015-06-15

2015-09-16

TP274；TN957

A

1004-7859(2015)10-0069-04