數字陣列模塊自動測試系統的研究與設計

馬小芳

摘 要： 數字陣列模塊是數字陣列雷達的核心組成部分，利用高集成技術將數字收發模塊和模擬收發模塊封裝成一個組件。由于數字陣列模塊數量多、通道數目多、測試指標多，對其進行自動測試變得尤為重要。針對數字陣列模塊的自動測試給出了系統設計，包括硬件和軟件設計。通過應用VC與LabVIEW動態數據交換技術、VC++多線程技術、UDP數據傳輸及數據后處理技術，較好地解決了數字陣列模塊測試數據量大、難處理的問題。通過對某型雷達數字陣列模塊的測試，表明該測試系統達到了很高的測試精度。

關鍵詞： 數字陣列模塊； 動態數據交換； VC++多線程技術； UDP數據傳輸； 數據后處理技術； 自動測試系統

中圖分類號： TN407?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）19?0125?03

Abstract： The digital array module is the core component of digital array radar. A component is packaged with digital transceiver module and analog transceiver module by applying high integration technology. Since the digital array has multi?module， multi?channel and multiply test index， the automatic testing to it has become particularly important. The system design is provided for automatic testing of digital array module， which includes hardware and software design. The large size of test data and hard processing problems of digital array module are solved better by using VC and LabVIEW dynamic data exchange technology， VC++ multithreading technology， UDP data transmission and data post?processing technology. This testing system has reached the higher test precision by testing the digital array module of a certain type radar.

Keywords： digital array module； dynamic data exchange； VC++ multithreading technology； UDP data transmission； data post?processing technology； automatic testing system

隨著數字集成電路技術的發展以及數字波束形成（Digital Beam Forming，DBF）方法研究的不斷深入[1]，雷達設備日趨高集成，數字化技術應用越來越多，通道數目不斷增加。數字陣列雷達是一種接收和發射波束都以數字方式實現的全數字相控陣雷達[2]，數字陣列雷達因具有大動態范圍、多波束、低損耗、低副瓣等優點[3]，受到雷達行業工作者的親睞。數字陣列模塊是數字陣列雷達的核心部件，一臺數字陣列雷達有成千上萬個數字陣列模塊[4]。數字陣列模塊（Digital Array Module）是采用集成技術、數字收發技術、光電調制解調技術，完成雷達射頻收發數字化及數據預處理功能，實現大容量數據傳輸（一般通過光纖）的數字化收發模塊[5]。數字陣列模塊通道數模多，測試指標種類多，測試精度要求高，通過采用動態數據交換技術、VC++多線程技術、UDP數據傳輸及數據后處理技術解決數字陣列模塊測試數據量大，處理難度大等問題。

1 數字陣列模塊原理及其測試指標需求

數字陣列模塊主要由射頻收發單元、中頻數字收發單元及供電模塊構成，如圖1所示。

其中，模擬收發單元主要是完成天線接收的回波信號的放大、下變頻以及發射激勵信號的上變頻和放大；數字收發單元完成射頻收發單元輸出的中頻信號的A/D變換、數字正交解調及產生發射激勵信號。供電模塊給模擬收發單元和數字收發單元供電。

數字陣列模塊測試指標包括接收指標和發射指標。接收指標包括接收增益、通道間一致性、接收信噪比、I/Q鏡像抑制和噪聲系數；發射指標包括發射功率和發射脈內信噪比。

2 數字陣列模塊自動測試系統的研制

2.1 數字陣列模塊自動測試系統的硬件研制

數字陣列模塊自動測試系統的硬件組成框圖如圖2所示。

數字陣列模塊自動測試系統硬件系統主要由測試工裝、數據采集模塊、計算機、儀表及數字陣列模塊組成。其中測試工裝向測試系統提供基準時鐘、同步信號、本振信號以及各種模擬適配接口、數據采集模塊是測試系統的關鍵設備，它是連接計算機和數字陣列模塊的橋梁，數據采集模塊上具有并口、網口、光纖等接口，可以將計算機發布的控制命令下載到數字陣列模塊中，控制數字陣列模塊的工作模式和發射波形碼，同時把數字陣列模塊里采集的數據上傳給計算機。由于計算機的處理能力有限，數據處理會占用大量的CPU時間，降低數據采集的效率，因此數據采集中還應集成脈壓等數據處理功能，這樣可以降低計算機與采集卡間的傳輸數據率。數據采集模塊的原理框圖如圖3所示。endprint

數據采集模塊采用的FPGA是Altera公司的Stratix GX系列，開發工具采用Quartus 9.1。計算機是整個測試系統的核心，通過測試軟件控制整個測試系統的流程。儀表包括信號源、頻譜儀和功率計。其中信號源用于模擬產生接收回波信號，作為數字收發模塊接收模式的輸入信號；頻譜儀完成數字陣列模塊發射改善因子的測量；功率計完成發射功率的測量。

2.2 數字陣列模塊自動測試系統的軟件研制

自動測試軟件是對計算機獲取的數據讀入并對數據做分析運算，運算結果以數據、圖形等形式顯示，同時將運算結果生成數據報表。

該系統的軟件組成框圖如圖4所示。

測試軟件采用LabVIEW，VC語言。LabVIEW平臺負責將采集的數據通過UDP網絡協議傳輸給VC平臺；在VC平臺中主要完成儀器校準、數據傳遞、數據分析處理、測試報表及數據存儲功能。

（1） 儀器校準

VC平臺通過GPIB協議訪問儀表并控制儀表，將儀器的測量誤差數據讀取。

（2） 數據傳遞

LabVIEW和VC平臺的數據傳遞是雙向的，后者準備好后向前者發送握手請求信號，前者向后者發送握手應答信號并按序發送采集到的數據報文。

（3） 數據分析處理

VC平臺收到發來的報文數據后，將根據報文中的數字陣列模塊編號、頻率碼和數據類型碼等解析原始報文，解析后的數據與校準數據融合后進行有效性分析、誤差計算和誤差分析等。

（4） 測試報表

最終結果數據是根據數據采樣率的大小進行實時顯示的。由于數據量、信息量較大，為了方便用戶測試以標簽加報表的形式呈現。測量數據偏差較大時以區分度較大的顏色顯示以提醒用戶。

（5） 數據存儲

隨著采集數據量的急速增加，若采用內存對中間數據存儲會使內存消耗很大、占用資源。本系統采用ACCESS數據庫存儲中間數據和校準數據，采用Excel外部文件存儲最終數據。

除了以上功能外，為了解決數字陣列模塊測試指標多、處理數據量大、難度大的問題，在本系統中還采用了動態數據交換技術、VC++多線程技術、UDP數據傳輸及數據后處理技術。

（1） VC與LabVIEW動態數據交換技術

本系統需要在VC平臺與LabVIEW平臺上使用頻繁的數據動態交換，因此兩軟件之間數據的交換速度和可靠性成為評估軟件設計成果的一個重要指標。LabVIEW實現網絡通信的方法主要有以下幾種：動態數據交換（DDE）；采用RDA技術實現DAQ設備的遠程控制采集；采用TCP，UDP等傳輸控制協議實現網絡通信；利用Remotepanels技術實現遠程數據采集控制；現場實時發布。在VC++平臺中開發通信程序最基本的方法是應用WindowsSocket，本系統基于WindowsSocket通信的API設計了用于和LabVIEW進行通信的接口線程，設置了兩個數據傳輸通道，分別為握手數據通道和測量數據通道。

（2） VC++多線程技術

為了對海量的、由LabVIEW采集來的數據進行分析處理，采用VC++多線程技術，一方面可以將網絡報文的收發放在一個線程中，而將用戶界面處理放在另一個線程中。當用戶對界面進行操作時，操作系統將進行線程切換，為報文收取線程提供完成任務所需的時間；另一方面，程序中需要同時進行高速網絡數據傳輸和低速數據分析處理，在VC++程序中使用多線程技術時，就能以單獨的線程分析處理數據與網絡通信。這樣，在高速網絡數據發送、處理的時候，低速的數據分析處理同時進行，減少了等待所需要的時間總開銷，提高了系統的實時性與可靠性。

（3） UDP數據傳輸及數據后處理技術

一個數字陣列模塊的測試指標數目達幾萬個，這么多數據的處理和傳輸是個非常繁瑣的問題，針對此種情況，采用UDP傳輸技術。即使用UDP數據包對測試數據進行傳輸，此種傳輸方式數據率可達2.5 Gb/s。將數據由采集端接收生成端后需要進行運算，這個過程需要耗費大量時間，采用數據后處理技術，即利用接收下一批數據的時間對上一批數據進行處理來縮短數據處理時間。

3 數字陣列模塊自動測試系統的測試驗證

數字陣列模塊接收指標的測試采用“基于虛擬儀器的接收機技術”模擬雷達數字信號處理環境，對采集到的I/Q數據進行處理后得到各指標測試值。

數字陣列模塊發射指標的測試采用儀表直接測試的方法。功率計測試發射功率，頻譜儀測試發射信噪比，利用GPIB卡對測試數據進行采集并采用“虛擬儀器技術”將測試數據還原為圖形顯示在測試界面中。

通過對某型雷達數字陣列模塊的測試，通過計算軟件測試結果與實際測試值的均方差求出測量精度，如表1所示。由此可以看出，該系統測試精度較高。

4 結 論

針對數字陣列模塊集成度高、通道數目多、測試指標種類多，給出了數字陣列模塊自動測試系統的設計。對系統硬件和軟件進行設計，軟件方面采用VC與LabVIEW動態數據交換技術、VC++多線程技術、UDP數據傳輸及后處理技術解決數字陣列模塊測試數據量大、處理困難的問題。通過對某型雷達數字陣列指標的測試，結果表明該系統達到了很高的測試精度。同時更換測試工裝中的適配接口裝置，該自動測試系統可以應用于其他雷達的數字陣列模塊的自動測試，具有較好的推廣價值。

參考文獻

[1] 陳曾平，張月，鮑慶龍.數字陣列雷達及其關鍵技術進展[J].國防科技大學學報，2010，32（6）：1?7.

[2] 盛永鑫.數字T/R組件接收通道測試方法探討[J].硅谷，2011（7）：177?178.

[3] 李冬芳.數字陣列雷達收發組件自動測試技術研究與實現[J].火控雷達技術，2011（2）：66?71.

[4] 吳新玉.數字T/R組合自動測試系統的設計與實現[D].南京：南京理工大學，2012.

[5] 何宏平，張偉.數字陣列模塊老煉系統的研制[J].電子產品可靠性與環境試驗，2011（6）：39?42.

[6] 朱宇杰.PXI總線雷達自動測試系統研制[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2011.endprint