關于無線電機動計量保障系統的設計與實現探討

鄭長春

【摘 要】建立無線電機動檢測系統，是實現裝備計量保障自動化的關鍵。本文將對無線電機動計量保障系統的設計與實現進行探討，首先分析了自動化計量裝置的設計與實現，包括信號發生器、數字示波器和數字多用表等。在此基礎上，探討系統軟件的設計與實現，包括軟件結構設計、數據庫設計和關鍵模塊設計等。

【關鍵詞】無線電技術；機動計量保障；系統設計與實現

0 前言

隨著電子裝備技術的快速發展，其實驗范圍也顯著擴大，對電子檢測技術提出了更高要求。由于在實際工作環境中，電子裝備的種類多、分布廣，在進行無線電計量檢測時，測試項目眾多，數據可靠性要求較高，同時還要求檢測過程盡量簡單。基于上述需求，對無線電機動計量保障系統進行設計與實現，滿足實際工作需要，促進測試設備計量保障技術進一步發展。

1 自動化計量裝置的設計與實現

1.1 信號發生器系統設計

自動化計量裝置是系統的基本組成部分，主要包括信號發生器、數字示波器和多用表等。其中，信號發生器采用信號源自動化計量系統，能夠對150kHz～18GHz頻率范圍內的合成信號發生器檢定測試。系統內的主要裝置包括測試接收機、微波變頻器、功率探頭、微波功率探頭、微波信號源、微波計數器和頻譜分析儀等。這些設備能夠在系統控制下，自動對信號源進行測試。其中，測量接收機頻率范圍為150kHz～1300MHz，利用變頻器可以使測量頻率擴至18GHz。此外，還要更換更高頻率的功率探頭[1]。

1.2 數字示波器系統設計

數字示波器是無線電計量保障的基礎設備，該設備系統能夠對600MHz頻率范圍內的數字示波器技術指標進行測定檢測。系統中包含的主要設備是示波器校準器。本次設計采用Fluke公司出產的5820A型號校準器，該裝置的優勢特點包括：（1）幅度垂直偏轉，使用方波或直流校準，量程幅度準確度高；（2）快沿動態響應，可以檢測模擬或數字變換器的所有垂直偏轉電路瞬態響應，快沿小于300ps；（3）穩幅狀態波的帶寬校驗，正弦信號源具有良好的幅度準確度和平坦度，能夠確定示波器帶寬、檢測不連續性及突降；（4）時標的水平定時，準確度大±3.3×10-7，能夠滿足多數高性能數字示波器的校準需要[2]。

1.3 數字多用表設計

數字多用表在電學的計量測試中十分常用，是無線電機動計量保障系統的關鍵設備之一。目前使用的數字多用表一般帶有GPIB控制接口，對其進行檢測和校準的裝置也帶有GPIB接口，為自動化檢定的實現提供了保障。對數字多用表的檢定系統進行設計，采用5700型號標準設備，具有多功能校準源，可以滿足無線電機動計量保障系統的檢測需要。

2 系統軟件的設計與實現

2.1 軟件結構設計

完整的自動計量測試系統分為多個層次結構，在本次系統設計中，處于最底層的是I/O接口控制軟件，主要負責與硬件設備進行通訊，連接測量目標和被檢測設備。本次設計采用VISA設計I/O接口軟件，VISA是VPP制定的接口軟件標準規范。在I/O控制軟件之上是系統的儀器驅動層，通過應用儀器驅動程序，可以為控制軟件開發提供方便，不必進行程控代碼編制。儀器驅動層的上層是應用軟件層，也是軟件開發的核心部分，需要實現儀器控制、管理服務和人機交互等功能。在系統二是過程中，要引導測試過程，控制硬件設備，并與數據庫連接，自動生成報告，并實現配置管理。在應用軟件層中，可以方便的調用各種測試模塊。比如示波器的自動檢定，采用較為成熟的IVI驅動技術，支持多種型號示波器檢測，而且程序開發效率較高。

2.2 通信協議和標準命令設計

計量保障系統采用IEEE488.2標準協議，該協議提供了程控儀器數字接口的編碼、格式和公共命令，是一個針對性較強的協議標準。IEEE488.2協議對測量儀器的接口信息結構以及信息交換方式進行了規定，可以確保儀器通信軟件的高度兼容，實現儀器間的信息交換和公共命令是被功能。IEEE488.2協議標準主要由三部分組成，包括器件相關規定、系統相關規定和控制者相關規定。具體包括：（1）儀器配置接口功能要求；（2）計算機和儀器的信息傳遞方法，包括信息控制操作；（3）對傳遞消息語法作出精確描述，確定語法原則；（4）規定一組適用于所有儀器的公用命令，可識別儀器固件版本；（5）串行查詢功用狀態報告；（6）儀器與應用程序的同步技術；（7）地址自動配置技術。

可程控儀器標準命令SCPI建立在IEEE488.2標準之上，可以解決特定類型和功用的測量儀器兼容問題，制定統一的技術標準，節省程序開發時間，為儀器數據處理提供一個標準環境。SCPI標準命令面向測試功能，與物理層硬件和程序語言無關，可以使測試程序具有可移植性。

2.3 數據庫設計

本次系統設計采用InterBase7.0數據庫管理系統和Access數據庫，可以保證數據庫的運行穩定，滿足系統設計簡單易用的要求，而且維護成本較低，是性能卓越的大型關系數據庫之一。數據庫設計是無線電機動計量保障系統設計的重要組成部分，用于對測試軟件運行過程中產生的大量信息數據進行存儲和處理。數據庫與各個功能模塊相連，是數據流的起點和終點。無線電機動計量保障系統的數據庫包括4個子數據庫，分別是指標和測試點數據庫、測試證書數據庫、信號發生器數據庫和測試流程庫。其中，信號發生器數據庫的關鍵表包括客戶表、儀器信息表和儀器表等，屬于基本信息模塊，可以減少冗余信息，實現基本數據輸入的規范化管理。指標和測試點數據庫包含多個參數表，一般一個項目對應一個表，負責杉樹設置和指標信息管理，為測試結果判斷提供依據。測試證書信息庫是信息載體，收入證書信息，實現規范化管理。測試流程庫錄入測試流程表，是關于測試項目的流程配置，系統讀取測試流程實現自動化檢測。

2.4 關鍵模塊設計

根據硬件系統和檢測對象，軟件系統也可以分為信號發生器、數字示波器、數字多用表等幾個部分。其中，信號發生器的測定軟件分為六大模塊，分別是識別驗證模塊、測試模塊、信息管理模塊、信息查詢模塊、使用工具模塊和系統維護模塊。其中，測試模塊是整個系統的核心模塊，負責檢測被檢信號源的型號、出廠編號、檢定信息和測試日期等，并將測試信息保存在數據庫中。數字示波器部分的關鍵模塊與信號發生器基本類似，但測試對象和項目有所不同。數字多用表的檢測系統則與前兩個系統有所不同，可以分為5大模塊，包括登錄驗證模塊、測試模塊、信息錄入及修改模塊、證書管理模塊和信息查詢模塊。其中，測試模塊功能包括直流電壓電流測試、交流電壓電流測試、二線和四線電阻測試等。此外，還要進行系統操作界面設計，分別為三個檢測系統設置對應的檢測操作界面，還要具備用戶身份識別功能，通過驗證后，即可進行檢定操作。操作界面的設計應盡量簡潔實用，方便操作，通過點擊相應按鈕，即可完成測試，滿足自動化測定需求。

3 結束語

綜上所述，通過對無線電機動計量保障系統的自動化計量裝置和系統軟件進行設計，基本可以實現設計要求，滿足電子裝備的自動化檢測需求。本次設計采用的基礎設備可以滿足多數工況下，機動計量檢測的準確性要求。通過數據庫與關鍵模塊的設計和實現，能夠為系統數據管理和自動化檢測提供保障。此外，簡潔實用的操作界面，可以滿足檢測過程操作簡單的需求。

【參考文獻】

[1]劉智超.測繪裝備機動計量保障系統設計與實現[D].解放軍信息工程大學，2012.

[2]王琳娜.無線電機動計量保障系統的設計與實現[D].電子科技大學，2011.endprint