面向衛(wèi)星通信終端中頻模塊的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1 引言

中頻模塊是衛(wèi)星通信終端的重要模塊，其生產(chǎn)過(guò)程中的調(diào)試測(cè)試任務(wù)是一項(xiàng)尤為重要的任務(wù)，目前生產(chǎn)中頻模塊的單位對(duì)于中頻模塊的測(cè)試工作普遍采用人工手動(dòng)的工作形式。但是對(duì)于大批量生產(chǎn)的中頻模塊，測(cè)試任務(wù)繁重、且人工手動(dòng)測(cè)試工作形式存在以下的不足：

（1）測(cè)試過(guò)程中對(duì)儀器儀表按鍵進(jìn)行頻繁操作，容易導(dǎo)致按鍵失靈，儀器儀表折舊快；

（2）手動(dòng)記錄數(shù)據(jù)出錯(cuò)率大，檢測(cè)的準(zhǔn)確性下降，整體工作效率低下；

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理分散，數(shù)據(jù)記錄完整性和準(zhǔn)確性受環(huán)境因素影響較大。

為了解決上述問(wèn)題，從提高測(cè)試工作效率的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)一套針對(duì)中頻模塊的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，改善人工操作測(cè)試工作中的儀器設(shè)置耗時(shí)，數(shù)據(jù)記錄容易出錯(cuò)等情況。中頻模塊自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：

（1）實(shí)現(xiàn)中頻模塊產(chǎn)品的業(yè)務(wù)發(fā)性能指標(biāo)測(cè)試、業(yè)務(wù)收性能指標(biāo)測(cè)試、TDM收性能指標(biāo)測(cè)試、晶振校準(zhǔn)和10 MHz晶振輸出性能指標(biāo)測(cè)試等五項(xiàng)內(nèi)容的自動(dòng)測(cè)試，減少人工手動(dòng)測(cè)試時(shí)對(duì)每臺(tái)設(shè)備投入的所需耗費(fèi)的時(shí)間；

（2）實(shí)現(xiàn)生成調(diào)試記錄表的功能，提高編寫(xiě)數(shù)據(jù)記錄表的處理速度；

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器儀表的控制，提高控制精度；

（4）變手動(dòng)測(cè)試為自動(dòng)測(cè)試，使得測(cè)試可視化，便于管理測(cè)試進(jìn)度。

針對(duì)中頻模塊檢測(cè)的現(xiàn)狀和實(shí)際需求，提出了針對(duì)性的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。最后，對(duì)測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試有效性進(jìn)行評(píng)估說(shuō)明。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 功能架構(gòu)

自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示，主要分為儀器控制和數(shù)據(jù)處理兩大部分，其中儀器控制包括儀器自檢、儀器參數(shù)設(shè)置和指標(biāo)測(cè)試3個(gè)子模塊，數(shù)據(jù)處理主要是對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)按照規(guī)則進(jìn)行處理和保存，可供用戶(hù)查閱和生成測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表。實(shí)現(xiàn)的測(cè)試指標(biāo)包括；業(yè)務(wù)發(fā)性能指標(biāo)、晶振校準(zhǔn)、TDM收性能指標(biāo)、業(yè)務(wù)收性能指標(biāo)和10 MHz晶振輸出性能指標(biāo)等5項(xiàng)。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)，結(jié)合自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)對(duì)儀器儀表進(jìn)行自動(dòng)操作的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，LabVIEW作為虛擬儀器技術(shù)的通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，集成了自動(dòng)化測(cè)試軟件所需的資源，如多種儀器儀表的驅(qū)動(dòng)、操作面板的控件等，對(duì)中頻模塊實(shí)現(xiàn)相位噪聲、帶內(nèi)雜散、輸出功率、信號(hào)調(diào)制、晶振輸出性能指標(biāo)、晶振校準(zhǔn)等多個(gè)項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)試。

采取了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和處理，保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的完整性和安全性，同時(shí)提供報(bào)表管理，針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所存儲(chǔ)的測(cè)試數(shù)據(jù)，用戶(hù)可以自己定制報(bào)告模版或者自動(dòng)生成報(bào)告的形式輸出檢測(cè)測(cè)試報(bào)告，為測(cè)試數(shù)據(jù)提供了高效的管理。

2.2 系統(tǒng)組成

自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的系統(tǒng)連接如圖2所示，中頻模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件安裝于計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)通過(guò)串口數(shù)據(jù)線與調(diào)試架進(jìn)行連接，通過(guò)網(wǎng)線與信號(hào)源、頻譜儀、示波器進(jìn)行連接。通過(guò)計(jì)算機(jī)與各類(lèi)儀器的連接實(shí)現(xiàn)控制操作，并利用編程指令對(duì)信號(hào)源、頻譜分析儀、示波器等多種儀器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的自動(dòng)測(cè)試，并利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和保存，最終以測(cè)試記錄表作為測(cè)試輸出。

圖2 測(cè)試平臺(tái)儀器連接框架圖

考慮多種頻譜儀、信號(hào)源使用的兼容情況，自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試控制部分實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜儀：R&S FSV7、R&S FSV40、R&S FSW8、Agilent E4440A、Agilent N9010A、，信號(hào)源：Agilent E4438C、R&S SMJ100A、R&S SMU200A，示波器：R&S RTO1012，掃描搶?zhuān)篠ymbol LS2208的操作控制，且能夠根據(jù)需求擴(kuò)展更多的儀器儀表。

2.3 軟件架構(gòu)

自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)軟件架構(gòu)如圖3所示。UI層是用戶(hù)界面層（User Interface）。負(fù)責(zé)封裝與用戶(hù)的雙向交互、屏蔽具體交互方式；SI層是系統(tǒng)交互層（System Interaction）。負(fù)責(zé)封裝硬件的具體交互方式，以及封裝外部系統(tǒng)的交互；PD層是問(wèn)題領(lǐng)域?qū)樱≒roblem Domain）。負(fù)責(zé)問(wèn)題領(lǐng)域或業(yè)務(wù)領(lǐng)域的抽象、領(lǐng)域功能的實(shí)現(xiàn)；DM層是數(shù)據(jù)管理層（Data Management）。負(fù)責(zé)封裝各種持久化數(shù)據(jù)的具體管理方式，例如數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、二進(jìn)制文件、文本文檔、XML文檔、Flash存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。

圖3 自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)軟件分層架構(gòu)圖

軟件具有對(duì)中頻模塊執(zhí)行指標(biāo)測(cè)試、測(cè)試參數(shù)設(shè)置、儀器儀表參數(shù)配置、用戶(hù)管理、報(bào)表管理的功能模塊。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)中頻模塊的業(yè)務(wù)發(fā)性能指標(biāo)、TDM收性能指標(biāo)、業(yè)務(wù)收性能指標(biāo)、10 MHz晶振輸出性能指標(biāo)以及晶振校準(zhǔn)五個(gè)性能指標(biāo)。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的通用軟件架構(gòu)如圖4所示，實(shí)現(xiàn)不同廠家的多類(lèi)型儀器儀表的集成，在軟件架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)儀器儀表的可擴(kuò)展性，通過(guò)定義父類(lèi)與子類(lèi)繼承關(guān)系，子類(lèi)實(shí)現(xiàn)具體方法，從而能夠滿(mǎn)足各種類(lèi)型儀器儀表的兼容控制同時(shí)還能夠兼容自研調(diào)試夾具的集成。通過(guò)配置管理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集設(shè)備（即儀器儀表）驅(qū)動(dòng)的調(diào)用配置，并通過(guò)儀器儀表驅(qū)動(dòng)來(lái)控制儀器儀表對(duì)被測(cè)件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（即測(cè)試過(guò)程）。采用基于NI公司的LabVIEW開(kāi)發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為程序語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)發(fā)性能指標(biāo)、晶振校準(zhǔn)、TDM收性能指標(biāo)、業(yè)務(wù)收性能指標(biāo)和10 MHz晶振輸出性能指標(biāo)等指標(biāo)的自動(dòng)測(cè)試。

軟件界面如圖5所示。

圖4 自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)軟件通用架構(gòu)圖

3 有效性驗(yàn)證

圖5 自動(dòng)測(cè)試軟件界面

比對(duì)測(cè)試驗(yàn)證采用的驗(yàn)證方法：

（1）選取10臺(tái)中頻模塊，分別每臺(tái)進(jìn)行一次自動(dòng)測(cè)試，得到10組自動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)；再在其中選取一臺(tái)進(jìn)行一次手動(dòng)測(cè)試，得到1組手動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)。

（2）比較自動(dòng)測(cè)試與手動(dòng)測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到的絕對(duì)差和臨界差，絕對(duì)差不大于臨界差，認(rèn)為結(jié)果一致，否則則認(rèn)為不一致。

表1 各指標(biāo)比對(duì)驗(yàn)證結(jié)果

把各指標(biāo)細(xì)分成41項(xiàng)小指標(biāo)，從表1得到，比對(duì)測(cè)試驗(yàn)證的結(jié)果自動(dòng)測(cè)試與手動(dòng)測(cè)試結(jié)果不一致的指標(biāo)有兩項(xiàng)，分別是業(yè)務(wù)發(fā)帶內(nèi)雜散環(huán)路2-4G和TDM收輸出幅度3G-I路。

從驗(yàn)證結(jié)果得到，出現(xiàn)不符合項(xiàng)的指標(biāo)分別是業(yè)務(wù)發(fā)帶內(nèi)雜散和TDM收輸出幅度。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)試過(guò)程分析得到，造成這兩項(xiàng)指標(biāo)不符合的主要原因是業(yè)務(wù)發(fā)帶內(nèi)雜散和TDM收輸出幅度測(cè)試數(shù)據(jù)浮動(dòng)較大，而這兩項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)浮動(dòng)是實(shí)際存在的，與自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)測(cè)試方法無(wú)關(guān)。帶內(nèi)雜散的結(jié)果不穩(wěn)定，主要由于調(diào)試架隨機(jī)產(chǎn)生的不確定的雜散信號(hào)導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)的隨機(jī)性較大。輸出幅度的結(jié)果不穩(wěn)定，主要由于測(cè)試過(guò)程中調(diào)試架和中頻模塊沒(méi)有提供固定而穩(wěn)定的示波器的接地端。

驗(yàn)證過(guò)程中分別統(tǒng)計(jì)了自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)測(cè)試的總耗時(shí)，計(jì)算均值得到結(jié)果：自動(dòng)測(cè)試平均耗時(shí)為13分鐘，手動(dòng)測(cè)試平均耗時(shí)為20分鐘，自動(dòng)測(cè)試比手動(dòng)測(cè)試的效率提升了35%。

4 結(jié)束語(yǔ)

中頻模塊自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)已經(jīng)應(yīng)用于衛(wèi)星通信終端中頻模塊產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)試，從原來(lái)調(diào)試工程師最快手動(dòng)調(diào)試超過(guò)20分鐘減少至低于13分鐘，測(cè)試效率提升35%，測(cè)試準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上。中頻模塊自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)試流程的自動(dòng)化管控，避免了因主觀因素產(chǎn)生的失誤，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)降低了人力成本和設(shè)備老化速度，提高企業(yè)生產(chǎn)管理的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量水平。