基于C#的某干擾單機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

牛鵬飛，孔 令，王兆麒

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

干擾產(chǎn)品在精確制導(dǎo)中具有重要作用，通過(guò)壓制、欺騙等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的干擾，解決打擊武器“過(guò)得去”的問(wèn)題。目前多采用微系統(tǒng)產(chǎn)品一體化集成方式，以滿(mǎn)足整機(jī)平臺(tái)小型化發(fā)展趨勢(shì)。某型號(hào)干擾單機(jī)具有壓制性和欺騙性組合干擾能力，主要對(duì)信號(hào)進(jìn)行偵收和參數(shù)測(cè)量，自動(dòng)輸出匹配的干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種信號(hào)的自衛(wèi)干擾能力。基于裝機(jī)平臺(tái)的重要性，為了確保產(chǎn)品一次性成功，針對(duì)不同頻點(diǎn)、頻率特征、功率屬性等參數(shù)設(shè)置了大量的測(cè)試點(diǎn)，在不同環(huán)境條件下針對(duì)多重指標(biāo)開(kāi)展大量的驗(yàn)證測(cè)試。傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)試過(guò)程中，需要頻繁地手動(dòng)更換產(chǎn)品輸入/輸出、信號(hào)源、頻譜儀間的信號(hào)線，多套產(chǎn)品間還需要切換電源線，操作頻繁且復(fù)雜。此外，受測(cè)試時(shí)間和人員熟悉程度的限制，單次環(huán)境試驗(yàn)最多可進(jìn)行兩套產(chǎn)品的測(cè)試。隨著交付周期的進(jìn)一步縮短和產(chǎn)品質(zhì)量要求的進(jìn)一步提高，原有測(cè)試方法的弊端愈發(fā)明顯。

基于上述情況，提出一種基于C#的某干擾單機(jī)自動(dòng)測(cè)試方案，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)化測(cè)試，提高測(cè)試效率，在有限測(cè)試時(shí)間內(nèi)提升并行測(cè)試數(shù)量[1]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為提高該干擾單機(jī)的測(cè)試效率，提升并行測(cè)試數(shù)量并實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程的自動(dòng)化，需要解決儀器參數(shù)需自動(dòng)設(shè)置、手動(dòng)換線煩瑣以及測(cè)試數(shù)據(jù)靠人工讀取并手動(dòng)填寫(xiě)表格的問(wèn)題。

基于該干擾單機(jī)的測(cè)試特點(diǎn)和通信協(xié)議要求，計(jì)算機(jī)、電源、信號(hào)源、頻譜儀的儀器連接采用通用并行接口總線（General-Purpose Interface Bus，GPIB）。在測(cè)試時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB總線對(duì)信號(hào)源參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生符合要求的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)篩選灌入到目標(biāo)干擾單機(jī)內(nèi)部。干擾單機(jī)在對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行偵收和參數(shù)測(cè)量后，對(duì)目標(biāo)和威脅等級(jí)進(jìn)行判定，自動(dòng)對(duì)威脅目標(biāo)實(shí)施干擾資源的管理和分配。通過(guò)射頻通道開(kāi)關(guān)將輸出信號(hào)篩選輸出到頻譜儀處，完成對(duì)功率、靈敏度等測(cè)試后再將測(cè)試結(jié)果回傳至計(jì)算機(jī)，與指標(biāo)合格要求進(jìn)行對(duì)比。完成本套干擾單機(jī)測(cè)試后，由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)切換至下一套干擾單機(jī)的測(cè)試，重復(fù)上述測(cè)試流程直至完成全部干擾單機(jī)的測(cè)試工作。通過(guò)該設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)試中的指標(biāo)自動(dòng)配置、通道自動(dòng)切換、信號(hào)輸入輸出自動(dòng)讀取、測(cè)試結(jié)果自動(dòng)分析判別并輸出形成最終的word報(bào)表。

2 硬件設(shè)計(jì)

本測(cè)試系統(tǒng)硬件平臺(tái)主要由控制設(shè)備、測(cè)試儀器以及被測(cè)干擾單機(jī)3部分組成[2]。控制設(shè)備主要包括儀器控制單元與信號(hào)控制單元。儀器控制單元中，測(cè)試儀器通過(guò)GPIB連接至計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)作為控制樞紐，控制信號(hào)源輸出信號(hào)，控制頻譜儀讀取信號(hào)，控制射頻開(kāi)關(guān)切換信號(hào)，同時(shí)控制電源開(kāi)或閉。信號(hào)控制單元中，計(jì)算機(jī)控制信號(hào)源輸出信號(hào)后，通過(guò)功分器將信號(hào)輸入至各信號(hào)支路中，支路經(jīng)過(guò)衰減器、負(fù)載、耦合器、環(huán)形器等外設(shè)接入干擾單機(jī)中。干擾單機(jī)收到外部信號(hào)后調(diào)制產(chǎn)生對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)耦合，通過(guò)I/O96卡控制射頻通道開(kāi)關(guān)進(jìn)行單獨(dú)輸出，由頻譜儀分別測(cè)試。采用該連接方案后，干擾單機(jī)、信號(hào)源以及頻譜儀之間的射頻電纜在測(cè)試過(guò)程中無(wú)需切換，僅需計(jì)算機(jī)根據(jù)測(cè)試需求通過(guò)多串口卡下發(fā)測(cè)試指令，在一定時(shí)序下通過(guò)I/O96卡端口輸出電平控制信號(hào)，可以控制6通道射頻開(kāi)關(guān)通道切換，從而完成各干擾單機(jī)各個(gè)輸出端口的自動(dòng)切換功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

在整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中，儀器控制、信號(hào)控制、指標(biāo)測(cè)試以及報(bào)表輸出等功能的實(shí)現(xiàn)均依賴(lài)于軟件，軟件開(kāi)發(fā)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作。結(jié)合項(xiàng)目的既有經(jīng)驗(yàn)，選定簡(jiǎn)潔、安全面向?qū)ο蟮腃#編程語(yǔ)言進(jìn)行測(cè)試軟件的編寫(xiě)。

3.1 功能單元設(shè)計(jì)

根據(jù)同類(lèi)或類(lèi)似產(chǎn)品特性與測(cè)試項(xiàng)目需求，將軟件各部分按功能進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑庋b成為接口統(tǒng)一、參數(shù)可配置的最小功能單元，便于調(diào)用和二次開(kāi)發(fā)。整個(gè)軟件分為串口通信單元、儀器配置單元、測(cè)試功能單元以及數(shù)據(jù)處理單元4個(gè)部分。通過(guò)串口通信單元建立計(jì)算機(jī)與干擾單機(jī)間的通信鏈路，實(shí)現(xiàn)信息互通。本系統(tǒng)的串口通信單元主要包括RS232與RS422兩種，其他平臺(tái)可直接調(diào)用。通過(guò)儀器配置單元初始化GPIB控制總線，初始化信號(hào)源、電源、頻譜儀等測(cè)試儀器。測(cè)試時(shí)根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)大綱要求對(duì)儀器參數(shù)進(jìn)行配置，建立計(jì)算機(jī)同信號(hào)源、頻譜儀、電源燈儀器的控制鏈路，實(shí)現(xiàn)模擬目標(biāo)信號(hào)、控制供電開(kāi)關(guān)、輸出數(shù)據(jù)測(cè)量等功能[3]。測(cè)試功能單元根據(jù)干擾單機(jī)的使用場(chǎng)景，對(duì)等效輻射功率、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)試，監(jiān)測(cè)干擾單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理單元在指標(biāo)輸出的同時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)并上傳至計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同預(yù)設(shè)好的指標(biāo)要求進(jìn)行比對(duì)，輸出“正確”或“不正確的結(jié)論”[4,5]。完整的原始數(shù)據(jù)為故障分析提供必要的數(shù)據(jù)支撐，生成的數(shù)據(jù)格式方便存檔保存。測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)流程如圖1所示。

圖1 軟件流程框圖

3.2 用戶(hù)界面設(shè)計(jì)

本著簡(jiǎn)單、友好的原則設(shè)計(jì)用戶(hù)界面（User Interface，UI），通過(guò)勾選設(shè)置的方式可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)測(cè)試獨(dú)立指標(biāo)的功能。用戶(hù)界面主要由儀器設(shè)置面板、數(shù)據(jù)測(cè)試點(diǎn)管理面板、指標(biāo)測(cè)試項(xiàng)選擇面板、測(cè)試信息設(shè)置面板、測(cè)試信息顯示面板5部分組成。界面上各功能區(qū)界限清晰，測(cè)試人員能夠快速方便地對(duì)測(cè)試參數(shù)等信息進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)該干擾單機(jī)測(cè)試過(guò)程的快速上手。測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試指標(biāo)項(xiàng)和測(cè)試數(shù)值在前臺(tái)窗口實(shí)時(shí)顯示，正測(cè)試項(xiàng)指標(biāo)情況會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至首頁(yè)。測(cè)試完成后生成標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表，在明顯位置顯示測(cè)試結(jié)論。

4 效果分析

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，選取某型號(hào)干擾單機(jī)進(jìn)行測(cè)試。驗(yàn)證需保證時(shí)間軸足夠長(zhǎng)，以驗(yàn)證系統(tǒng)穩(wěn)定性；頻點(diǎn)范圍足夠廣，覆蓋產(chǎn)品的測(cè)試頻段；產(chǎn)品樣品需足夠多，以保證測(cè)試系統(tǒng)通用性。根據(jù)以上要求，共測(cè)試10個(gè)循環(huán)，每間隔2 h進(jìn)行單次測(cè)試，總測(cè)試周期48 h。測(cè)試范圍覆蓋2～18 GHz，每4 GHz設(shè)立一個(gè)頻點(diǎn)，選取4個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。此外，本次選擇4套產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。

在啟動(dòng)測(cè)試后，按測(cè)試順序完成儀器設(shè)置、測(cè)試頻點(diǎn)設(shè)置等初始化工作，按照通信協(xié)議及時(shí)鐘匹配順序設(shè)置信號(hào)源輸出、產(chǎn)品工作與頻譜儀數(shù)據(jù)讀取，回傳測(cè)試信息，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的報(bào)表輸出與數(shù)據(jù)正確性自動(dòng)判別。采用控制變量法驗(yàn)證系統(tǒng)的正確性，相同設(shè)備不同鏈路測(cè)試情況下，干擾單機(jī)端口的輸出功率是保持不變的。分別測(cè)量手動(dòng)測(cè)試鏈路和自動(dòng)測(cè)試鏈路下頻譜儀輸出、插損，換算出兩種測(cè)試方法下的干擾單機(jī)端口輸出功率。對(duì)4套產(chǎn)品的20組測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，圖2為測(cè)試誤差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

圖2 1號(hào)干擾單機(jī)測(cè)試誤差

通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分析可知，測(cè)試系統(tǒng)能夠與干擾單機(jī)穩(wěn)定通信，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)有較高的一致性和重復(fù)性。此外，測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試全過(guò)程中穩(wěn)定流暢運(yùn)行，在48 h內(nèi)未發(fā)生異常，系統(tǒng)性能良好、可靠性高，測(cè)試效率較手動(dòng)測(cè)試顯著提升。

5 結(jié) 論

本文研究了基于C#的干擾單機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，以多通道射頻單元和功分器為硬件基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了模塊化的最小封裝單元。該系統(tǒng)的C#最小封裝單元軟件代碼庫(kù)可以移植到同類(lèi)產(chǎn)品的測(cè)試中，具有較高的可擴(kuò)展性。通過(guò)測(cè)試，驗(yàn)證了本系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，大幅提升了測(cè)試效率，降低了人力成本。此外，友好的界面與簡(jiǎn)單的信息提示降低了操作難度。