導引頭點頻源多套自動測試系統設計

李茂，汪子琦，陸麗琴，何正宣

（中國電子科技集團公司第二十九研究所，四川成都，610036）

0 引言

點頻源模塊廣泛應用在通信、雷達、導航、電子偵察、干擾和抗干擾、宇航、衛星通信、遙測、遙控、廣播、電視以及現代測量儀器儀表等無線電技術領域，是現代電子對抗武器裝備的重要組成部分。導引頭點頻源主要為信號處理器、數字處理器提供參考基準信號，為導引頭接收機的本振信號提供時鐘信號，是構成導引頭的關鍵部件，它的性能優劣直接影響到導引頭的整體性能[1-3]。

首先，點頻源作為導引頭的核心部件，其測試覆蓋性要求高，測試指標項目多，包括輸出頻率、輸出功率、雜波抑制、諧波抑制、相位噪聲等等，各指標項測試頻率點多，因此其測試過程復雜。其次，由于導引頭點頻源對質量穩定性要求高，在生產過程中需要經過多次環境篩選試驗，在各個工序均需要進行全程加電測試，這種多工序多指標的測試要求，使得人工手動測試點頻源的難度大、時間長、工作量大、頻繁更換測試射頻電纜易出錯。最后，由于近年來產量的提升，儀器、設備等資源已無法滿足要求，需要利用其中一套產品的等待時間完成另外幾套產品的測試，即一個測試系統在一個生產周期內需要由測試一套產品優化為測試多套產品。

基于以上分析，手動測試的方式已無法滿足當前的生產需求，急需開發針對點頻源的自動測試系統，實現點頻源的多套自動測試，提升生產效率，以滿足客戶對于質量和交付期的要求。

1 系統硬件組成及工作原理

1.1 系統硬件組成

導引頭頻率源多套自動測試系統由頻譜分析儀、信號源、多路直流電源、測試計算機、GPIB卡、PCI-96通道數字IO卡、單刀六擲射頻同軸開關、測試機柜、連接系統所需的電纜等組成。根據系統設計要求，要實現點頻源的多套自動測試有兩個關鍵點：自動和多套。硬件的設計將圍繞這兩個目標展開，詳細分析如下。

首先構建自動測試的硬件能力。對于頻譜儀、信號源與直流電源的控制，采用儀器控制中最常見的GPIB總線[4-5]，其具有低時延、高可靠的、帶寬適中的特點。因此頻譜儀與直流電源均需具備GPIB接口。對于產品的控制，采用自主開發的PCI-96通道數字IO卡實現。

其次構建多套自動測試的硬件能力。單個點頻源有六個射頻通道需要測試，需要一個單刀六擲射頻同軸開關實現自動測試，多套產品則需要構建開關網絡實現多套產品測試的射頻通道切換。

經過以上分析，系統的硬件組成框圖如圖1所示。

圖1 系統硬件組成框圖

1.2 系統工作原理

完成測試系統硬件搭建后，首先測試所有通道的插損：將連接點頻源輸出端口的射頻電纜連接至信號源，由測試計算機通過GPIB總線控制信號源輸出相應的頻率及功率，頻譜分析儀接收信號后上報至測試計算機，據此計算出各通道插損。由測試計算機通過GPIB總線控制多路直流電源給4套點頻源和5個單刀六擲射頻同軸開關供電，通過PCI-96通道數字IO卡下發測試指令控制點頻源依次開始6個通道參數測試，點頻源的射頻信號進入單刀六擲開關，計算機通過PCI-96通道數字IO卡控制開關通道切換，四個分開關的輸出信號進入總開關后經切換通道輸出至頻譜分析儀，頻譜分析儀對點頻源產生的信號進行測試，并將測試數據通過GPIB總線上報至測試計算機，由測試計算機對數據進行分析，判定是否合格并生成測試報告，完成多套產品的自動測試。

2 系統軟件設計

系統軟件需實現儀器狀態設置、開關通道切換、時間軸控制、產品協議解析、儀器驅動、指標測試、報表生成等功能，軟件開發環境選擇Microsoft Visual Studio 2010，開發語言選擇C#。C#語言編程簡潔高效并有可靠的內存回收機制，非常適合進行自動測試平臺的開發。

2.1 軟件模塊設計[6]

點頻源自動測試系統軟件采用模塊化的開發模式，每個模塊實現獨立的系統功能，根據自動測試要求，系統軟件主要包括硬件驅動模塊[7]、產品參數配置模塊、多套循環定時模塊、產品參數自動測試模塊、數據監控及分析處理模塊、報表生成模塊等功能模塊。

（1）硬件驅動模塊：包括信號源、頻譜儀、多路直流電源、單刀六擲射頻開關等設備的驅動庫，通過GPIB、PCI-96通道數字IO等總線按照指定的程控協議對相關設備進行初始化、參數設置等。

（2）產品參數配置模塊：對結構化配置文件XML進行節點解析，配置待測試產品的信息以及測試項目，讀取待測產品課題編號、待測通道、待測參數指標、合格判據等測試參數信息。

（3）多套循環定時模塊：點頻源作為某裝備的重要組成部分，需保證在復雜環境下產品的可靠性，因此某工序需要連續進行數十個小時高低溫循環測試，產品與設備需要反復加電、斷電、參數設置等。通過定時器控件對加電線程、測試線程進行時間軸控制，滿足定時循環測試的一鍵式測試需求。

（4）產品參數自動測試模塊：按照產品規范對點頻源的輸出頻率、輸出功率、雜波抑制、諧波抑制、相位噪聲等指標進行測試方法編寫及封裝，完成指標測試及合格判斷。

（5）數據監控及分析處理模塊：對多套產品上報的數據進行報文監聽和解析，按照產品通信協議進行解包，結果實時顯示于采集窗口。對測試數據進行分析處理，不合格數據自動報紅，提醒測試人員進行異常處理。

（6）報表生成模塊：調用Microsoft Office Word交互接口，對測試數據、測試項目、產品編號、測試地點、溫濕度環境條件等進行記錄并自動輸出標準化的Word報表，對數據進行完整準確地存儲，實現質量問題數據可追溯的功能。

2.2 主要函數說明

OpenInstrument()函數用于對儀器進行初始化設置，建立測試計算機與信號源、頻譜儀、多路直流電源、單刀六擲射頻開關之間的通信鏈路。

PfsTestFrePow()函數用于控制點頻源的輸出功能通道和工作頻點，實現輸出頻率/功率的自動測試。

PfsTestPn()函數用于相位噪聲的自動測試。

PfsTestCs()函數用于雜波抑制自動測試。

PfsTestHs()函數用于諧波抑制自動測試。

SaveResults()函數用于記錄保存測試結果，自動生成標準化的word測試報表。

ChannelSelect()函數用于選通指定點頻源的指定通道。

LoseTest()函數用于對測試環境的各個測試通道進行插損測試。

TestDisplay( )函數用于執行測試線程，并將測試結果實時顯示至UI。

GenTime()函數用于按用戶配置生成測試時間軸，通過計時器對時間塊進行計算，并定時觸發相應測試動作。

綜上所述，具體的產品測試流程如圖2所示。

圖2 產品測試流程圖

2.3 用戶界面設計

UI(用戶界面)設計采取“以用戶為中心”[8]的設計準則，界面設計強調主體信息，弱化附加信息；強調功能至上，弱化設計風格；簡潔實用，符合測試人員操作習慣，同時兼顧了邏輯性和美觀性。界面如圖3所示。

圖3 自動測試程序用戶界面

用戶界面總體分為左右兩大部分，左邊部分主要完成基本信息設置功能，包括測試信息填寫、儀器參數設置、測試指標項選定、啟動按鈕等等；右邊部分主要為數據實時顯示窗口，包括多套循環時間顯示、各指標測試數據實時顯示、插損測試數據顯示等等。此外，每一步操作均有彈窗提示，用戶體驗良好，一旦啟動自動測試，整個測試過程無需其他操作，系統將自主完成測試、數據分析、數據存儲和顯示等功能。

3 系統應用實例

為驗證該測試系統的準確性和可靠性，隨機選取4套某點頻源進行驗證。首先采用手動方法對4套產品的所有通道、所有指標項進行覆蓋性測試，并記錄結果；然后利用該多套自動測試系統對4套產品進行測試，并自動記錄結果。反復進行3次上述測試，取平均值，將手動測試結果與自動測試結果進行比較，其中一套產品的測試數據結果對比如圖4所示。結果表明自動測試與手動測試結果基本一致，準確性好、可靠性高，滿足產品規范的檢驗要求；同時，實際測試的時間點與時間軸設定的測試時間點完全相同，滿足多套產品定時循環測試要求，測試系統達到設計目的。

圖4 手動測試與自動測試結果對比圖

4 結論

本文研究了以GPIB總線和PCI-96通道數字IO技術為基礎構建了硬件平臺，在Visual Studio 2010開發環境內基于C#語言開發了系統的測試軟件，設計了“以用戶為中心”的交互界面，實現了導引頭點頻源自動測試系統設計，之后對該系統的性能進行了實際應用驗證，效果良好。該系統目前在我所已經成熟運用，并且經過了上百套產品的長時間檢驗，可靠性高、穩定性好。該系統運用后解決了點頻源相位噪聲、諧波抑制、雜波抑制等復雜指標的測試難題，實現了多套產品的全自動測試，將測試時間縮短到了原來的六分之一，極大地提提升了測試效率，保證了產品質量，縮短了交付周期。

得益于“搭積木”式的硬件設計以及模塊化的軟件設計，該系統具有良好的拓展性，可適應更多套產品的自動測試。此外，針對不同型號的點頻源測試指標和接口，該系統預留了可配置的軟硬件開發接口，有良好的可移植性及通用性，能夠有效縮短類似自動測試系統的開發周期。