周逍宙， 周 敏， 賀義海， 曹培培

（上海無線電設(shè)備研究所，上海200090）

0 引言

指令解碼器用于解調(diào)射頻信號中的調(diào)制信息，廣泛用于軍用通信、數(shù)據(jù)鏈、彈間數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。解碼性能的好壞直接影響產(chǎn)品任務(wù)的完成，常采用高靈敏度、大動態(tài)接收技術(shù)解調(diào)各種復(fù)雜條件下的射頻信號所攜帶的各種信息[1]。

產(chǎn)品在研制過程中，通常僅在固定信號強度，簡單通信條件下進行信息解調(diào)。未能在各種狀態(tài)下考核產(chǎn)品性能，導(dǎo)致后期試驗時暴露出各種問題，拖延整機試驗進度。針對該問題，本文設(shè)計了產(chǎn)品的自動化測試系統(tǒng)，將強弱信號、多普勒頻率變化、通信頻道變化、復(fù)雜信息傳遞等狀態(tài)，采用自動化測試方法實現(xiàn)多維度、多狀態(tài)遍歷測試。

1 自動化測試系統(tǒng)組成

指令解碼器自動化測試系統(tǒng)由指令信息模擬源、被測信息解碼器、計算機，指令信息模擬源由標準信號源、頻率合成與控制單元組成，如圖1所示。

自動化測試系統(tǒng)的主要功能：通過儀器自動化控制接口，控制儀器送出指定的基帶信號；通過微波模塊自動化控制接口對頻率合成與調(diào)制單元進行控制，實現(xiàn)射頻調(diào)制器功率電平、頻率、多普勒頻率變化的自動控制；完成指令信息的模擬信號輸出，為被測信息解碼器提供射頻輸入；根據(jù)信息解碼器的測試過程，制定自動化測試流程；通過產(chǎn)品通訊對被測信息解碼器回傳的數(shù)據(jù)進行判決。

2 接口方案優(yōu)選

為實現(xiàn)自動測試，首先需要選擇恰當?shù)目刂平涌?。在自動化測試領(lǐng)域，為了實現(xiàn)標準、非標信號源的自動控制主要有四種方案：GPIB總線、VXI總線、PXI總線、LXI總線。

（1）GPIB總線

GPIB是一種傳統(tǒng)的且應(yīng)用最為廣泛的儀器總線標準，具有堅固易用的特點。但是必須在PC主機中安裝GPIB接口卡，還需要昂貴的GPIB電纜用于設(shè)備之間的互連，并且總線上最多只能有14臺設(shè)備。由于受GPIB通信長度限制，主機與儀器一般處于幾米范圍內(nèi)。

（2）VXI總線

VXI體系結(jié)構(gòu)包含VXI機箱、0槽控制器和專用接口，它是將嵌入式VXI控制器直接安裝到VXI主機箱中。VXI總線的優(yōu)勢是測試系統(tǒng)體積小、數(shù)據(jù)傳輸速度快，因此廣泛用于軍用便攜式自動化測試系統(tǒng)。但系統(tǒng)對VXI機箱、0槽控制器以及專用測試接口的特殊需求，一方面增加了組建系統(tǒng)的成本，另一方面VXI使用的VME總線與目前主流計算機PCI總線不兼容，VXI總線也無法利用商業(yè)軟件低成本、高性能的優(yōu)勢。

（3）PXI總線

PXI是基于PCI總線的新一代VXI，除了需要與VXI類似的投入外，PXI的尺寸、功率和EMI問題也限制了通常PC插卡所覆蓋的解決方案范圍。

（4）LXI總線

LXI是由美國一公司提出的一項開放性標準，用于設(shè)計驗證與功能測試、測量和數(shù)據(jù)采集行業(yè)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和解決方案。

LXI采用無面板設(shè)計有諸多優(yōu)點：

a）一是LXI模塊不需要安裝在PC間專用通信鏈路的專用機箱內(nèi)；

b）二是LXI模塊的尺寸靈活，而卡箱式儀器的性能會受到尺寸的制約；

c）三是LXI模塊能與其它GPIB或LXI儀器可以并排安裝在機架上；

d）四是LXI搭建的系統(tǒng)使用簡易、成本低廉、可擴展性好、長距離工作、通用性好等特點。

因此，本文采用LXI總線進行自動化測試設(shè)計和驗證。

3 儀器的自動化控制

儀器儀表的自動化控制設(shè)計主要通過儀器儀表的IO控制接口進行設(shè)計，通過廠商提供的軟件驅(qū)動函數(shù)庫，在Lab VIEW圖形化編程環(huán)境進行儀器儀表的自動化控制設(shè)計。

3.1 Agilent IO儀器接口

無論是傳統(tǒng)儀器、模塊化儀器，還是功能模塊，都能用Agilent IO Libraries Suite快速和正確地連接。通過Agilent Connection Expert，可以配置接口，查找來自眾多制造商的已連接儀器，完成通信驗證。

3.2 軟件驅(qū)動函數(shù)庫

軟件驅(qū)動函數(shù)庫主要有兩種：標準儀器指令庫（SICL）和虛擬儀器標準體系結(jié)構(gòu)（VISA）。

SICL（Standard Instruments Control Librar-y）是標準的儀器控制文庫，用它可以通過控制器與儀器進行通信，使控制器“知道”取出或接收來自儀器的某種信息，但它并不“關(guān)心”是什么內(nèi)容，也不“關(guān)心”使用的是什么接口[2]。

VISA（Virtual Instrument Standard Architecture）是NI公司研發(fā)的一種新的驅(qū)動軟件I/O函數(shù)庫，其目的是盡量統(tǒng)一儀器軟件標準。與SICL等傳統(tǒng)的軟件驅(qū)動相同，主要是通過設(shè)備I/O端口的讀寫操作和屬性控制，實現(xiàn)儀器的命令與數(shù)據(jù)交換[3]。用戶可以在VISA中利用SCPI命令來控制LXI儀器。

SCPI（Standard Commands for Programmable Instrumentation）是一組采用簡單、直觀的ASCII命令與儀器通信的規(guī)則。它采用一套樹狀分層結(jié)構(gòu)的命令集，提出了一個具有普遍性的通用儀器模型，它的助記符產(chǎn)生規(guī)則簡單、明確，且易于記憶。

本文采用VISA接口和可編程儀器標準命令（SCPI）來實現(xiàn)信號模擬控制。通過開放軟件工具實現(xiàn)高效的開發(fā)，完成儀器的自動控制。

3.3 基于LabVIEW的儀器控制

不同于傳統(tǒng)的編程語言，Lab VIEW是通過圖形符號來編寫程序的。通過使用Lab VIEW功能強大的圖形編程語言能夠成倍地提高開發(fā)效率，使用傳統(tǒng)的編程語言需要花費幾周甚至幾個月才能編寫的程序，用Lab VIEW只需幾個小時就可以完成[4]。本設(shè)計采用該軟件進行設(shè)計，設(shè)計流程框圖如圖2所示。

首先根據(jù)VISA資源名稱對儀表進行初始化，接著將上位機生成的波形數(shù)據(jù)下載到儀表存儲區(qū)，然后根據(jù)增益、偏置、采樣率等波形參數(shù)對儀表進行配置，最后輸出波形并關(guān)閉VISA連接。

4 微波模塊自動控制設(shè)計

4.1 通訊控制方式

微波模塊自動控制主要針對射頻微波單元的組件進行頻率、衰減、通斷控制，模擬產(chǎn)品各種工作狀態(tài)下所需的射頻信號。通訊控制可以采用串口、并口、USB、網(wǎng)口等，具體通訊控制方式取決于射頻單元所選用的通訊接口。本文使用的射頻單元是串口通訊，重點研究采用Lab VIEW提供的VISA完成該單元的自動控制。

4.2 基于VISA的串口通訊設(shè)計

Lab VIEW軟件中串行通訊節(jié)點為VISA，打開該節(jié)點的程序選項，轉(zhuǎn)到VISA子選項卡，可以設(shè)置串口標號、串口讀寫設(shè)置、串口開關(guān)、串口緩沖監(jiān)測等。

“VISA打開”模塊用于打開VISA資源名稱指定設(shè)備的會話句柄并返回標識符，該標識符可用于調(diào)用該設(shè)備的其他操作，如圖3所示。

“VISA配置串口”模塊使VISA資源名稱指定的串口按特定設(shè)置初始化。通過連線數(shù)據(jù)至VISA資源名稱輸入端可確定要使用的多態(tài)實例，也可手動選擇實例，如圖4所示。

“VISA寫入”模塊使寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入VISA資源名稱指定的設(shè)備或接口，如圖5所示。

“VISA讀取”模塊從VISA資源名稱指定的設(shè)備或接口中讀取指定數(shù)量的字節(jié)，并使數(shù)據(jù)返回至讀取緩沖區(qū)，如圖6所示。

“VISA關(guān)閉”模塊關(guān)閉VISA資源名稱指定的設(shè)備會話句柄或時間對象，如圖7所示。

使用VISA節(jié)點進行串口通訊的程序框圖，如圖8所示。

首先根據(jù)VISA資源名稱打開串口，接著對串口進行配置，然后發(fā)送數(shù)據(jù)到相應(yīng)端口，經(jīng)過一定延時以后，在同一端口讀取接收到的返回數(shù)據(jù)，完成通訊后關(guān)閉VISA連接。

4.3 微波模塊的串口控制

如圖9所示，頻率合成與調(diào)制單元微波輸出的控制，是通過計算機與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理模塊之間的通訊來完成。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理模塊將計算機發(fā)送過來的串口信息，轉(zhuǎn)換成頻率、功率、通斷和調(diào)制指數(shù)信息，分別對頻率模塊輸出頻率、衰減模塊的衰減量、開關(guān)模塊的通斷和微波調(diào)制模塊的調(diào)制指數(shù)進行調(diào)整，使頻率合成與調(diào)制單元的輸出微波信號的參數(shù)受控，實現(xiàn)指令解碼器的輸入射頻信號按照自動化測試的需求自動調(diào)整。

5 自動化測試流程設(shè)計

自動化測試流程的設(shè)計如圖10所示[5]，自動化流程包括測試前準備、標準儀器控制、微波模塊控制、產(chǎn)品性能測試和產(chǎn)品數(shù)據(jù)記錄五個部分。

從圖中可以看出，為實現(xiàn)信息解碼器的自動化測試，在基帶信號和微波模塊控制的基礎(chǔ)上，控制產(chǎn)品加電，對工作是否正常、通信頻道解碼、最大多普勒頻率條件解碼、強信號解碼、弱信號解碼、全0全1信息解碼、雜亂信息解調(diào)和誤碼率等項目進行測試。

6 產(chǎn)品驗證

按自動化測試設(shè)計流程研制的自動化測試系統(tǒng)，對信息解碼器進行試驗驗證，結(jié)果如表1所示。

表1 自動化測試結(jié)果

試驗結(jié)果表明：自動化測試系統(tǒng)覆蓋產(chǎn)品測試的所有測試項目，能滿足解碼器邊界條件的性能測試需求。測試時間從原來的110 min減少到68 min，提高測試效率38.2%，并且測試過程中人為干預(yù)少，測試數(shù)據(jù)可信度高。

7 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種自動化測試系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的組成原理，對系統(tǒng)的接口方案進行了優(yōu)選，實現(xiàn)了儀器、微波模塊的自動化控制和流程的設(shè)計。試驗證明，該設(shè)計能夠有效的縮短測試時間，提高測試效率，節(jié)省人力，解決產(chǎn)品測試覆蓋性不夠的問題。該自動化測試系統(tǒng)及設(shè)計方法對狀態(tài)多、要求高的產(chǎn)品測試具有參考價值。