基于GPIB的數(shù)字移動通信綜合測試儀自動測量系統(tǒng)*

季 青 武 軍 朱得華 趙品彰 李 林/江蘇省計量科學研究院

0 引言

在通信制造行業(yè)中，數(shù)字移動產(chǎn)品的制造過程和產(chǎn)品的質(zhì)量都與數(shù)字移動通信綜合測試儀有密切的關(guān)系。一臺數(shù)字移動通信綜合測試儀通道復雜，測試項目多，測量的工作量大且繁瑣，必須實現(xiàn)自動化測量，使計量人員從大量繁重重復性勞動中解放出來[1]，將校準數(shù)據(jù)有效保存并實現(xiàn)對測量結(jié)果的自動修正，保證測量數(shù)據(jù)的準確可靠。

本文介紹了一種基于GPIB總線技術(shù)，應(yīng)用VISA I/O接口函數(shù)庫和SCPI自主研制的數(shù)字移動通信綜合測試儀自動測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對被檢數(shù)字移動通信綜合測試儀的自動搜索、自動測量、自動校準和自動出具校準證書的功能。

1 系統(tǒng)組成

1.1 硬件系統(tǒng)

系統(tǒng)的硬件基本組成框圖如圖1所示。本自動測量系統(tǒng)用計算機通過GPIB接口卡和線纜與GPIB標準總線儀器搭建成儀器硬件平臺。GPIB標準總線儀器包括被檢數(shù)字移動通信綜合測試儀和標準裝置中的儀器設(shè)備，例如測量接收機、信號分析儀、矢量信號發(fā)生器、功率傳感器、頻率計、功率放大器等。由于每臺GPIB標準總線儀器擁有唯一的GPIB地址，計算機則為整個系統(tǒng)的核心，采用GPIB接口卡、GPIB線纜與GPIB儀器相連，通過它對連接在總線上的儀器進行操作，并處理從通信儀器中獲得的數(shù)據(jù)，而且按用戶所希望的格式輸出，其中GPIB接口卡實現(xiàn)了GPIB總線與USB總線間的連接。

圖1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)

1.2 軟件系統(tǒng)

本系統(tǒng)在Windows XP 操作系統(tǒng)和Visual Basic 6.0 開發(fā)平臺下,采用GPIB總線技術(shù)通過VISA I/O接口函數(shù)庫和可編程儀器的標準命令SCPI來實現(xiàn)對儀器的控制和數(shù)據(jù)的采集。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中主要包括：Windows操作系統(tǒng)、IEEE488卡驅(qū)動、VB開發(fā)環(huán)境等。

圖2 軟件系統(tǒng)

可視化的Visual Basic通用編程工具開發(fā)測試軟件，具有易學易用、高效率開發(fā)、功能強大等特點。開發(fā)人員能在VB環(huán)境下利用上述特點和使用Windows內(nèi)部的應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)、動態(tài)鏈接庫（DLL）、對象的鏈接與嵌入（OLE）以及開放式數(shù)據(jù)庫連接（ODBC）等技術(shù)，快速、方便地開發(fā)出圖形界面豐富、功能強大的Windows平臺下的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)主要功能

整個測量系統(tǒng)的主要功能包括：校準修正、項目測量、打印證書三個主要組成部分。

2.1 校準修正

從自動測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以看出，標準儀器和測量通道共同完成了自動測量任務(wù)，且都會對校準結(jié)果產(chǎn)生影響。為保證校準結(jié)果準確可靠，應(yīng)該對標準儀器、測量通道兩部分都進行計量校準[2]。通道標定是自動測量系統(tǒng)特有的校準要求。對于系統(tǒng)中的標準儀器，根據(jù)周檢計劃送往上級計量機構(gòu)進行溯源。通道標定就是對測量中使用通道的衰減（或增益）進行測量，為自動測量系統(tǒng)的實際測量補償提供依據(jù)，從而保證自動測量系統(tǒng)測量的準確性。

本系統(tǒng)的通道標定是利用系統(tǒng)中已經(jīng)被檢定或校準的儀器、標定電纜以及適配器(轉(zhuǎn)接損耗可忽略)進行的。標定電纜是性能穩(wěn)定的標準電纜。通道標定之所以利用系統(tǒng)已被計量的儀器進行，而不是采用更為專業(yè)的計量儀器進行，一方面是因為這些儀器已經(jīng)被校準，滿足系統(tǒng)的校準要求；另一方面是因為在實際測量時，與被標定通道相連的正是這些已被校準的儀器，也就是說被標定通道本身就包含著通道與儀器端口的連接，其誤差可由系統(tǒng)不確定度來修正。

在數(shù)字移動通信綜合測試儀自動測量系統(tǒng)中不僅提供了自動校準標定功能，也提供了通道標定維護功能，用戶可自定義測量信號的幅度、頻率等參數(shù)，同時支持手動輸入修正值。

首先按照軟件提示連接儀器，并使其處于程控和開啟狀態(tài)。按圖3中的校準流程進行校準，校準完畢后各參數(shù)及校準數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，以供測量時調(diào)用。

圖3 自動測量系統(tǒng)程序流程

2.2 項目測量

圖4 軟件運行界面

數(shù)字移動通信綜合測試儀的測量程序流程如圖3中所示。首先系統(tǒng)根據(jù)被檢儀器型號從模板中取得測量項目和參數(shù)點，并在軟件界面的功能區(qū)中顯示（圖4），根據(jù)設(shè)置的被檢儀器GPIB地址自動搜索被檢儀器，讀出儀器型號、序列號、生產(chǎn)廠家等信息。根據(jù)操作者的指令把某一項測量要求傳給測量程序。在自動測量開始后，提示儀器測試連接簡圖和說明文字以及進行簡單儀器參數(shù)設(shè)置，再開始對儀器進行測量，同時按需要調(diào)用校準數(shù)據(jù)對測量結(jié)果進行修正，然后每個測量項目的測量結(jié)果在測量數(shù)據(jù)顯示功能區(qū)中實時顯示。同時，系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部集成的各參數(shù)指標實時判斷測量結(jié)果合格與否，標記出超差參數(shù)。

2.3 打印證書

在自動測量過程中，各測量項目的測量結(jié)果同時也被自動存儲，測試結(jié)束后，可以選擇打印證書，把測量結(jié)果生成固定格式的Word環(huán)境下的數(shù)據(jù)表格，以便直接插入證書錄入系統(tǒng)的校準證書中。目前在國內(nèi)的校準、測試系統(tǒng)中，有相當大一部分證書、報告都是采用Word制作，操作人員對于Word的使用熟練程度也遠高于其他軟件(包括Excel)。因而在搭建自動測量系統(tǒng)時，自動生成Word格式證書，并能完成兩者之間的相互通信，不僅能保持證書格式統(tǒng)一、便于管理，而且能減少系統(tǒng)使用培訓開支，提高操作人員工作效率。

為了避免反復輸入相同的信息或作重復性的格式修改，我們引用了模板技術(shù)。VB控制Word制作文檔的基本思路是：制作一個Word模板，設(shè)置好文檔的格式；通過VB程序創(chuàng)建Word應(yīng)用程序，打開已經(jīng)存在的Word模板；設(shè)置文檔具體內(nèi)容，用VB語句可以自如地設(shè)置文檔內(nèi)容和格式，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)在Word報表中的輸出。最后在Word中對生成的文檔進行保存，設(shè)置文檔的保存路徑，這樣就完成了整個文檔的生成和存儲。

3 測量結(jié)果的比對

為實現(xiàn)計算機對數(shù)字移動通信綜合測試儀的正確控制和準確測量，需要對數(shù)字移動通信綜合測試儀的各項測量項目分別進行手動和自動測量，將結(jié)果進行比對。此處選擇了無需校準補償?shù)纳漕l信號源電平準確度的測量數(shù)據(jù)進行分析，選取的頻率點和電平點覆蓋了電平準確度測量的全部范圍，手動測量和自動測量分別在相近的兩天時間內(nèi)完成，詳細數(shù)據(jù)見表1。

從表1中可以看出兩種測量方式的差值小于測量不確定度，而測量結(jié)果的差值完全是由測量重復性、儀器連接重復性、儀器穩(wěn)定度、端口失配等不確定度引入的，說明本軟件的自動測量結(jié)果是準確的，并且由于測量結(jié)果是自動寫入證書，從而避免了在輸入大量數(shù)據(jù)時人為造成的錯誤，大大提高了測量結(jié)果的可靠性。

表1 自動測量與手動測量結(jié)果比對

RF3頻率/MHz電平設(shè)定值/dBm測量不確定度/dB自動測量 手動測量實測值/dBm 兩種測量的差值/dB 1000 5 5.129 4.977 0.152 0.181000 -18 -17.929 -18.045 0.116 0.231000 -36 -35.939 -36.052 0.113 0.231000 -50 -50.015 -50.117 0.102 0.231000 -72 -72.021 -72.139 0.118 0.231000 -80 -79.972 -80.088 0.116 0.241000 -90 -89.980 -90.089 0.109 0.242000 5 5.021 4.986 0.035 0.182000 -18 -17.950 -18.018 0.068 0.232000 -36 -36.043 -36.034 0.009 0.232000 -50 -50.069 -50.080 0.011 0.232000 -72 -72.032 -72.100 0.068 0.232000 -80 -80.075 -80.142 0.067 0.242000 -90 -90.096 -90.135 0.039 0.24

4 結(jié)束語

本文從系統(tǒng)組成、系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)比對三個方面介紹了數(shù)字移動通信綜合測試儀自動測量系統(tǒng)。數(shù)字移動通信綜合測試儀自動測量系統(tǒng)不但提高了測量準確度和計量的工作效率，加快了儀器測量的速度，節(jié)省工作時間，而且便于多次重復測量，實現(xiàn)了許多采用人工單次手動方式無法完成的功能。實踐證明，其簡易的操作性降低了計量數(shù)字移動通信綜合測試儀的工作難度和復雜程度，其測量過程、數(shù)據(jù)處理和證書填寫的全自動模式避免了人為錯誤，提高了測量結(jié)果的可靠性。本系統(tǒng)的實際應(yīng)用，已給計量工作帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

[1]梁志國，曹英杰，孫景宇，等.飛機地面測試試驗系統(tǒng)綜合校準述評[J].航空計測技術(shù), 2001, 21(5): 7-9.

[2]孫寶江，沈士團，陳星.自動測試系統(tǒng)校準方法研究[J].航空計測技術(shù), 2007, 27(1): 30-34.