基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)分析

張 倩，夏 萍

(南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 210014)

0 引言

自動測試系統(tǒng)在虛擬儀器技術(shù)支持下具備效率高、成本低廉、靈活方便等特點，采集、分析、處理數(shù)據(jù)并模擬真實儀器面板屬于虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵。保證虛擬儀器技術(shù)更好地服務(wù)于自動測試系統(tǒng)，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 基于虛擬儀器技術(shù)的自動測試系統(tǒng)研究

基于虛擬儀器技術(shù)的自動測試系統(tǒng)近年來在我國多個領(lǐng)域均有著廣泛應(yīng)用，基于圖形化編程語言的開發(fā)平臺LabVIEW在這類系統(tǒng)的開發(fā)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。以某基于虛擬儀器技術(shù)的自動測試系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)用于導(dǎo)彈測試，系統(tǒng)的平臺為工控機(AD-Link)，同時設(shè)置有PCI總線插槽、串口擴展卡、控制卡、多通道數(shù)據(jù)采集卡、射頻合成信號發(fā)生器、導(dǎo)彈模擬信號源、高頻頭、導(dǎo)彈接收機，基于虛擬儀器技術(shù)的導(dǎo)彈接收機測試系統(tǒng)由此構(gòu)成。導(dǎo)彈接收機測試系統(tǒng)的核心單元為工控機，負責(zé)分析和處理各個接口和通道的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的傳輸方向由圖中的箭頭方向代表。作為控制端的工控機負責(zé)目標(biāo)位置、彈號、角度、頻點設(shè)置，通過RS422接口將數(shù)據(jù)組幀發(fā)送給模擬信號源，基于RS422口，信號源可以向工控機反饋復(fù)位、自檢等信息。通過GPIB電纜，射頻合成信號發(fā)生器與工控機進行連接，基于LabVIEW開發(fā)平臺中的GPIB函數(shù)，即可對射頻合成信號發(fā)生器的頻點和信號調(diào)制方式、輸出功率進行設(shè)置，信道中傳輸需基于調(diào)制后的基帶信號實現(xiàn)。接收機的信號向工控機的發(fā)送基于數(shù)據(jù)采集卡和RS422口實現(xiàn)，前者發(fā)送過程中的數(shù)據(jù)采集卡通道數(shù)需基于需要測量的信號種類確定。接收的數(shù)據(jù)由工控機負責(zé)分析處理，接收機的運行狀態(tài)可基于協(xié)議判斷[1]。

LabVIEW開發(fā)平臺在數(shù)據(jù)采集與儀器控制方面的表現(xiàn)極為優(yōu)秀，提供有豐富的接口處理控件，可簡單便利地實現(xiàn)接口讀寫操作，能夠滿足多接口的數(shù)據(jù)處理需要。如基于虛擬儀器技術(shù)的導(dǎo)彈接收機測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)需關(guān)注RS422接口的數(shù)據(jù)處理、GPIB設(shè)備的程控實現(xiàn)、DAQ多路數(shù)據(jù)采集。RS422接口的數(shù)據(jù)處理需基于串行接口擴展板卡和全雙工差分物理接口實現(xiàn)，通過針對性地制定通信協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)的分析處理可更好地開展；GPIB設(shè)備的程控實現(xiàn)需得到GPIB接口技術(shù)的支持，以此保證自動測試系統(tǒng)能夠更好地由各種不同的儀器設(shè)備組成，發(fā)射信號的調(diào)制方式、工作頻點、功率可通過射頻合成信號發(fā)生器設(shè)置，以此實現(xiàn)調(diào)制信號輸出，射頻合成信號發(fā)生器的控制基于GPIB函數(shù)實現(xiàn)，GPIB設(shè)備地址的針對性設(shè)定需得到重視；DAQ多路數(shù)據(jù)采集需通過A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集卡分析處理采樣數(shù)據(jù)，工控機負責(zé)最后的分析處理，輔以16路模擬輸入通道、低成本的數(shù)據(jù)采集卡，即可最終通過系統(tǒng)自動生成測試報表，基于虛擬儀器技術(shù)的自動測試系統(tǒng)應(yīng)用價值可見一斑[2]。

2 基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 硬件組成

基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)硬件由RS232串口線、衰減器、電臺、射頻頻譜分析儀、PC機組成。頻譜分析儀與被測電臺的連接需基于衰減器實現(xiàn)，PC機與被測電臺的連接需基于串口實現(xiàn)，同時需要在局域網(wǎng)內(nèi)接入頻譜分析儀和PC機。通過對被測電臺進行控制使其進入無調(diào)制單載波發(fā)射狀態(tài)，短波電臺自動測試系統(tǒng)即可通過接收并顯示電臺信號的控制頻譜分析儀開展輸出載波頻率、載波功率測試。載波頻率正常性屬于測試的重要內(nèi)容，存在較大誤差的輸出載波頻率會導(dǎo)致正常通信無法實現(xiàn)。載波功率正常性也屬于測試的重要內(nèi)容，過小的載波功率會導(dǎo)致通信效果受到影響，過大的載波功率則可能損害設(shè)備。

2.2 軟件構(gòu)成

軟件屬于基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)核心，硬件與軟件的緊密結(jié)合方可滿足短波電臺自動測試需要，系統(tǒng)的實時性、實用性可靠性直接由軟件決定?；诙喾矫嬉蛩乜剂浚罱K選擇Win7系統(tǒng)作為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)平臺選擇LabWindows/CVI2019，采用C語言作為編程語言。本文選用的開發(fā)平臺屬于應(yīng)用自動測試、儀器控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可視化開發(fā)環(huán)境，由此即可順利開發(fā)虛擬頻譜分析儀軟面板，這種開發(fā)環(huán)境在控制、測試、信息處理、故障分析軟件的開發(fā)中具備顯著優(yōu)勢，尤其適合復(fù)雜、大型的測試環(huán)境，優(yōu)良的測試性能可由此實現(xiàn)?；谔摂M儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)軟件由兩個模塊組成，分別為頻譜分析儀和短波電臺的控制模塊。短波電臺控制模塊負責(zé)設(shè)置信道帶寬、跳頻模式、電臺定頻，以此保證短波電臺能夠順利進入信號無調(diào)制單載波發(fā)射狀態(tài)。頻譜分析儀控制模塊負責(zé)電臺載波信號的接收顯示并測試電臺載波信號的頻率、功率，該模塊屬于基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)關(guān)鍵，需實現(xiàn)對頻譜分析儀的科學(xué)控制?；谔摂M儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)具備自動測試和手動測試兩種功能，前者可自動完成測試且無須手動干預(yù)，后者需要手動控制頻譜分析儀和短波電臺，參數(shù)的設(shè)置需結(jié)合具體需求[3]。

2.3 對電臺的程控

基于SLIP協(xié)議實現(xiàn)對手持電臺的通信，SLIP屬于在串行線路封裝IP數(shù)據(jù)包的簡單形式，屬于應(yīng)用較為廣泛的一種協(xié)議。計算機上的RS232串行通信端口屬于常用的總線形式，可較好地用于儀器控制和測試測量，本文采用SLIP協(xié)議建設(shè)短波電臺自動測試系統(tǒng)，為實現(xiàn)程控，與電臺的通信需基于串口實現(xiàn)。具體的實現(xiàn)過程需要將串口打開并對串口的通信參數(shù)進行設(shè)置，他公司需要禁止硬件握手、清楚串口輸入輸出隊列、向串口寫入命令，具體的程控命令存儲于buf中，最終將串口關(guān)閉。

2.4 對頻譜分析儀的程控

作為虛擬儀器的重要組成部分，軟件界面在短波電臺自動測試系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，由于軟件需要實現(xiàn)測試結(jié)果顯示、儀器參數(shù)設(shè)置等功能，因此需要設(shè)計便于使用、簡單直接的軟件界面，軟件界面由測試結(jié)果顯示區(qū)、手動參數(shù)設(shè)置區(qū)、波形顯示區(qū)組成。頻譜分析儀的頻譜可基于波形顯示區(qū)實時跟蹤顯示，采用自動分格的頻率作為橫坐標(biāo)，采用分為10格的幅值作為縱坐標(biāo)?；跍y試需要，用戶可通過手動測試參數(shù)區(qū)實現(xiàn)對頻譜分析儀參數(shù)的快捷設(shè)置，手動設(shè)置完成按鈕需在設(shè)置完畢后點擊。在測試執(zhí)行過程中，被測電臺載波信號可由測試波形顯示區(qū)顯示，發(fā)射機載波功率、頻率測試結(jié)果可由測試波形顯示區(qū)直觀顯示。完成測試后，退出虛擬測試界面需點擊右下角退出按鈕。在短波電臺自動測試系統(tǒng)的自動測試下，系統(tǒng)設(shè)置可基于默認參數(shù)開展，此時存在不可控的手動參數(shù)設(shè)置區(qū)，完成測試后自動返回虛擬測試界面，自動測試下完全不用人為干預(yù)測試過程，自動測試功能由此順利實現(xiàn)。

2.5 軟件實現(xiàn)

短波電臺自動測試系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)須首先建立UDP連接，UDP連接負責(zé)實現(xiàn)與頻譜分析儀的通信，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量可基于UDP協(xié)議壓縮成數(shù)據(jù)包的形式，由此即可得到二進制數(shù)據(jù)的傳輸單位(典型數(shù)據(jù)包)。每一個數(shù)據(jù)包的報頭信息由前8個字節(jié)包含，具體的傳輸數(shù)據(jù)由剩余字節(jié)包含。TCP與UDP操作不同，計算機不需要建立一個連接，一個UDP應(yīng)用可同時作為應(yīng)用的服務(wù)器方或客戶。由于無須建立明確的連接，UDP協(xié)議具備較高的通信效率。在UDP連接建立的過程中，IP地址設(shè)置準(zhǔn)確性和頻譜分析儀接收程控命令端口正確性必須得到保障。短波電臺自動測試系統(tǒng)的程序流程可概括為：“系統(tǒng)自檢并初始化→自動測試？→是/否→按默認參數(shù)進行設(shè)置/手動開展參數(shù)設(shè)置→產(chǎn)生Timer消息/產(chǎn)生控件信息→數(shù)據(jù)采集解析顯示波形/控件消息處理→退出程序？→是/否→返回測試結(jié)果/自動測試？”。短波電臺自動測試系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集解析波形顯示模塊、控件消息處理模塊、結(jié)束程序模塊、自動測試判斷模塊、自檢并初始化模塊，其中的采集解析波形顯示模塊、控件消息處理模塊屬于特殊控件的消息處理范疇。定時器屬于一類特殊控件，其隱藏于開發(fā)平臺的用戶界面上，不斷產(chǎn)生消息可基于預(yù)先設(shè)置的時間間隔通過定時器實現(xiàn)，需要重復(fù)執(zhí)行的代碼也可通過對消息回調(diào)函數(shù)處理的利用實現(xiàn)。初始化成功的短波電臺自動測試系統(tǒng)需首先開展手動測試和自動測試的執(zhí)行判斷，以此開展頻譜分析儀參數(shù)的針對性設(shè)置，初始化參數(shù)設(shè)置在這一過程中具備較高必要性，波形數(shù)據(jù)在測試過程中的采集、解析和顯示直接受到影響。在完成參數(shù)設(shè)置后，需完成UDP通信協(xié)議的首先建立，以此頻譜分析儀的波形數(shù)據(jù)即可實時采集，對于采集、解析和顯示頻譜數(shù)據(jù)的過程來說，為實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)采集執(zhí)行過程需要設(shè)置周期循環(huán)為5 s。在送做顯示前，數(shù)據(jù)的解析處理須基于頻譜分析儀發(fā)出的數(shù)據(jù)報定義和格式，虛擬面板上需顯示數(shù)據(jù)處理后的波形，輔以針對性選擇的波形顯示函數(shù)，短波電臺自動測試系統(tǒng)即可更好滿足實際需要。

3 結(jié)語

綜上所述，基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)具備較高推廣價值。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的硬件組成、軟件構(gòu)成、對電臺的程控、對頻譜分析儀的程控、軟件實現(xiàn)等內(nèi)容，則直觀展示了基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)路徑。為更好地開展短波電臺自動測試，系統(tǒng)的針對性開發(fā)、技術(shù)人員的重點培訓(xùn)同樣需要得到重視。