基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(圖)

描述了如何采用基于虛擬儀器技術(shù)快速方便的開(kāi)發(fā)短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),與傳統(tǒng)儀器測(cè)試平臺(tái)相比，測(cè)試效率更高，體積更小

傳統(tǒng)的電臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)采用以無(wú)線電綜合測(cè)試儀為中心搭建或采用分立儀器搭建、手動(dòng)測(cè)量，這種方法成本高、自動(dòng)化程度低、擴(kuò)展性差。因此需要尋求一種解決方案，實(shí)現(xiàn)高度集成化、可擴(kuò)展的測(cè)試系統(tǒng)。本文描述了如何采用基于虛擬儀器技術(shù)快速方便的開(kāi)發(fā)短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)滿(mǎn)足短波電臺(tái)的測(cè)試規(guī)范，與傳統(tǒng)儀器測(cè)試平臺(tái)相比，測(cè)試效率更高，體積更小。此外具有很好的可擴(kuò)展性，開(kāi)發(fā)工作周期也大大縮短。

測(cè)試背景

短波單邊帶通信電臺(tái)通常由收發(fā)信機(jī)、天線調(diào)諧器、控制盒、安裝架、連接電纜，配套的耳機(jī)、話筒、電鍵、通信控制器、天線以及一些選件組成，工作頻率范圍為2～30mhz，短波單邊帶通信電臺(tái)的大部分技術(shù)指標(biāo)是針對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)提出的，在gb/t 6933 -1995中對(duì)短波單邊帶發(fā)射機(jī)定義了27項(xiàng)電性能及其測(cè)量方法，需要16個(gè)獨(dú)立的測(cè)試儀器；在gb/t 6934-1995中對(duì)短波單邊帶接收機(jī)定義了24項(xiàng)電性能及其測(cè)量方法，需要13個(gè)獨(dú)立的測(cè)試儀器。

不同種類(lèi)的電臺(tái)在不同的測(cè)試等級(jí)下測(cè)量項(xiàng)目也不盡相同，用戶(hù)還可能要求增加其他測(cè)量項(xiàng)目，如收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間、發(fā)收轉(zhuǎn)換時(shí)間、靜噪開(kāi)啟時(shí)延、靜噪滯后時(shí)延、發(fā)射保護(hù)等。

短波通信電臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)在電臺(tái)具備外部控制接口時(shí)采用全自動(dòng)方式，在電臺(tái)不具備外部控制接口時(shí)采用半自動(dòng)方式，要求的單項(xiàng)測(cè)試速度不大于10秒鐘，單臺(tái)測(cè)試時(shí)間不超過(guò)10分鐘，而系統(tǒng)中不同的測(cè)試項(xiàng)目有各自的測(cè)量?jī)x器和連接方式，為了在生產(chǎn)線上提高測(cè)試效率，必須采用自動(dòng)測(cè)試技術(shù)，自動(dòng)選擇測(cè)試設(shè)備、自動(dòng)連接測(cè)試設(shè)備、自動(dòng)產(chǎn)生激勵(lì)并測(cè)量響應(yīng)，系統(tǒng)還應(yīng)有較高的可靠性、電磁兼容性和易于維護(hù)。

硬件系統(tǒng)構(gòu)成

短波通信電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、虛擬儀器機(jī)箱、接口適配器和電源部件組成，組成框圖如圖1所示。主控計(jì)算機(jī)通過(guò)ni公司mxi-4卡，使用pci橋接技術(shù)對(duì)pxi-1010機(jī)箱進(jìn)行控制，pxi-1010有6個(gè)pxi模塊和2個(gè)scxi模塊，可根據(jù)測(cè)試需要擴(kuò)展儀器模塊。接口適配箱實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)理和分接。

圖1 短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)框圖

短波電臺(tái)測(cè)試需要使用頻譜分析儀、功率計(jì)和頻率計(jì)，需要測(cè)量功率譜、峰值功率、峰值頻率、帶內(nèi)功率、鄰道功率、帶寬、3d譜圖等參數(shù)。我們采用pxi-5620配合使用spectral measurements toolkit實(shí)現(xiàn)。spectral measurements toolkit是一個(gè)頻譜測(cè)量工具包，具有細(xì)化譜分析和頻率搜索能力，并可以進(jìn)行模擬調(diào)制、解調(diào)以及iq數(shù)字解調(diào)。

pxi-5421配合modulation toolkit，在系統(tǒng)中作為射頻信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生各種格式的射頻信號(hào)。由于部分測(cè)試項(xiàng)目需要兩路射頻輸入，系統(tǒng)中配置了2塊。另外配備程控衰減器，對(duì)接收機(jī)輸入靈敏度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。modulation toolkit是一個(gè)調(diào)制工具包，具有am、fm、pm模擬調(diào)制模式和fsk、msk、gmsk、psk、qam數(shù)字調(diào)制模式，還具有強(qiáng)大的3d眼圖功能，可以測(cè)量調(diào)制誤差、相位誤差、頻率偏差、誤碼率和并發(fā)定時(shí)；還可以對(duì)dc偏置、iq、增益不平衡、積分傾斜等邊界條件進(jìn)行測(cè)量。

為了產(chǎn)生和測(cè)量音頻信號(hào)，系統(tǒng)中配備了一塊pxi-4461高精度音頻信號(hào)采集與產(chǎn)生模塊，它具有兩個(gè)同步采集模擬輸入通道和兩個(gè)同步采集模擬輸出通道。該模塊在系統(tǒng)中作為音頻信號(hào)發(fā)生器、音頻電壓表和音頻頻譜分析儀，能完成音頻電壓測(cè)量、音頻頻率測(cè)量、sinad測(cè)量、snr測(cè)量、失真度測(cè)量、音頻動(dòng)態(tài)信號(hào)分析、音頻信號(hào)發(fā)生等多種af測(cè)試功能。

為了對(duì)收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間、靜噪開(kāi)啟時(shí)延、靜噪釋放時(shí)延等參數(shù)的測(cè)試，以及對(duì)rf和af動(dòng)態(tài)波形進(jìn)行觀測(cè)，系統(tǒng)中配備了pxi-5112高速數(shù)字化儀，它和ni-scope示波器軟件配合工作，在系統(tǒng)中作為示波器使用。

pxi-6259一方面用來(lái)對(duì)scxi機(jī)箱進(jìn)行控制和掃描，另一方面用于系統(tǒng)自檢和狀態(tài)監(jiān)視，同時(shí)利用dio接口可以連接電臺(tái)控制接口和遙控接口等，提供通信的數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)在全自動(dòng)方式下對(duì)電臺(tái)的自動(dòng)測(cè)試控制。

測(cè)試規(guī)范中規(guī)定不同的測(cè)試項(xiàng)目需要多臺(tái)儀器按規(guī)定的測(cè)量方法進(jìn)行連接，有部分項(xiàng)目需要連接外部的輔助部件，它們涉及射頻、音頻通道特性，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇測(cè)試儀表，設(shè)置工作模式，自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)接和切換，系統(tǒng)中配備了射頻開(kāi)關(guān)模塊和通用開(kāi)關(guān)模塊。射頻開(kāi)關(guān)模塊選用scxi-1193，scxi-1193既可以用作多組多路復(fù)用器，也可以作為多組稀疏矩陣開(kāi)關(guān)使用。其帶寬為500mhz，適合于高頻的測(cè)試。

通用開(kāi)關(guān)模塊選用scxi-1166，該模塊具有32路開(kāi)關(guān)，適合高電流切換、路由和控制的應(yīng)用。scxi-1166用于除射頻通道外的其他通道的控制，如音頻通道、發(fā)射保護(hù)、系統(tǒng)供電等。

程控電源選用agilent公司可編程電源，主要用于給被測(cè)電臺(tái)提供電源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率的測(cè)試和保護(hù)。該電源的控制通過(guò)gpib-usb模塊完成。

應(yīng)用軟件構(gòu)成

短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)labview，按照用戶(hù)技術(shù)要求和gb/t 6933-1995、gb/t 6934-1995中規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試方法控制系統(tǒng)硬件，進(jìn)行模式設(shè)置、控制激勵(lì)輸出和采集測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，得到電臺(tái)的性能指標(biāo)，其主要框圖如圖2所示。

圖2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成框圖

系統(tǒng)應(yīng)用軟件界面如圖3所示，各模塊主要功能為：短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用軟件為系統(tǒng)的人機(jī)接口，管理整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)；自檢/校準(zhǔn)軟件完成對(duì)虛擬儀器硬件的自檢，并實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)；測(cè)試管理軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能指標(biāo)的測(cè)試，實(shí)現(xiàn)測(cè)試項(xiàng)目選擇、參數(shù)設(shè)置、儀器控制、采集與處理、分析和顯示等功能；數(shù)據(jù)管理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的管理；系統(tǒng)維護(hù)軟件包括儀器管理、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)和測(cè)試診斷，在線幫助用于對(duì)用戶(hù)進(jìn)行在線操作指導(dǎo)。

圖3 用戶(hù)界面

基于虛擬儀器技術(shù)所開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件具有良好的人機(jī)界面、可維護(hù)性和二次開(kāi)發(fā)能力，可以有效地縮短程序開(kāi)發(fā)的工作量，極大地縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，只需要對(duì)程序做少量的改動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)新的功能和要求，從而可以滿(mǎn)足不同階段，不同種類(lèi)的電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試的需要，二次開(kāi)發(fā)、功能擴(kuò)展極為方便。

結(jié)論

表1反映了采用虛擬儀器前后短波電臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)的變化。通過(guò)選用基于虛擬儀器的短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，使得測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和測(cè)試精度得到了極大的提高，減少了人為操作引起的誤差，通過(guò)在生產(chǎn)線上使用有效地提高了生產(chǎn)和檢測(cè)的效率，通過(guò)系統(tǒng)配置和適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展，可以適應(yīng)多種不同類(lèi)型電臺(tái)的測(cè)試需要。

表1 性能比較