基于虛擬儀器技術(shù)短波電臺自動(dòng)測試系統

   

       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)短波電臺自動(dòng)測試系統,與傳統儀器測試平臺相比，測試效率更高，體積更小

       傳統的電臺測試系統采用以無(wú)線(xiàn)電綜合測試儀為中心搭建或采用分立儀器搭建、手動(dòng)測量，這種方法成本高、自動(dòng)化程度低、擴展性差。因此需要尋求一種解決方案，實(shí)現高度集成化、可擴展的測試系統。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)短波電臺自動(dòng)測試系統。開(kāi)發(fā)的測試系統滿(mǎn)足短波電臺的測試規范，與傳統儀器測試平臺相比，測試效率更高，體積更小。此外具有很好的可擴展性，開(kāi)發(fā)工作周期也大大縮短。

       測試背景

       短波單邊帶通信電臺通常由收發(fā)信機、天線(xiàn)調諧器、控制盒、安裝架、連接電纜，配套的耳機、話(huà)筒、電鍵、通信控制器、天線(xiàn)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的大部分技術(shù)指標是針對發(fā)射機和接收機提出的，在GB/T 6933 -1995中對短波單邊帶發(fā)射機定義了27項電性能及其測量方法，需要16個(gè)獨立的測試儀器；在GB/T 6934-1995中對短波單邊帶接收機定義了24項電性能及其測量方法，需要13個(gè)獨立的測試儀器。

       不同種類(lèi)的電臺在不同的測試等級下測量項目也不盡相同，用戶(hù)還可能要求增加其他測量項目，如收發(fā)轉換時(shí)間、發(fā)收轉換時(shí)間、靜噪開(kāi)啟時(shí)延、靜噪滯后時(shí)延、發(fā)射保護等。

       短波通信電臺測試系統在電臺具備外部控制接口時(shí)采用全自動(dòng)方式，在電臺不具備外部控制接口時(shí)采用半自動(dòng)方式，要求的單項測試速度不大于10秒鐘，單臺測試時(shí)間不超過(guò)10分鐘，而系統中不同的測試項目有各自的測量?jì)x器和連接方式，為了在生產(chǎn)線(xiàn)上提高測試效率，必須采用自動(dòng)測試技術(shù)，自動(dòng)選擇測試設備、自動(dòng)連接測試設備、自動(dòng)產(chǎn)生激勵并測量響應，系統還應有較高的可靠性、電磁兼容性和易于維護。

       硬件系統構成

       短波通信電臺自動(dòng)測試系統主要由主控計算機、虛擬儀器機箱、接口適配器和電源部件組成，組成框圖如圖1所示。主控計算機通過(guò)NI公司MXI-4卡，使用PCI橋接技術(shù)對PXI-1010機箱進(jìn)行控制，PXI-1010有6個(gè)PXI模塊和2個(gè)SCXI模塊，可根據測試需要擴展儀器模塊。接口適配箱實(shí)現信號的調理和分接。

                                           

                                            圖1 短波電臺自動(dòng)測試系統框圖

       短波電臺測試需要使用頻譜分析儀、功率計和頻率計，需要測量功率譜、峰值功率、峰值頻率、帶內功率、鄰道功率、帶寬、3D譜圖等參數。我們采用PXI-5620配合使用Spectral Measurements Toolkit實(shí)現。Spectral Measurements Toolkit是一個(gè)頻譜測量工具包，具有細化譜分析和頻率搜索能力，并可以進(jìn)行模擬調制、解調以及IQ數字解調。

       PXI-5421配合Modulation Toolkit，在系統中作為射頻信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生各種格式的射頻信號。由于部分測試項目需要兩路射頻輸入，系統中配置了2塊。另外配備程控衰減器，對接收機輸入靈敏度等參數進(jìn)行測試。Modulation Toolkit是一個(gè)調制工具包，具有AM、FM、PM模擬調制模式和FSK、MSK、GMSK、PSK、QAM數字調制模式，還具有強大的3D眼圖功能，可以測量調制誤差、相位誤差、頻率偏差、誤碼率和并發(fā)定時(shí)；還可以對DC偏置、IQ、增益不平衡、積分傾斜等邊界條件進(jìn)行測量。

       為了產(chǎn)生和測量音頻信號，系統中配備了一塊PXI-4461高精度音頻信號采集與產(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。該模塊在系統中作為音頻信號發(fā)生器、音頻電壓表和音頻頻譜分析儀，能完成音頻電壓測量、音頻頻率測量、SINAD測量、SNR測量、失真度測量、音頻動(dòng)態(tài)信號分析、音頻信號發(fā)生等多種AF測試功能。

       為了對收發(fā)轉換時(shí)間、靜噪開(kāi)啟時(shí)延、靜噪釋放時(shí)延等參數的測試，以及對RF和AF動(dòng)態(tài)波形進(jìn)行觀(guān)測，系統中配備了PXI-5112高速數字化儀，它和NI-SCOPE示波器軟件配合工作，在系統中作為示波器使用。

        PXI-6259一方面用來(lái)對SCXI機箱進(jìn)行控制和掃描，另一方面用于系統自檢和狀態(tài)監視，同時(shí)利用DIO接口可以連接電臺控制接口和遙控接口等，提供通信的數字信號，以實(shí)現在全自動(dòng)方式下對電臺的自動(dòng)測試控制。

       測試規范中規定不同的測試項目需要多臺儀器按規定的測量方法進(jìn)行連接，有部分項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)現自動(dòng)選擇測試儀表，設置工作模式，自動(dòng)進(jìn)行信號轉接和切換，系統中配備了射頻開(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、系統供電等。

       程控電源選用Agilent公司可編程電源，主要用于給被測電臺提供電源，同時(shí)實(shí)現負載功率的測試和保護。該電源的控制通過(guò)GPIB-USB模塊完成。

       應用軟件構成

       短波電臺自動(dòng)測試系統應用軟件采用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW，按照用戶(hù)技術(shù)要求和GB/T 6933-1995、GB/T 6934-1995中規定的測試項目和測試方法控制系統硬件，進(jìn)行模式設置、控制激勵輸出和采集測試數據，進(jìn)行處理，得到電臺的性能指標，其主要框圖如圖2所示。 

                
                                              圖2 自動(dòng)測試系統應用軟件組成框圖

       系統應用軟件界面如圖3所示，各模塊主要功能為：短波電臺自動(dòng)測試系統應用軟件為系統的人機接口，管理整個(gè)測試系統；自檢/校準軟件完成對虛擬儀器硬件的自檢，并實(shí)現校準；測試管理軟件實(shí)現系統性能指標的測試，實(shí)現測試項目選擇、參數設置、儀器控制、采集與處理、分析和顯示等功能；數據管理軟件實(shí)現對測試數據的管理；系統維護軟件包括儀器管理、數據庫維護和測試診斷，在線(xiàn)幫助用于對用戶(hù)進(jìn)行在線(xiàn)操作指導。



                                                                    圖3 用戶(hù)界面

       基于虛擬儀器技術(shù)所開(kāi)發(fā)的應用軟件具有良好的人機界面、可維護性和二次開(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，只需要對程序做少量的改動(dòng)就可以實(shí)現新的功能和要求，從而可以滿(mǎn)足不同階段，不同種類(lèi)的電臺自動(dòng)測試的需要，二次開(kāi)發(fā)、功能擴展極為方便。

       結論

       表1反映了采用虛擬儀器前后短波電臺測試系統的變化。通過(guò)選用基于虛擬儀器的短波電臺自動(dòng)測試系統，使得測試系統的自動(dòng)化程度和測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(xiàn)上使用有效地提高了生產(chǎn)和檢測的效率，通過(guò)系統配置和適當的擴展，可以適應多種不同類(lèi)型電臺的測試需要。

        
                                       表1 性能比較