雷达装备自动测试系统的通用性设计

段道聚，张永祯，张 鹏，朱传明

(1. 武汉大学 电子信息学院， 武汉 430072； 2. 武汉军械士官学校 雷达系， 武汉 430075)



·测试技术·

雷达装备自动测试系统的通用性设计

段道聚1，2，张永祯2，张 鹏2，朱传明2

(1. 武汉大学 电子信息学院， 武汉 430072； 2. 武汉军械士官学校 雷达系， 武汉 430075)

为了满足雷达装备对自动测试设备的通用化要求,文中采用混合总线技术，开发了基于PXI和VXI总线的自动测试系统，该系统利用连接器-适配器的接口设计方法实现测试接口的通用性设计，并采用面向信号的思想开发了自动测试系统软件平台。文中对雷达自动测试系统的设计思路和通用硬件平台、测试接口适配器及自动测试系统软件的设计方法进行了重点阐述。该系统可用于多种现役雷达装备的自动测试，克服了雷达装备维修测试中自动化程度低、设备复用率低和人员素质要求高的缺点。

自动测试系统; 通用化; 雷达

0 引 言

雷达作为战场上的眼睛，在现代战争中占据了越来越重要的位置，良好的雷达维修测试技术是缩短维修时间的重要手段。当前，雷达装备型号众多，配套的自动测试系统专用性强，通用性不高，造成了装备维修保障设备的配套成本较高，保障效益比较低。在信息化战争形势下，如何将各种自动测试系统技术进行有效集成，减小测试平台的种类，实现一套自动测试系统能完成对多种雷达装备的自动化测试工作，成为雷达装备保障科研人员的重要课题。

自动测试系统(automatic test system ，ATS)由自动测试设备(automatic test equipment，ATE)和自动测试软件组成。文献[1-3]指出了我军ATS正处于专用向通用的转变过程中，基于VXI、PXI总线的ATS正陆续推出，通用ATS软件平台技术的研究也正在开展，但通用化的雷达ATS还没有推出。文献[4]指出ATE与待测设备的接口部分需遵循一定的接口标准，才能使多种类型待测装备的接口适配器都能方便地接到同一台ATE，有利用增强ATS的扩展性。文献[5]比较了面向仪器和面向信号的ATS软件的优劣，提出了面向信号的平台化ATS软件设计框架,代表了当今ATS的研制方向。鉴于此，我们在分析雷达装备测试需求的基础上，提出了基于VXI、PXI总线的设计方案，利用标准总线仪器为雷达测试提供丰富的测试资源，以货架产品形式提供的虚拟仪器开发环境作为ATS软件开发工具，开发面向信号的自动测试软件，通过通用接口连接器组件和测试适配器模块的方法，实现测试接口装置的通用化设计，从而实现雷达装备ATS的通用性设计。

1 系统总体方案

雷达ATS的开发按照“通用化、系列化、组合化”的原则设计，选择Lab Windows CVI作为测试程序集的开发环境，开发内容包括通用测试平台和测试接口适配器两部分。通用测试平台主要由硬件测试平台和自动测试软件组成，硬件平台由主控计算机、VXI模块、PXI模块和系统机柜及标准的测试连接器组成，采用“VXI+PXI”的总线体系结构搭建仪器设备，兼顾多种不同公司、不同型号的标准化产品，实现硬件平台的通用化，采用面向信号的软件方案开发ATS软件平台和测试程序集(test program sets，TPS)，测试程序集是针对不同型号雷达的测试程序，包括TPS管理模块、TPS开发模块、故障诊断模块等，并为用户进行系统的二次开发提供了软件编程接口；雷达测试接口适配器采用连结器-适配器结构，针对不同雷达开发了不同雷达的测试接口适配器，连接器-适配器实现ATS测试资源与被测对象的物理连接，包括连接器和适配器，它们共同完成信号分配和信号调理功能。系统的总体结构如图1所示。

图1 系统结构示意图

系统工作时，在软件平台的协调下，主控计算机通过1394接口卡和MXI-3接口卡分别对安装在PXI和VXI机箱中的仪器模块进行控制。首先，控制开关矩阵将接口适配器引出的被测信号通过标准连接器分时地送到模块仪器的测试端口；然后，根据被测信号特征，预设模块仪器的测量状态；最后，进行测量并将测量结果读回主控计算机中。为了保证测试系统与不同类型雷达的连接，在本项目中面向测试仪器端口方向采用了VPC公司的通用标准的连接器，该连接器可以安装接口测试适配器模块(interface test adapter, ITA)和接口连接适配器组件(interface connection adapter, ICA)，实现被测信号与测试仪器的可靠连接。在使用的过程中，可以根据不同的被测对象改换ITA和ICA，从而实现测试系统的通用性、灵活性和扩展性。

2 硬件设计

2.1 通用测试平台

通用测试平台安装在两个8U高的标准加固组装柜中，机箱内安装了当前各种雷达装备性能检测所需的各种虚拟仪器模块，接口采用标准接口与适配器相连的方式；机箱上下层叠放置，底部加装脚轮，方便现场测试时移动。其中，上部标准加固组装柜是NI公司的17槽PXI系统机箱及主控计算机，主控计算机采用2U标准厚的机架型工控计算机，内部安装VXI、PXI的接口卡，满足对VXI、PXI模块仪器的控制和系统及外部计算机的网络通信要求。显示器和键盘为折叠推拉式结构，安装高度为标准2U。PXI系统机箱内部包括嵌入式控制器和仪器模块，仪器模块包括通用的示波器、万用表、频谱仪和数字I/O等，也包括雷达检测专用的宽带微波信号源和微波开关模块；下部标准加固组装柜安装Agilent公司的C尺寸13槽 VXI机箱，内部安装嵌入式控制器及功率计、频率计、数字I/O等通用模块；另外，自主研制了VXI总线的伺服控制信号模拟器模块和毫米波信号测量模块，用于毫米雷达信号和伺服单元的信号测试，各模块之间通过背部连接，前面板安装通用接口连接适配器。该系统硬件平台可以完成电压信号、模数信号、离散信号、总线信号和射频信号的测量，能以手动、自动、单独测量的方式实现雷达信号的检测和性能测试。

2.2 接口适配器的设计

接口适配器介于自动测量设备通用标准接口与被测雷达之间，用于转接和分配各种激励、控制、采样和电压等信号，完成通用平台总线仪器模块与被测设备之间的信号转接与传递[4]。该系统设计时，采用信号集中转接法，集中管理全系统的测试信号的输入和输出。本系统的ATE和待测设备组件(UUT)的连接通常采用常用的ICA-ITA的结构来实现。ICA连接测试仪器模块；ITA一端连接UUT设备，适配器和ICA之间封装了信号调理模块，通过插座模块实现接口互连。测试不同的UUT只需更换相对应的接口适配器便可实现雷达不同系统的测试工作。由ICA转接的雷达系统UUT的信号包括交流、直流电源、总线信号、数字逻辑信号、高频和微波信号等，个别高压、大电流或特殊信号可以单独转接。在组建测试系统时，根据测量对象的不同，设计不同的接口适配器，通常称之为可更换接口测试适配器。ITA和ICA上的插座成对称关系，由于不同的UUT所拥有的信号类型不一样，一个被测单元上不可能拥有全部的ICA信号，相应的ITA插座的组成是不一样的。为了实现TPS 的可移植，接口适配器与测试平台中硬件的接口必需遵循一定的标准接口连接规范。在设计中采用了VPC公司的接口连接器，并制定了详细的开发规范。

一种雷达的一个接口适配器装置的设计，如图2所示。适配器通过ICA-ITA实现测试资源与被测对象的物理连接，它们共同完成信号分配和信号调理功能。ICA包括接卡器和测试资源接口(指开关系统或直接电缆连接)等部分；ICA是测试资源和信号的汇集接口，是连接被测信号和向UUT输出激励的统一接口，它一面连接ITA，另一面连接测试资源，经过变换的UUT信号和测试资源要在这里实现对接。

图2 接口适配器示意图

适配器ITA模块包括UUT连接电缆、UUT接口、外层框架、多路通用转接开关模块、信号连接电缆和调理电路模块等部分，它实现对被测信号和激励信号的变换，在适ITA结构中UUT接口是连接被测对象的测试端口，该接口上的信号通过ITA内部电缆或信号调理电路，最终在ITA接口上形成与连接器对接的信号，完成测试资源和信号的连接、分配和变换等功能。

3 系统软件设计

3.1 软件模型的构建

当前，ATS软件的设计主要有面向仪器、面向信号和基于参数的方法，面向信号的ATS是现代测试领域的主要研究方向，该方法利用测试程序的可移植性和仪器的可互换性，对测试信号进行了分类归纳，增强了ATS软件的通用性和扩展性，所以，我们采用面向信号的方法设计了通用型雷达ATS软件。参照IVI(可互换虚拟仪器)基金会提出的可互换仪器信号模型思想，ATS软件平台的设计采用“分层”模式来实现开放式的系统架构[6-8]。所谓的“分层”，是指整个软件平台自顶而下是由用户接口层、核心层、插件层、测试驱动层与仪器设备层等共五个层次组成的，如图3所示。

用户接口层面向操作用户，主要完成与操作用户的交互工作，提供包括对话框、菜单、工具栏、快捷键与命令按钮等人机交互方式。核心层是ATS软件的稳定、可靠运行的基础，由数据总线、事件机制、插件插拔机制、运行引擎以及一些公用服务组成，包括了测试资源管理、测试程序维护、测试系统校准、测试任务执行、数据分析处理以及其他功能服务。插件层用来完成具体的应用处理，包括完成特定测试任务的测试参数、测试程序与应用程序等，它们以插件的形式存在，是动态、可扩充与可替换的。测试驱动层主要存在于各测试参数、测试程序、应用程序与仪器设备之间，作为测试参数、测试程序、应用程序与测量仪器、激励设备与开关网络等相关设备测试驱动程序之间进行通信的纽带。设备驱动层直接面向各个仪器设备资源，其中仪器设备是通用总线模块，主要包括VXI、PXI模块仪器和其他标准接口设备等。

图3 自动测试系统软件的分层示意图

3.2 软件平台的模块化设计

根据功能和实际调试流程，自动测试软件按测试流程，划分为系统搭建信息、测试序列生成、测试校准、自动测量主模块和测试数据处理五大功能模块，另外需要一个顶层的操作平台模块共六大模块。软件模块示意图，如图4所示。

图4 系统软件模块示意图

本系统以操作平台作为人机交互的接口，提供给用户一个方便的操作平台，完成对系统搭建、序列生成、系统校准、自动测量、数据处理等模块的调用。由系统搭建模块接受用户的搭建处理信息，搭建适合自己需要的测试系统，保存到系统搭建文件中；序列生成模块依据系统搭建模块提供的系统搭建文件以及用户编辑信息生成测试序列信息，并保存到测试序列文件中；系统校准模块依据序列生成模块产生的测试序列信息以及系统搭建模块提供的系统搭建信息进行系统校准，产生校准数据信息，并保存到校准数据文件中；自动测量模块依据系统校准模块产生的校准数据信息以及序列生成模块提供的测试序列信息进行自动测量，提取测量数据信息，并保存到测量数据文件中；数据处理模块依据自动测量模块提供的测量数据文件，进行数据分析、显示处理与报表输出等。

3.3 软件的实现

本项目的软件主界面是雷达自动测试平台的主界面，主界面上包含了测试资源管理程序、测试程序、维护程序、测试校准、测试任务执行程序、测试数据分析处理、平台维护和帮助等程序的窗体，系统运行时，通过图、文相结合的操作向导引导操作人员执行任务，例如：在执行测试模块程序时，系统进入自动测量模块的主界面(如图5所示)，打开测试序列文件，将会在测试序列信息区显示测试序列文件所包含的全部测试参数，每个参数的执行状态均为复位状态，默认情况下选择全部测试参数进行测量，用户可根据自己的需求，在需要测试的测试参数前打勾选择，对不需要测量的参数则不选择，这样在将来的自动测量过程中，自动测量模块会自动识别用户的参数选择，完成一次测试任务。

图5 自动测量模块主界面

4 结束语

应用该系统在对雷达装备进行参数测试时，测试人员首先根据雷达装备的测试需求配置硬件测试资源，连接相应的测试接口适配器，然后，在测试程序的引导下自动完成测试，生成数据报表。实际测试表明，该系统结构紧凑，便于野外使用，测试频谱、电压范围广，激励信号丰富，系统运行可靠，测试数据准确。该系统一定程度上实现了软件和硬件的无关性，增强了系统扩展性，另外，面向信号的自动测试系统软件平台提供了测试程序集的二次开发窗口，可在后期用来开发针对不同雷达的测试程序，大大降低了测试程序开发难度，增强了系统的通用性，实现了雷达装备ATS的“一机多用”。由于该系统是平台型测试设备，当前，只开发了部分雷达的测试程序集，下一步要逐步完善其他雷达的测试程序开发，增强系统的实用性。

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段道聚 男，1978年生，硕士研究生，讲师。研究方向为检测技术与自动化装置。

张永祯 男，1968年生，副教授。研究方向为雷达维修工程。

Universal Design of Automated Test System for Radar

DUAN Daoju1,2，ZHANG Yongzhen2，ZHANG Peng2，ZHU Chuanming2

(1. School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430072, China) (2. Radar Department, Wuhan Ordnance Noncommissioned Officer Academy of PLA, Wuhan 430075, China)

In order to meet the general test requirements of the radar equipment for automatic test equipment, we developed the automatic test system based on PXI and VXI bus by using mixed bus technology. This system used the design method of the connector-adapter interface to design the test interface, and the software platform for automatic test system is developed based on the method of signal oriented system. This paper introduced the design method of the radar automatic test system, and mainly explained the design method of the general hardware platform and the test interface adapter, and the software of the automatic test system was described. The system has ample test resources, compact structure and high automation degree, and can be used to test many kinds of active radar equipments. The system conquered the shortcomings of low automation degree, low equipment reuse rate and high quality requirements for the maintenance in the course of radar equipment maintenance, so this system would have a certain military significance.

automatic test system; universal; radar

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2015.10.017

段道聚 Email：ddjfriends@126.com

2015-06-15

2015-09-16

TP274；TN957

A

1004-7859(2015)10-0069-04