数字阵列模块自动测试系统的研究与设计

马小芳

摘 要： 数字阵列模块是数字阵列雷达的核心组成部分，利用高集成技术将数字收发模块和模拟收发模块封装成一个组件。由于数字阵列模块数量多、通道数目多、测试指标多，对其进行自动测试变得尤为重要。针对数字阵列模块的自动测试给出了系统设计，包括硬件和软件设计。通过应用VC与LabVIEW动态数据交换技术、VC++多线程技术、UDP数据传输及数据后处理技术，较好地解决了数字阵列模块测试数据量大、难处理的问题。通过对某型雷达数字阵列模块的测试，表明该测试系统达到了很高的测试精度。

关键词： 数字阵列模块； 动态数据交换； VC++多线程技术； UDP数据传输； 数据后处理技术； 自动测试系统

中图分类号： TN407?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）19?0125?03

Abstract： The digital array module is the core component of digital array radar. A component is packaged with digital transceiver module and analog transceiver module by applying high integration technology. Since the digital array has multi?module， multi?channel and multiply test index， the automatic testing to it has become particularly important. The system design is provided for automatic testing of digital array module， which includes hardware and software design. The large size of test data and hard processing problems of digital array module are solved better by using VC and LabVIEW dynamic data exchange technology， VC++ multithreading technology， UDP data transmission and data post?processing technology. This testing system has reached the higher test precision by testing the digital array module of a certain type radar.

Keywords： digital array module； dynamic data exchange； VC++ multithreading technology； UDP data transmission； data post?processing technology； automatic testing system

随着数字集成电路技术的发展以及数字波束形成（Digital Beam Forming，DBF）方法研究的不断深入[1]，雷达设备日趋高集成，数字化技术应用越来越多，通道数目不断增加。数字阵列雷达是一种接收和发射波束都以数字方式实现的全数字相控阵雷达[2]，数字阵列雷达因具有大动态范围、多波束、低损耗、低副瓣等优点[3]，受到雷达行业工作者的亲睐。数字阵列模块是数字阵列雷达的核心部件，一台数字阵列雷达有成千上万个数字阵列模块[4]。数字阵列模块（Digital Array Module）是采用集成技术、数字收发技术、光电调制解调技术，完成雷达射频收发数字化及数据预处理功能，实现大容量数据传输（一般通过光纤）的数字化收发模块[5]。数字阵列模块通道数模多，测试指标种类多，测试精度要求高，通过采用动态数据交换技术、VC++多线程技术、UDP数据传输及数据后处理技术解决数字阵列模块测试数据量大，处理难度大等问题。

1 数字阵列模块原理及其测试指标需求

数字阵列模块主要由射频收发单元、中频数字收发单元及供电模块构成，如图1所示。

其中，模拟收发单元主要是完成天线接收的回波信号的放大、下变频以及发射激励信号的上变频和放大；数字收发单元完成射频收发单元输出的中频信号的A/D变换、数字正交解调及产生发射激励信号。供电模块给模拟收发单元和数字收发单元供电。

数字阵列模块测试指标包括接收指标和发射指标。接收指标包括接收增益、通道间一致性、接收信噪比、I/Q镜像抑制和噪声系数；发射指标包括发射功率和发射脉内信噪比。

2 数字阵列模块自动测试系统的研制

2.1 数字阵列模块自动测试系统的硬件研制

数字阵列模块自动测试系统的硬件组成框图如图2所示。

数字阵列模块自动测试系统硬件系统主要由测试工装、数据采集模块、计算机、仪表及数字阵列模块组成。其中测试工装向测试系统提供基准时钟、同步信号、本振信号以及各种模拟适配接口、数据采集模块是测试系统的关键设备，它是连接计算机和数字阵列模块的桥梁，数据采集模块上具有并口、网口、光纤等接口，可以将计算机发布的控制命令下载到数字阵列模块中，控制数字阵列模块的工作模式和发射波形码，同时把数字阵列模块里采集的数据上传给计算机。由于计算机的处理能力有限，数据处理会占用大量的CPU时间，降低数据采集的效率，因此数据采集中还应集成脉压等数据处理功能，这样可以降低计算机与采集卡间的传输数据率。数据采集模块的原理框图如图3所示。endprint

数据采集模块采用的FPGA是Altera公司的Stratix GX系列，开发工具采用Quartus 9.1。计算机是整个测试系统的核心，通过测试软件控制整个测试系统的流程。仪表包括信号源、频谱仪和功率计。其中信号源用于模拟产生接收回波信号，作为数字收发模块接收模式的输入信号；频谱仪完成数字阵列模块发射改善因子的测量；功率计完成发射功率的测量。

2.2 数字阵列模块自动测试系统的软件研制

自动测试软件是对计算机获取的数据读入并对数据做分析运算，运算结果以数据、图形等形式显示，同时将运算结果生成数据报表。

该系统的软件组成框图如图4所示。

测试软件采用LabVIEW，VC语言。LabVIEW平台负责将采集的数据通过UDP网络协议传输给VC平台；在VC平台中主要完成仪器校准、数据传递、数据分析处理、测试报表及数据存储功能。

（1） 仪器校准

VC平台通过GPIB协议访问仪表并控制仪表，将仪器的测量误差数据读取。

（2） 数据传递

LabVIEW和VC平台的数据传递是双向的，后者准备好后向前者发送握手请求信号，前者向后者发送握手应答信号并按序发送采集到的数据报文。

（3） 数据分析处理

VC平台收到发来的报文数据后，将根据报文中的数字阵列模块编号、频率码和数据类型码等解析原始报文，解析后的数据与校准数据融合后进行有效性分析、误差计算和误差分析等。

（4） 测试报表

最终结果数据是根据数据采样率的大小进行实时显示的。由于数据量、信息量较大，为了方便用户测试以标签加报表的形式呈现。测量数据偏差较大时以区分度较大的颜色显示以提醒用户。

（5） 数据存储

随着采集数据量的急速增加，若采用内存对中间数据存储会使内存消耗很大、占用资源。本系统采用ACCESS数据库存储中间数据和校准数据，采用Excel外部文件存储最终数据。

除了以上功能外，为了解决数字阵列模块测试指标多、处理数据量大、难度大的问题，在本系统中还采用了动态数据交换技术、VC++多线程技术、UDP数据传输及数据后处理技术。

（1） VC与LabVIEW动态数据交换技术

本系统需要在VC平台与LabVIEW平台上使用频繁的数据动态交换，因此两软件之间数据的交换速度和可靠性成为评估软件设计成果的一个重要指标。LabVIEW实现网络通信的方法主要有以下几种：动态数据交换（DDE）；采用RDA技术实现DAQ设备的远程控制采集；采用TCP，UDP等传输控制协议实现网络通信；利用Remotepanels技术实现远程数据采集控制；现场实时发布。在VC++平台中开发通信程序最基本的方法是应用WindowsSocket，本系统基于WindowsSocket通信的API设计了用于和LabVIEW进行通信的接口线程，设置了两个数据传输通道，分别为握手数据通道和测量数据通道。

（2） VC++多线程技术

为了对海量的、由LabVIEW采集来的数据进行分析处理，采用VC++多线程技术，一方面可以将网络报文的收发放在一个线程中，而将用户界面处理放在另一个线程中。当用户对界面进行操作时，操作系统将进行线程切换，为报文收取线程提供完成任务所需的时间；另一方面，程序中需要同时进行高速网络数据传输和低速数据分析处理，在VC++程序中使用多线程技术时，就能以单独的线程分析处理数据与网络通信。这样，在高速网络数据发送、处理的时候，低速的数据分析处理同时进行，减少了等待所需要的时间总开销，提高了系统的实时性与可靠性。

（3） UDP数据传输及数据后处理技术

一个数字阵列模块的测试指标数目达几万个，这么多数据的处理和传输是个非常繁琐的问题，针对此种情况，采用UDP传输技术。即使用UDP数据包对测试数据进行传输，此种传输方式数据率可达2.5 Gb/s。将数据由采集端接收生成端后需要进行运算，这个过程需要耗费大量时间，采用数据后处理技术，即利用接收下一批数据的时间对上一批数据进行处理来缩短数据处理时间。

3 数字阵列模块自动测试系统的测试验证

数字阵列模块接收指标的测试采用“基于虚拟仪器的接收机技术”模拟雷达数字信号处理环境，对采集到的I/Q数据进行处理后得到各指标测试值。

数字阵列模块发射指标的测试采用仪表直接测试的方法。功率计测试发射功率，频谱仪测试发射信噪比，利用GPIB卡对测试数据进行采集并采用“虚拟仪器技术”将测试数据还原为图形显示在测试界面中。

通过对某型雷达数字阵列模块的测试，通过计算软件测试结果与实际测试值的均方差求出测量精度，如表1所示。由此可以看出，该系统测试精度较高。

4 结 论

针对数字阵列模块集成度高、通道数目多、测试指标种类多，给出了数字阵列模块自动测试系统的设计。对系统硬件和软件进行设计，软件方面采用VC与LabVIEW动态数据交换技术、VC++多线程技术、UDP数据传输及后处理技术解决数字阵列模块测试数据量大、处理困难的问题。通过对某型雷达数字阵列指标的测试，结果表明该系统达到了很高的测试精度。同时更换测试工装中的适配接口装置，该自动测试系统可以应用于其他雷达的数字阵列模块的自动测试，具有较好的推广价值。

参考文献

[1] 陈曾平，张月，鲍庆龙.数字阵列雷达及其关键技术进展[J].国防科技大学学报，2010，32（6）：1?7.

[2] 盛永鑫.数字T/R组件接收通道测试方法探讨[J].硅谷，2011（7）：177?178.

[3] 李冬芳.数字阵列雷达收发组件自动测试技术研究与实现[J].火控雷达技术，2011（2）：66?71.

[4] 吴新玉.数字T/R组合自动测试系统的设计与实现[D].南京：南京理工大学，2012.

[5] 何宏平，张伟.数字阵列模块老炼系统的研制[J].电子产品可靠性与环境试验，2011（6）：39?42.

[6] 朱宇杰.PXI总线雷达自动测试系统研制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.endprint