北斗射频模块自动测试的设计与实现

秦丽娴，彭　欢，陈　鹏

(1.卫星导航系统与装备技术国家重点实验室，河北 石家庄 050081；2.中国兵器装备集团航空制导弹药研发中心，湖南 长沙 410100；3.中国人民武装警察部队河北武警总队第一支队，河北 石家庄 050081)

0　引言

北斗卫星导航系统是中国独立发展、自主运行，并与世界其他卫星导航系统兼容互用的全球卫星导航系统，是中国国家安全、经济和社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施[1]。

北斗射频模块作为北斗用户机的关键部件，主要作用为放大北斗天线在天空中接收到的微弱信号，降低来自自然界的噪声干扰，提高接收北斗信号的灵敏度，以便系统准确解调出所需的数据信息[2]。现阶段北斗射频模块的测试主要依赖手动测试，即测试人员将待测品和测试设备连接好之后，通过手动设定要测试的性能指标以及附加限制条件，才能开始测试。测试完成后，还要将测试结果手动记录并录入到计算机上统计汇总。整个过程真正的测试时间可能就10 min，而设置测试环境和记录数据却占用了3 min的时间。

鉴于北斗射频模块在北斗导航中的重要地位，所以如何快速、精准地测量其指标参数成为当前测试领域尤为重要的问题。北斗射频模块自动化测试系统[3]的设计与实现，可使测试者轻触鼠标或Android终端立即完成待测品的测试，并自动将测试[4]数据以Excel方式存储，从而为测试人员节省了大量的时间，大大提高了测试效率。

1　需求分析

自动测试系统[5]是指在人很少参与的情形下，自动进行量测[6]、处理数据信息，并以合适的方式输出结果的系统[7]。不同的领域会有不同的自动测试系统，但一般都是使用计算机代替人工劳动的活动。

北斗射频模块的自动测试系统是取代传统测试系统，用计算机远程控制各种测试仪器进行大规模、多数量测试的系统。该系统的成功研制将极大地解决测试者繁重的手工测试工作，提高北斗射频模块测试的效率和准确率。

从北斗射频模块测试员的角度进行分析，自动测试系统是用来测试射频模块性能，并完成记录模块测试结果的软件平台，该自动测试系统应具备以下功能：

① 启动界面：系统的引导模块，主要实现各个模块的瞬时加载，并承载了软件的美观性设计；

② 二维码扫描：作为系统功能的扩充，主要帮助实现记录卡的模块编号自动录入；

③ 模拟测试：分块显示各类测试选项(单项测试、自选测试、全部测试)，实现用户需求的针对性测试。

2　总体设计

2.1　硬件构成

北斗射频模块自动测试系统硬件构成主要包括各个仪器的连接。通过网线、GPIB-USB、GPIB-GPIB或者GPIB卡实现各个仪器之间的连接，仪器连接好后，使用计算机远程采集数据并控制以上仪器。其中采用N5181A MXG模拟信号发生器给模块提供射频信号，给功率参数和隔离度的测量提供发射所需的频率和幅度；采用N9340B手持式射频频谱分析仪来显示各个过程中的产生波形和处理数据，便于测试者进行观察和记录。自动测试系统硬件组成如图1所示。

图1　北斗射频模块自动测试系统硬件组成

2.2　软件设计

北斗射频模块自动测试系统软件设计的具体任务是将一个复杂系统按功能进行模块设计，确定模块间的关系及人机界面等。

北斗射频模块自动测试系统采用LabVIEW软件和Lab Windows/IVI开发软件，它可以令测试者采集到测试信号，并对其进行分析，从而得出有用信息，然后将测量结果直观地显示或者形成报告。其中较典型的函数库有数据图像的采集、GPIB及其串口的控制、数据的分析、显示和存储。采用图形化程序设计思想，将系统分成各个小模块，再把各个模块连接起来，大大简化了自动测试软件的开发工作。

北斗射频模块自动测试系统可实现对多台射频模块的同步测试与数据采集。测试开始后首先对测试仪器进行初始化，打开摄像头进行二维码扫描录入需要测试设备的编号，并对后台的记录表进行计算筛选和读取匹配。而后按选项卡选择测试项目并点击开始测试，测试自动进行并将结果以xls形式存储到Excel表格中。特别注意的是在全部测试中含有对测试参数的审核，如果在正常的数值范围内，系统会自动将测试数据保存，否则将会发生测试数据错误告警。测试完一台设备后会提示更换设备或保存退出。北斗射频模块自动测试LabVIEW软件流程如图2所示。

图2　自动测试软件流程

2.2.1启动界面

该模块的主要功能是给自动测试系统设计一个漂亮的启动方式，并且完成与PC端主面板衔接相关的一些功能。使系统每次打开后直接由启动界面过渡到主面板并自动运行。告别以前四处寻找所要打开的VI[8]，频繁点击运行，然后才能执行的复杂过程，现在只需打开启动界面，系统自动运行，还设有人性化滚动条显示加载进度的百分比。

2.2.2二维码扫描

模块分2种情况实现，在PC端，只需外部硬件连接一个扫描仪，系统安装上驱动即可实现。在Andriod手机端，就需要增加二维码扫描程序代码来实现标号二维码的自动录入。该模块的功能是将北斗射频模块上粘贴的二维码自动录入到标准的记录卡中，免去了人工输入编号操作的繁琐，避免了人员粗心带来的录入错误。

2.2.3主面板

该模块的主要功能是根据测试需要将所涉及的所有测试过程用选择器和显示框清楚明晰地展现出来。测试时只需点击主面板上所需测试项的选择器按钮就可完成相关测试，且测试结果即刻在后面的显示框中显示出来，便于测试员对数据进行判断分析，并可方便地查找出错误测试数据的来源，查找记录在测试卡中的问题模块。

3　测试系统设计与实现

测试系统的设计与实现是对总体设计的一个细化，主要任务为详细设计的每一个功能模块实现所需要的详细结构。详细设计有2个目的：① 实现北斗射频模块功能设计逻辑上正确；② 实现北斗射频模块代码描述上简明易懂。

北斗射频模块自动测试系统[9]实现是在总体设计和详细设计的基础之上，运用图形化的开发环境源代码将系统变成可实际运用的测试软件平台。因测试系统由多个复选框罗列了北斗射频模块的不同指标测试，该程序仅列出启动界面和功率参数的具体测试方法。

3.1　启动界面

启动界面是自动系统的首要模块，也是开发过程中首先应该实现的模块。该模块第一步是实现自动测试二维码扫描的加载。对于PC端而言，运行此程序将会进行打开设备、载入参数、初始化设备、载入主界面、打开主界面等操作；对于手机端来说，会加载资源，扫描二维码。考虑到PC机和手机的差异，灵活应用不同平台所提供的界面特点。PC端可以显示的信息量明显比手机能显示的要大，所以手动拨动旋钮调节的功能，分项测试的功能只在PC端实现。目前大多数移动终端均是Android操作系统，应用这款终端软件可以实现测试的远程控制。

3.1.1软件流程

北斗射频模块的自动测试系统启动界面设计的流程如图3所示。

图3　启动界面设计流程

3.1.2启动模块的图形化代码

启动界面图形化代码如图4所示。打开测试软件首先载入参数、设备初始化、载入主界面，二维码扫描设置，其语句如下：

“*RST;*CLS”

“RUN VI”

“WAITING UNTIL DONE”

“AUTO DISPOSE REF”

图4　启动界面图形化代码

3.2　功率参数测试

功率参数是北斗射频模块测试的主要指标，功率参数的好坏直接影响着北斗射频模块的价值。目前功率参数3项指标手动测试需要读取参数后重新设置频谱仪参考偏移数值方可读取另一项参数数值。该自动测试系统可利用LabView特有的时间延迟设置实现读取后自动设置并完成下一项参数的读取，并自动将结果记录在设计好的电子表单中，给测试带来了极大的便利。自动测试设计软件流程如图5所示，功率参数测试图形化代码如图6所示。

图5　测试设计流程

其语句部分代码如下：

“*RST;*CLS”

“RUN VISA”

“CALCAULATE：MARKER1：Y?”

“DISP：WIND：TRAC：Y：RLEV：OFFSTE”

“ADD DBM”

“MEASURE CHPOWER DENSITY”

图6　功率参数测试图形化代码

4　系统测试过程及结果分析

根据上述的自动测试系统设计，利用Windows XP或Win7操作系统和LabVIEW软件[10](LabVIEW 2010[11]或LabVIEW 2012版本软件[12])等虚拟仪器[13-14]编程实现此自动测试系统，并对实验结果进行分析和讨论。

4.1　测试过程

功率参数作为北斗射频模块测试中的必要监测数据，可通过此自动测试系统直接读取结果，免去了更换模块参数重复手动设置的繁琐。对功率参数进行读取并提取显示的效果如图7所示。

图7　功率参数测试

测试结果在读取栏中显示，并且与指定的范围进行对比。如果测试显示数据在范围内，表示结果正确，可以直接生成在记录卡中；如果不在范围内，报警指示灯点亮，表示结果错误。报警栏中记录了发生错误的个数、错误的ID、时间和错误的类型。全部测试结果如图8所示。

图8　全部测试结果

4.2　结果分析

在北斗射频模块自动测试系统中，测试内容主要为不同模块的参数重复测试。在4组模块的测试中，记录卡显示模块参数合格，测试结果如图9所示。

由于测试的繁琐和重复性导致的测试过程缓慢问题目前通过自动测试系统，测试速度提升了75%准确率提升了40%，重复设置及人员操作失误导致的测试问题得以解决。从图9可以看出，每个测试模块测试的结果已自动记录到Excel表格中，结果精准明晰，提高了测试人员效率和准确度。

图9　测试记录卡

5　结束语

随着模块数量增多，测试任务也在日渐加重，本文提出的北斗射频模块的自动测试系统，有效地利用了LabVIEW以及Eclipse软件开发了适用于PC端和手机端的测试系统，使得测试效率大幅度提高，测试准确性也明显增强。此外，此自动测试系统也降低了对测试人员的具体要求，在测试人员不必深入理解测试方法和测试设备的情况下，也能通过计算机和安卓手机完成具体的测试任务。特别在进行发批量的测试时，更能体现其优越性。

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