基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺自動測試系統(tǒng)
描述了如何采用基于虛擬儀器技術(shù)快速方便的開發(fā)短波電臺自動測試系統(tǒng),與傳統(tǒng)儀器測試平臺相比,測試效率更高,體積更小。
傳統(tǒng)的電臺測試系統(tǒng)采用以無線電綜合測試儀為中心搭建或采用分立儀器搭建、手動測量,這種方法成本高、自動化程度低、擴展性差。因此需要尋求一種解決方案,實現(xiàn)高度集成化、可擴展的測試系統(tǒng)。本文描述了如何采用基于虛擬儀器技術(shù)快速方便的開發(fā)短波電臺自動測試系統(tǒng)。開發(fā)的測試系統(tǒng)滿足短波電臺的測試規(guī)范,與傳統(tǒng)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、天線調(diào)諧器、控制盒、安裝架、連接電纜,配套的耳機、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個獨立的測試儀器。
不同種類的電臺在不同的測試等級下測量項目也不盡相同,用戶還可能要求增加其他測量項目,如收發(fā)轉(zhuǎn)換時間、發(fā)收轉(zhuǎn)換時間、靜噪開啟時延、靜噪滯后時延、發(fā)射保護等。
短波通信電臺測試系統(tǒng)在電臺具備外部控制接口時采用全自動方式,在電臺不具備外部控制接口時采用半自動方式,要求的單項測試速度不大于10秒鐘,單臺測試時間不超過10分鐘,而系統(tǒng)中不同的測試項目有各自的測量儀器和連接方式,為了在生產(chǎn)線上提高測試效率,必須采用自動測試技術(shù),自動選擇測試設備、自動連接測試設備、自動產(chǎn)生激勵并測量響應,系統(tǒng)還應有較高的可靠性、電磁兼容性和易于維護。
硬件系統(tǒng)構(gòu)成
短波通信電臺自動測試系統(tǒng)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NI公司MXI-4卡,使用PCI橋接技術(shù)對PXI-1010機箱進行控制,PXI-1010有6個PXI模塊和2個SCXI模塊,可根據(jù)測試需要擴展儀器模塊。接口適配箱實現(xiàn)信號的調(diào)理和分接。
圖1 短波電臺自動測試系統(tǒng)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(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實現(xiàn)。Spectral Measurements Toolkit是一個頻譜測量工具包,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(tǒng)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(shù)進行測試。Modulation Toolkit是一個調(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,還具有強大的3D眼圖功能,可以測量調(diào)制誤差、相位誤差、頻率偏差、誤碼率和并發(fā)定時;還可以對DC偏置、IQ、增益不平衡、積分傾斜等邊界條件進行測量。
為了產(chǎn)生和測量音頻信號,系統(tǒng)中配備了一塊PXI-4461高精度音頻信號采集與產(chǎn)生模塊,它具有兩個同步采集模擬輸入通道和兩個同步采集模擬輸出通道。該模塊在系統(tǒng)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(zhuǎn)換時間、靜噪開啟時延、靜噪釋放時延等參數(shù)的測試,以及對RF和AF動態(tài)波形進行觀測,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-6259一方面用來對SCXI機箱進行控制和掃描,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(shù)字信號,以實現(xiàn)在全自動方式下對電臺的自動測試控制。
測試規(guī)范中規(guī)定不同的測試項目需要多臺儀器按規(guī)定的測量方法進行連接,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,為了實現(xiàn)自動選擇測試儀表,設置工作模式,自動進行信號轉(zhuǎn)接和切換,系統(tǒng)中配備了射頻開關(guān)模塊和通用開關(guān)模塊。射頻開關(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關(guān)使用。其帶寬為500MHz,適合于高頻的測試。
通用開關(guān)模塊選用SCXI-1166,該模塊具有32路開關(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(tǒng)供電等。
程控電源選用Agilent公司可編程電源,主要用于給被測電臺提供電源,同時實現(xiàn)負載功率的測試和保護。該電源的控制通過GPIB-USB模塊完成。
應用軟件構(gòu)成
短波電臺自動測試系統(tǒng)應用軟件采用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺LabVIEW,按照用戶技術(shù)要求和GB/T 6933-1995、GB/T 6934-1995中規(guī)定的測試項目和測試方法控制系統(tǒng)硬件,進行模式設置、控制激勵輸出和采集測試數(shù)據(jù),進行處理,得到電臺的性能指標,其主要框圖如圖2所示。
圖2 自動測試系統(tǒng)應用軟件組成框圖
系統(tǒng)應用軟件界面如圖3所示,各模塊主要功能為:短波電臺自動測試系統(tǒng)應用軟件為系統(tǒng)的人機接口,管理整個測試系統(tǒng);自檢/校準軟件完成對虛擬儀器硬件的自檢,并實現(xiàn)校準;測試管理軟件實現(xiàn)系統(tǒng)性能指標的測試,實現(xiàn)測試項目選擇、參數(shù)設置、儀器控制、采集與處理、分析和顯示等功能;數(shù)據(jù)管理軟件實現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的管理;系統(tǒng)維護軟件包括儀器管理、數(shù)據(jù)庫維護和測試診斷,在線幫助用于對用戶進行在線操作指導。
圖3 用戶界面
基于虛擬儀器技術(shù)所開發(fā)的應用軟件具有良好的人機界面、可維護性和二次開發(fā)能力,可以有效地縮短程序開發(fā)的工作量,極大地縮短開發(fā)時間,只需要對程序做少量的改動就可以實現(xiàn)新的功能和要求,從而可以滿足不同階段,不同種類的電臺自動測試的需要,二次開發(fā)、功能擴展極為方便。
結(jié)論
表1反映了采用虛擬儀器前后短波電臺測試系統(tǒng)的變化。通過選用基于虛擬儀器的短波電臺自動測試系統(tǒng),使得測試系統(tǒng)的自動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,通過在生產(chǎn)線上使用有效地提高了生產(chǎn)和檢測的效率,通過系統(tǒng)配置和適當?shù)臄U展,可以適應多種不同類型電臺的測試需要。
表1 性能比較