基于LXI的干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李映晟，石遠(yuǎn)東

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州225001）

0 引 言

雷達(dá)有源干擾設(shè)備中的干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備，由許多復(fù)雜的高速數(shù)字及模擬電路組成。目前，調(diào)試時(shí)多采用人工測(cè)試的方法，需按調(diào)試要求對(duì)大量邏輯信號(hào)、控制碼及各類中頻射頻信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并且需要針對(duì)各類不同的測(cè)試信號(hào)設(shè)置示波器、頻譜儀等多種儀表，測(cè)量一項(xiàng)指標(biāo)后，記錄結(jié)果再進(jìn)行下一步。這種人工的測(cè)試方式工作量較大且繁雜，對(duì)調(diào)試人員要求也較高，不能滿足大批量測(cè)試調(diào)試的任務(wù)需求。干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)以自動(dòng)的方式完成被測(cè)設(shè)備的控制，配合儀表設(shè)置、自動(dòng)記錄等工作，能大大簡(jiǎn)化手工設(shè)置、測(cè)量、記錄的調(diào)試方式，并能自動(dòng)生成規(guī)范化的數(shù)據(jù)報(bào)告。

1 人工測(cè)試方式及手段

干擾系統(tǒng)中干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備，一般由接口電路、干擾控制器、噪聲技術(shù)產(chǎn)生器、欺騙技術(shù)產(chǎn)生器、欺騙信號(hào)產(chǎn)生器等組成。

目前人工測(cè)試方法主要有以下幾個(gè)步驟 （具體流程如圖1所示）：

（1）根據(jù)測(cè)試內(nèi)容配置相應(yīng)儀表；

（2）在控制軟件中對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行人工設(shè)置，發(fā)送相應(yīng)參數(shù)；

（3）將需要測(cè)量的邏輯波門或中頻射頻信號(hào)在各種儀表上捕捉到；

（4）再細(xì)調(diào)儀表，將要測(cè)量的指標(biāo)與技術(shù)條件比對(duì)；

（5）記錄數(shù)據(jù)；

（6）下一項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試中，如果要用到其他儀表，需拆除當(dāng)前儀表和測(cè)試機(jī)箱間連接。

在干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備測(cè)試中，涉及多個(gè)邏輯比較或多個(gè)射頻信號(hào)的多項(xiàng)指標(biāo)測(cè)量，使用示波器、頻譜儀等捕捉信號(hào)及細(xì)調(diào)儀表的工作量較大。而多種儀表的使用和不斷調(diào)整連接使測(cè)試工作顯得無(wú)序，并且測(cè)試工位鋪張較大，測(cè)試電纜連接雜亂。測(cè)試框圖如圖2所示。

在傳統(tǒng)測(cè)試方式下，人工需要操作的步驟過于繁多，對(duì)測(cè)試人員的技術(shù)要求較高，需要具有嫻熟的各類儀表使用操作技術(shù)，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)有詳細(xì)認(rèn)識(shí)，并且人為因素可能會(huì)導(dǎo)致的測(cè)試誤差較高。所以目前的人工測(cè)試方法無(wú)法滿足大量裝備生產(chǎn)測(cè)試任務(wù)。

經(jīng)上述分析，當(dāng)前的測(cè)試需要做以下幾點(diǎn)改進(jìn)：

（1）測(cè)試環(huán)境搭建復(fù)雜，每次調(diào)試或不同指標(biāo)的測(cè)試需要調(diào)整各種儀表及電纜，不定因素增加；

（2）測(cè)試時(shí)人工成分多，增加了人為因素所導(dǎo)致的錯(cuò)誤率；

（3）記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)需要大量時(shí)間；

（4）測(cè)試環(huán)節(jié)煩，上手難度較大。

所以需要一套干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)簡(jiǎn)化和完善測(cè)試流程，提高測(cè)試的效率與可靠性。

2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)中，儀表的選擇與使用對(duì)自動(dòng)測(cè)試流程和方法有很大影響，傳統(tǒng)單臺(tái)式儀表的結(jié)構(gòu)差別大，重量較大，不同廠商之間儀表兼容性差，對(duì)于調(diào)試來(lái)說(shuō)，冗余功能較多，造成儀表浪費(fèi)，儀器間雜亂的電纜連接給測(cè)試增加了一定的復(fù)雜度。本測(cè)試系統(tǒng)遵循小型、精簡(jiǎn)、靈活的設(shè)計(jì)理念，采用LXI標(biāo)準(zhǔn)的、小型的模塊化儀表。

LXI是基于局域網(wǎng)技術(shù)的新一代模塊化自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，它集中了通用接口總線 （GPIB）的易用性、VXI／PXI的高性能與小尺寸、以太網(wǎng)的靈活性與高吞吐能力?？梢园葱枨箪`活配置，標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)和接口給測(cè)試系統(tǒng)的配置和使用帶來(lái)了便利。LXI儀器在構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，最大的優(yōu)勢(shì)是其核心硬件技術(shù)與臺(tái)式儀器的核心硬件技術(shù)是相同的，所以研發(fā)階段在臺(tái)式儀器上使用的測(cè)試方法和測(cè)試軟件同樣可以方便地移植到LXI系統(tǒng)中，從而大大降低了重新編寫測(cè)試軟件和驗(yàn)證系統(tǒng)性能的費(fèi)用。

2.1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件構(gòu)架

LXI儀器的接口主要包括硬件接口、驅(qū)動(dòng)程序接口和Web接口三部分［1］。LXI儀表按功能可分為A、B、C三類：C類儀器具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的LAN接口和Web接口，這些儀器不需要支持硬件觸發(fā)和IEEE1588觸發(fā)；B類儀器包括C類的所有功能特征，還支持IEEE1588，即精確時(shí)鐘同步協(xié)議（PTP）；A類儀器除包括B類和C類的全部功能外，還增加了一種硬件觸發(fā)功能［1］。

基于A、B、C三類LXI儀表，實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)有3種方案，可以達(dá)到不同的時(shí)間精度：

（1）硬件同步子系統(tǒng)，ns級(jí)精度；

（2）采用IEEE 1588精確時(shí)鐘同步協(xié)議，借助硬件支持，實(shí)際應(yīng)用可確保20ns精度；

（3）采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議 （NTP），ms級(jí)精度。

因?yàn)闇y(cè)試系統(tǒng)采用模塊化儀表，測(cè)試結(jié)構(gòu)緊湊，儀表間距離短，硬件觸發(fā)總線在這種條件下能達(dá)到非常高的精度。硬件觸發(fā)總線是LXI設(shè)備所具有的一種高精度、低延時(shí)和低觸發(fā)的觸發(fā)方式。它有8路通道，具有兩種模式：驅(qū)動(dòng)模式和線或模式。驅(qū)動(dòng)模式是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)操作；線或模式是多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)操作。LXI儀表能夠記錄外部事件產(chǎn)生硬件觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間，并讀取預(yù)置緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，這為高速時(shí)序測(cè)量提供了良好條件［2］。

干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備中，很多重要指標(biāo)都為幾十、幾百ns，所以根據(jù)測(cè)試需要選用A類儀表，主要采用硬件總線觸發(fā)方式。由于硬件觸發(fā)總線只有8路信號(hào)，所以在系統(tǒng)中將所需觸發(fā)的信號(hào)預(yù)先接入控制板，根據(jù)測(cè)試項(xiàng)需求在控制板中預(yù)先選擇觸發(fā)信號(hào)，送給LXI儀表。由于LXI儀器組合沒有共用的計(jì)算機(jī)背板，LAN沒有確定的同步時(shí)鐘，所以必須考慮如何處理LXI儀器在進(jìn)行測(cè)量控制時(shí)所遇到的觸發(fā)、定時(shí)和同步難題，必須引入一種同步時(shí)鐘協(xié)議，即IEEE1588精確時(shí)鐘同步協(xié)議，它能使LAN具備帶有觸發(fā)和同步的能力，從而能可靠地控制儀器進(jìn)行測(cè)量［3］。這種標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)鐘同步法成本效益高，并且支持異構(gòu)系統(tǒng)。

基于LXI標(biāo)準(zhǔn)的小型模塊化儀表不僅解決了精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)的問題，更能夠提供多種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外接口與控制總線，簡(jiǎn)單的集成方法和開放性的系統(tǒng)可使用軟件連接到像Excel和Word，甚至瀏覽器這類流行的應(yīng)用軟件和報(bào)告工具上，易于設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄和查錯(cuò)。基于LXI標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商之間的儀表能夠兼容使用，硬件搭配更加靈活［2］。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，根據(jù)干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備的指標(biāo)測(cè)試需要，需采用信號(hào)源、頻譜儀、示波器等。

系統(tǒng)中所采用的LXI統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)前后面板結(jié)構(gòu)儀表，接口結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，高度一般為2U，以這種儀表所組成的調(diào)試用機(jī)架，結(jié)構(gòu)更加緊湊。

測(cè)試系統(tǒng)所用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)LXI儀表接口示意圖如圖3所示。

干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)主要包含顯控部分、LXI儀表部分及控制板。

顯控部分是整個(gè)系統(tǒng)的控制終端，由顯示器、工控機(jī)、路由器及控制板組成。其中工控機(jī)安裝控制軟件發(fā)送報(bào)文給干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備，并發(fā)送控制命令給模塊化儀表。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)LXI儀表接口示意圖

控制板由ARM9與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 （FPGA）及相關(guān)外圍電路組成，硬件觸發(fā)總線采用SN65MLVD080，提供8路多點(diǎn)－低壓差分信號(hào)（M－LVDS）收發(fā)功能。IEEE1588精確同步的實(shí)現(xiàn)，在控制板的硬件物理層用時(shí)間戳處理，消息實(shí)際到達(dá)或離開設(shè)備時(shí)出現(xiàn)硬件時(shí)間戳，該時(shí)間戳操作由硬件執(zhí)行，精度更高。控制板輸入時(shí)鐘200MHz，再經(jīng)內(nèi)部鎖相倍頻，使系統(tǒng)主時(shí)鐘精度達(dá)到ns級(jí)?？刂瓢逯饕δ苁菍?duì)邏輯信號(hào)數(shù)據(jù)采集、判斷和I／O控制、選通硬件觸發(fā)信號(hào)。在測(cè)試系統(tǒng)工作時(shí)，預(yù)置的初始化及參數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)LXI儀表進(jìn)行初始化和相關(guān)參數(shù)設(shè)置［4－5］?？刂瓢逵≈瓢逡妶D4。

圖4 控制板圖

如圖5所示，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由工控機(jī)控制軟件發(fā)送測(cè)試指令給干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備，引導(dǎo)分機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的控制邏輯及射頻信號(hào)，同時(shí)針對(duì)測(cè)試內(nèi)容，控制板通過LAN總線控制測(cè)試機(jī)架中對(duì)應(yīng)的模塊化儀表設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，讀取儀表回報(bào)數(shù)據(jù)以及被測(cè)設(shè)備產(chǎn)生的各種信號(hào)，并形成數(shù)據(jù)報(bào)文送工控機(jī)記錄。

2.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

LXI總線的軟件有兩類：一類基于客戶端／服務(wù)器 （B／S）模式，另一類基于瀏覽器／服務(wù)器（C／S）模式，客戶端可通過IVI－COM對(duì)LXI模塊進(jìn)行訪問和控制。本文采用了網(wǎng)絡(luò)通信中常用的C／S模式。

圖5 測(cè)試系統(tǒng)基本硬件功能連接框圖

基于C／S模型的LXI自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，也引入B／S模型，可通過瀏覽器直接訪問測(cè)試系統(tǒng)的IP地址。采用了這種基于B／S模式的C／S模型，軟件編程方便，LXI模塊端運(yùn)用操作系統(tǒng)中的TCP／IP協(xié)議，而客戶端 （也就是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的主控機(jī)）只需使用瀏覽器就能進(jìn)行測(cè)試的操控。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件接口如圖6所示。

圖6 自動(dòng)測(cè)試軟件接口圖

LXI儀表均帶有驅(qū)動(dòng)程序和函數(shù)庫(kù)，且開放底層函數(shù)。C／S模式中，客戶端與儀表以IVI－COM協(xié)議相連，類似于網(wǎng)絡(luò)通訊中的Stoket，開發(fā)環(huán)境為L(zhǎng)abWindows／CVI。該接口協(xié)議編寫可直接調(diào)用API函數(shù)，IVI模型中，儀表每一項(xiàng)屬性，都能作為一個(gè)可讀寫的函數(shù)［1］。利用IVI模型進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試的流程見圖7。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可根據(jù)調(diào)試需求選擇單項(xiàng)測(cè)試和所有項(xiàng)目測(cè)試，單項(xiàng)測(cè)試參數(shù)，通過界面軟件鍵入；所有項(xiàng)目測(cè)試使用預(yù)置的參數(shù)，按順序進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目測(cè)試，軟件流程圖如圖8所示。

圖7 測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)IVI驅(qū)動(dòng)的軟件流程

圖8 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件流程圖

3 測(cè)試流程及測(cè)試方法

干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備中所需測(cè)試的指標(biāo)類型多樣，有信號(hào)功率、諧波雜散、響應(yīng)時(shí)間、控制波門邏輯時(shí)序等。該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠通過LAN總線控制儀表自動(dòng)測(cè)試和記錄信號(hào)功率、雜散諧波，也能夠利用高速硬件觸發(fā)總線功能，結(jié)合IEEE1588精確時(shí)鐘協(xié)議功能，對(duì)復(fù)雜邏輯信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)判斷。IEEE1588能夠給每個(gè)觸發(fā)事件加時(shí)間戳，根據(jù)測(cè)試內(nèi)容，預(yù)設(shè)事件的觸發(fā)點(diǎn)與容差值，在測(cè)試中輔助硬件觸發(fā)總線，提取所需事件的時(shí)間戳，對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，增加測(cè)試的準(zhǔn)確性。

根據(jù)測(cè)試指標(biāo)的不同，這里將這些指標(biāo)分為四大類，以4種方式進(jìn)行測(cè)試判斷：

（1）控制碼高低電平判斷：主要以各類控制碼本振碼為主，直接送往控制板，由控制板根據(jù)相應(yīng)高低電平或信號(hào)邏輯時(shí)序判斷是否正確。

（2）中頻射頻信號(hào)參數(shù)：送給模塊化儀表中的頻譜儀或示波器，記錄測(cè)試項(xiàng)的相應(yīng)參數(shù)，回報(bào)控制界面。

（3）電平與射頻混合邏輯：此項(xiàng)測(cè)試中將電平信號(hào)接入硬件觸發(fā)總線，作為外部觸發(fā)時(shí)間，記錄觸發(fā)起始時(shí)間和電平變化時(shí)間，再用硬件時(shí)間戳記錄另一路射頻信號(hào)產(chǎn)生或者變換的節(jié)點(diǎn)時(shí)間，參數(shù)回報(bào)給控制板，進(jìn)行邏輯判斷。

（4）邏輯電平比較：該類測(cè)試以開關(guān)信號(hào)、優(yōu)先級(jí)控制等波門為主，將需要測(cè)量的邏輯信號(hào)接入硬件觸發(fā)總線，以所測(cè)的2路邏輯波門沿到達(dá)時(shí)間節(jié)點(diǎn)為測(cè)量參數(shù)，回報(bào)給控制板進(jìn)行判斷。

從以上針對(duì)四類指標(biāo)的測(cè)試方式可以看出，基于LXI總線的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠減輕干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生分機(jī)測(cè)試時(shí)的多項(xiàng)繁雜工作，并且硬件總線的高精度ns級(jí)的時(shí)間同步使時(shí)序測(cè)量及復(fù)雜邏輯比較更準(zhǔn)確可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

干擾控制及信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)提供了高精度的遠(yuǎn)程自動(dòng)化測(cè)試環(huán)境，所需測(cè)試流程大大精簡(jiǎn)，人工參與環(huán)節(jié)更少，測(cè)試過程流暢，提高了設(shè)備測(cè)試的可靠性與效率。

［1］LXI Consortium.LXI device specification v1.4 ［EB／OL］.http：／／www.lxistandard.org，2011－05－18.

［2］IVI Foundation.Operating Procedures ［EB／OL］.http：／／www.ivifoundation.org，2012－10－11.

［3］IEEE.IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and control systems［M］.New York：IEEE Instrumentation and Measurement Society，2008.

［4］宋江峰.具有A類設(shè)備接口功能的LXI儀器通用接口模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2010.

［5］楚鷹軍 陳國(guó)輝.基于硬件時(shí)間戳的IEEE1588時(shí)間同步技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方法 ［J］.現(xiàn)代傳輸，2011（1）：58－61.