某型綜合測試設(shè)備總體設(shè)計及應(yīng)用

張子杰，巨文婷，任 丹，曾慶云，史華成

（中航工業(yè)洪都，江西南昌330024）

某型產(chǎn)品（以下也稱被測設(shè)備）在用戶使用后需要進行必要的維護，以保障該系統(tǒng)正常工作，因此，決定在該產(chǎn)品的研制過程中，并行開展某型綜合測試設(shè)備（以下簡稱綜合測試設(shè)備）的研制工作。

1 研制目的和目標(biāo)

綜合測試設(shè)備研制的目的是：研制一種可以測試射頻信號、測試數(shù)字傳輸體制的綜合測試設(shè)備。

綜合測試設(shè)備主要用于飛行前對被測設(shè)備的整體性能進行測試，并且對出現(xiàn)的故障進行故障診斷、定位。

綜合測試設(shè)備主要功能：對被測設(shè)備進行功能性檢查，以確定其是否正常工作；對被測設(shè)備主要性能指標(biāo)進行檢測，以判定其是否合格；對被測設(shè)備各電子組件功能和性能進行測試；對有故障的被測設(shè)備及各電子組件進行故障診斷定位，以便快速順利地完成修復(fù)任務(wù)。

2 總體研制設(shè)計原則

1)先進性原則：測試系統(tǒng)要具有先進性，以保證被測設(shè)備在研制、生產(chǎn)和使用過程中，檢測人員能快速、簡單、高效地完成檢測任務(wù)；

2)成熟性原則：系統(tǒng)方案應(yīng)本著成熟、實用的設(shè)計思想，以成熟先進的器件為基礎(chǔ)，加上少量關(guān)鍵技術(shù)的研究來研制本系統(tǒng)；

3)擴展性原則：考慮到技術(shù)的發(fā)展以及對系統(tǒng)本身要求的提高，系統(tǒng)應(yīng)具有一定的擴展能力，從而保證系統(tǒng)具有一定的使用周期；

4）經(jīng)濟性原則：在遵循以上設(shè)計原則的條件下，盡量壓縮經(jīng)費的投入，以最小的代價換取最大的收益；

5)兼容性原則：在原型綜合檢測設(shè)備的技術(shù)基礎(chǔ)上，根據(jù)測試需求進行一定的設(shè)計更改，同時滿足原型被測設(shè)備的測試需求。

3 設(shè)計措施

3.1 防插錯設(shè)計

插件與機箱選用防誤插連接器，同一塊面板上的電連接器選用型號不同的連接器。

3.2 可靠性與環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計措施

為確?？煽啃耘c環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)的實現(xiàn)，在產(chǎn)品設(shè)計中采取如下措施：

1)降額設(shè)計：降低元器件、零部件的工作應(yīng)力（電、熱、機械應(yīng)力）；

2)熱設(shè)計：利用熱傳導(dǎo)、對流、輻射等原理進行合理的熱設(shè)計，提高產(chǎn)品的可靠性；

3)三防設(shè)計：所有的電路板都噴涂三防漆，以提高電路板的可靠性；

4)防震性設(shè)計：附件都牢固安放在組裝箱內(nèi)，對抗震性較差的部件進行減震處理。

3.3 安全性設(shè)計措施

1)安全接地，減小電源漏電時對設(shè)備及測試人員的人身傷害；

2)在不影響測試的情況下，盡量減少微波發(fā)射時間，減少對測試人員的電磁輻射，并提高保密性。

4 硬件總體設(shè)計

綜合測試設(shè)備的最終用戶是部隊，綜合國內(nèi)外武器系統(tǒng)檢測設(shè)備的研制情況，結(jié)合現(xiàn)有測試系統(tǒng)的研制技術(shù)，我們決定綜合測試設(shè)備采用C尺寸VXI總線儀器，這是基于以下幾方面的考慮：

1)VXI是基于VME總線，在對儀器進行擴展的同時，它保留了VME模塊化系統(tǒng)的方法，成功地減小了儀器系統(tǒng)的尺寸并提高了系統(tǒng)集成化水平；

2)VXI有1000多種不同的模塊，是一種集成大型測試系統(tǒng)的有效技術(shù)，并且已經(jīng)成功的應(yīng)用于軍用航空測試和制造業(yè)測試；

3)在EMI（電磁干擾）方面，為了使系統(tǒng)中不同模塊間輻射干擾的相互影響最小，VXI規(guī)范要求所有VXI模塊都封裝在金屬屏蔽裝置中；并且VXIbus總線規(guī)定了系統(tǒng)傳導(dǎo)及輻射EMC（電磁兼容）產(chǎn)生和敏感度的上限。EMC的限定保證了包含敏感電路的模塊能夠完成所期望的操作，而不受到系統(tǒng)中其它模塊的干擾。

4.1 綜合測試設(shè)備組成

4.1.1 總體測試要求

為滿足測試要求，綜合測試設(shè)備需要對產(chǎn)品的電氣接口、無線接收信道、無線發(fā)射信道、天線伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄裝置各部分功能及性能指標(biāo)進行測試。在被測設(shè)備整體性能測試由故障時，能夠分別對各個電子部件進行單獨測試以進行故障定位。綜合測試設(shè)備測試原理框圖如圖1所示。

圖1 綜合測試設(shè)備測試原理框圖

4.1.2 VXI儀器資源

綜合測試設(shè)備采用C尺寸13槽VXI機箱，VXI總線儀器包括：VXI總線嵌入式計算機、1553B模塊、數(shù)字多用表、微波功率計模塊、掃描開關(guān)模塊、控制開關(guān)模塊、計數(shù)器模塊、RS422模塊、數(shù)字IO模塊、指令發(fā)射通道測試模塊、圖像接收通道測試模塊和伺服測試模塊。

1553B模塊用于模擬被測設(shè)備與外部設(shè)備的通信；數(shù)字多用表模塊用于測量被測設(shè)備的模擬量輸出；微波功率計模塊用于測量指令發(fā)射機的發(fā)射功率；計數(shù)器模塊用于測量被測設(shè)備的頻率信號；數(shù)字IO模塊用于監(jiān)測被測設(shè)備的數(shù)字量輸出；RS422模塊用于測試各電子箱的RS422通道，還可以監(jiān)測通過RS422返回來的數(shù)據(jù)；掃描開關(guān)和控制開關(guān)用于合理分配測試資源。伺服測試模塊用于測試伺服機構(gòu)各組成部分是否故障；指令發(fā)射通道測試模塊用于測試指令發(fā)射通道的功能和性能指標(biāo)，高頻信道符合指令發(fā)射機的解調(diào)、解碼要求；圖像接收通道測試模塊用于測試圖像接收通道的功能和性能指標(biāo)，高頻信道的圖像壓縮算法、編碼方式、無線調(diào)制方式符合圖像接收機的要求。

4.1.3 測試單元適配器TUA

測試單元適配器用于信號調(diào)理與分配轉(zhuǎn)接，它是連接被測設(shè)備和測試控制儀器的“橋梁”。供電電源通過TUA內(nèi)部供電開關(guān)實現(xiàn)對被測設(shè)備供電通斷；測控設(shè)備的控制或激勵信號經(jīng)過TUA送往被測設(shè)備；由測試電纜傳送下來的被測信號在TUA內(nèi)經(jīng)調(diào)理分配后送往各測試儀器。

4.1.4 供電系統(tǒng)

綜合測試設(shè)備除了自身供電外，還要為被測設(shè)備提供AC115V/400Hz三相四線交流和DC28V電源。本設(shè)備儀器部分既支持220V/50Hz供電，又支持AC115V/400Hz供電。這樣，當(dāng)綜合測試設(shè)備在外場工作時，只需地面電源車供電即可。

當(dāng)采用220V/50Hz供電時，供電示意圖如圖2所示。

當(dāng)采用地面電源車供電時，不再需要電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。供電示意如圖3所示。

圖2 220V/50Hz供電示意

圖3 地面電源車供電示意圖

4.2 硬件方面采取的關(guān)鍵技術(shù)

1)基于VXI總線的數(shù)字化圖像接收通道測試模塊的研制

圖像接收通道測試模塊主要用于測試圖像接收信道的功能和接收靈敏度。對于圖像接收通道的測試涉及的參數(shù)較多，為降低成本、方便使用，只測試對被測設(shè)備性能影響最重要的參數(shù)。其它各部分也將按此原則設(shè)計。

采用圖像信號源經(jīng)過程控衰減器發(fā)射信號，通過被測產(chǎn)品的接收通道接收、解調(diào)信號并對接收信號進行分析可測出接收機中兩個接收模塊的接收靈敏度。圖像信號源經(jīng)程控衰減器及發(fā)射天線向被測設(shè)備發(fā)射圖像信號，仿真發(fā)射出的圖像信號。通過計算機控制程控衰減器逐漸提高衰減系數(shù)，在不同的衰減系數(shù)下對接收到的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)信號用軟件作相關(guān)分析即可測試出接收機的靈敏度。

2)基于VXI總線的數(shù)字化指令發(fā)射通道測試模塊的研制

指令發(fā)射通道測試模塊主要用于測試指令發(fā)射通道的功能和技術(shù)指標(biāo)，計算機通過1553B總線控制被測設(shè)備的指令發(fā)射機發(fā)出指令，指令通過發(fā)射通道經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射到測試系統(tǒng)天線，信號經(jīng)測試系統(tǒng)程控衰減器到微波功率計，測量發(fā)射功率；經(jīng)指令接收單元接受指令，送計算機對指令進行分析。

5 軟件總體設(shè)計

5.1 軟件總體要求

在軟件系統(tǒng)中提供檢測設(shè)備的自檢功能，被測設(shè)備的性能測試功能，故障診斷功能等。故障診斷模式以數(shù)據(jù)庫的方式存入計算機，通過故障診斷軟件分析出故障定位結(jié)果，故障特征可用戶擴充。

測試及故障診斷流程以獨立于軟件的測試流程描述語言方式輸入計算機，由軟件解釋執(zhí)行，流程可獨立修改。

全部儀器操作均以軟面板的方式完成。

5.2 軟件的設(shè)計原則

1)軟件應(yīng)具有較高的可靠性；

2)軟件應(yīng)具有較高的效率；

3)軟件應(yīng)盡可能保證不同平臺和不同操作系統(tǒng)之間的可移植性，不同測試接口之間最大的兼容性及互換性和不同測試系統(tǒng)的通用性。

5.3 軟件方面采取的關(guān)鍵技術(shù)

在傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)軟件編制過程中，軟件的編寫主要是以測試流程為依據(jù)，從頭至尾一步一步編寫。傳統(tǒng)的測試軟件直接調(diào)用底層I/O函數(shù)與儀器進行通信，當(dāng)?shù)讓佑布鼡Q后或使用其它的通信接口時，軟件也必須重新編寫。所以，傳統(tǒng)測試軟件的通用性、可維護性和擴充性都很差。

為了克服傳統(tǒng)測試軟件的缺點，本軟件采用了幾種較新的技術(shù)，提出了一個自動檢測系統(tǒng)通用軟件框架，該框架適用于絕大多數(shù)測試系統(tǒng)。由于采用了上述幾種技術(shù)，可以保證按照該框架編制的軟件具有較好的通用性、可維護性、可擴充性、移植性、互換性和獨立性等特點。

為了達到設(shè)計要求，在軟件設(shè)計時采用了以下關(guān)鍵技術(shù)：

1)采用LabWindows/CVI軟件開發(fā)環(huán)境，保證不同平臺及操作系統(tǒng)之間的可移植性；

2)采用VISA（虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)）技術(shù)保證不同測試接口之間的兼容性及互換性；

3)采用ODBC（開放數(shù)據(jù)庫互聯(lián)）技術(shù)及SQL數(shù)據(jù)庫查詢語言，保證軟件的通用性。

軟件通用框架不隨被測對象的改變而變化，被測對象不同，軟件界面不同，對應(yīng)的測試流程庫不同。因此，從測試軟件來看，不同的測試對象，只需改變軟件界面和測試流程庫即可滿足測試要求，大大提高了系統(tǒng)的通用性。

6 綜合測試設(shè)備應(yīng)用情況

2012年8月，第一套綜合測試設(shè)備隨被測設(shè)備出廠進行地面試驗保障，2013年5月隨被測設(shè)備轉(zhuǎn)場參加定型試飛。

在被測設(shè)備在其他型飛機上進行使用時，綜合測試設(shè)備也將隨之配套使用。

7 結(jié)語

某型綜合測試設(shè)備研制歷時三年多，先后完成了方案設(shè)計、概要設(shè)計、詳細設(shè)計、工程實現(xiàn)和系統(tǒng)調(diào)試，并進行了大量的試驗驗證。結(jié)果表明，該設(shè)備的性能穩(wěn)定可靠，操作方便，能快速順利地完成測試任務(wù)。其人性化的用戶界面，簡易快捷的使用操作，高效能的測試流程等特點受到用戶的一致好評。

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