自動(dòng)測(cè)試技術(shù)和設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

魯華杰 張 建 王亞寧 李 朋

海軍航空大學(xué)接改裝訓(xùn)練大隊(duì) 山東 煙臺(tái) 264000

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，自動(dòng)測(cè)試技術(shù)與設(shè)備在航空航天、國(guó)防軍工、汽車電子以及醫(yī)療電子等多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，所發(fā)揮的重要作用也日益凸顯。隨著美國(guó)“軍事轉(zhuǎn)型”所帶來(lái)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展，也直接帶動(dòng)了其他國(guó)家相關(guān)技術(shù)的研究飛躍，并且受到了世界各國(guó)的高度重視[1]。我國(guó)測(cè)試技術(shù)與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（下文所述的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)專指軍用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)）目前也已進(jìn)入規(guī)范化的發(fā)展時(shí)期，針對(duì)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)進(jìn)行分析，對(duì)于為我國(guó)今后開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究提供一定的參考意見(jiàn)來(lái)講，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 自動(dòng)測(cè)試技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展與現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代社會(huì)中計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及信息處理技術(shù)的融合與發(fā)展，也為全新一代的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)提供了技術(shù)保障，不斷助推自動(dòng)測(cè)試技術(shù)與設(shè)備的優(yōu)化完善。具體來(lái)講，自動(dòng)測(cè)試技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展歷程可以此分為以下幾個(gè)關(guān)鍵時(shí)間段：

（1）人工測(cè)試階段。20世紀(jì)60年代初，軍用類裝備測(cè)試主要以人工測(cè)試為主，測(cè)試設(shè)備也僅為單個(gè)的儀器和儀表。至60年代中期，隨著軍用裝備的技術(shù)發(fā)展，人工測(cè)試與單個(gè)測(cè)試設(shè)備的測(cè)試手段已難以滿足裝備維護(hù)與技術(shù)保障的需求。

（2）專用半自動(dòng)/自動(dòng)測(cè)試設(shè)備階段。20世紀(jì)70年代前后，已研制出眾多計(jì)算機(jī)控制的專用半自動(dòng)/自動(dòng)測(cè)試設(shè)備和系統(tǒng)，同時(shí)測(cè)試軟件也由專門的語(yǔ)言編寫而成。在這一階段存在著計(jì)算機(jī)與被測(cè)件和測(cè)試設(shè)備之間都沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的接口相接，也即導(dǎo)致自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)難以通用化。

（3）標(biāo)準(zhǔn)接口半自動(dòng)/自動(dòng)測(cè)試設(shè)備階段。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，世界范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)試技術(shù)都獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，進(jìn)而也加快了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究進(jìn)程。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)始以微型計(jì)算機(jī)與獨(dú)立操作系統(tǒng)為發(fā)展平臺(tái)，并且形成了標(biāo)準(zhǔn)的接口總線與測(cè)試程序語(yǔ)言，如BASIC、ATLAS等多類型通用程序語(yǔ)言，推動(dòng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)向更為成熟階段發(fā)展[2]。

（4）計(jì)算機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)階段。時(shí)至20世紀(jì)80年代中期，以VXI總線為標(biāo)準(zhǔn)的總線模塊由于其高性價(jià)比特點(diǎn)得到了廣泛影響。此時(shí)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)資源，通過(guò)設(shè)定的軟件算法去捕捉信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行分析與測(cè)試，不僅明顯降低硬件資源的使用，更是大幅提升了測(cè)試性能，使得自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的控制器在進(jìn)行控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的同時(shí)，還能夠參與信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程，很好地完成測(cè)量任務(wù)。此外，隨著虛擬機(jī)的出現(xiàn)也對(duì)測(cè)試設(shè)備形成了顛覆，推動(dòng)了自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展。

（5）虛擬儀器和標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)階段。到20世紀(jì)90年代中后期，美國(guó)軍方開(kāi)展了名為NxTest的下一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)工作，并且在1996年推出了下一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，并宣布開(kāi)始演示驗(yàn)證系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作，使得自動(dòng)測(cè)試技術(shù)與設(shè)備的研究工作再一次得到高速發(fā)展。

2 自動(dòng)測(cè)試技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 通用化趨勢(shì)

從自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，實(shí)際上可看作是不斷趨向通用的歷程。針對(duì)不同的測(cè)試需求，最大限度提升自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的通用性去實(shí)現(xiàn)降低研發(fā)和維護(hù)成本的目的，是當(dāng)前自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。具體來(lái)講，其中會(huì)涉及到眾多關(guān)鍵技術(shù)，主要有以下幾點(diǎn)：

（1）合成儀器技術(shù)。合成儀器在美國(guó)軍方的NxTest的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研發(fā)中得以運(yùn)行，是一種能夠重新配置的模塊化產(chǎn)品，主要利用標(biāo)準(zhǔn)接口將眾多軟硬件進(jìn)行鏈接，利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)生成與測(cè)試分析。合成儀器技術(shù)整合了模塊化儀器與虛擬儀器的雙重優(yōu)勢(shì)，有效降低了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的成本，且提升了互操作性與通用性，在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中得到了廣泛推廣使用。

（2）公共測(cè)試接口標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)中，公共測(cè)試接口的標(biāo)準(zhǔn)化已成為業(yè)內(nèi)共識(shí)，同時(shí)也是TPS可移植和互操作的重要基礎(chǔ)，軍用裝備從前期設(shè)計(jì)到后期維護(hù)的測(cè)試系統(tǒng)都被要求基于同一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。公共測(cè)試接口包括接收器、適配器與測(cè)試轉(zhuǎn)接盒，當(dāng)前自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)集成有效的工業(yè)商用標(biāo)準(zhǔn)則是1996年RFI聯(lián)盟制定的IEEE1505接收器夾具標(biāo)準(zhǔn)，可有效實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)與UUT電氣和機(jī)械相連[3]。

（3）以軟件為核心的柔性重構(gòu)技術(shù)。對(duì)于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)而言，軟件是保證其通用性、可靠性以及實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵，越來(lái)越多的硬件功能已逐漸被軟件代替。為適應(yīng)下一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的柔性重構(gòu)需求，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜測(cè)試要求的同時(shí)，還需具備強(qiáng)大的兼容性與功能拓展性，也即表明自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)一定對(duì)其可擴(kuò)展性、重復(fù)性與互換性有更高的要求。

2.2 快速精準(zhǔn)趨勢(shì)

從當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，被測(cè)件的測(cè)試需求不僅會(huì)逐漸復(fù)雜，還會(huì)要求結(jié)合其實(shí)際使用去進(jìn)行快速精準(zhǔn)的多功能綜合測(cè)試評(píng)估。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的快速精準(zhǔn)測(cè)試，向來(lái)使其發(fā)展目標(biāo)之一，重點(diǎn)技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）并行測(cè)試技術(shù)。同傳統(tǒng)的串行測(cè)試相比，并行測(cè)試有著更高的吞吐量與資源利用率，在進(jìn)行多對(duì)象或多任務(wù)的測(cè)試中有著明顯優(yōu)勢(shì)。并行測(cè)試技術(shù)主要是利用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)中的多通道硬件資源與軟件的多線程處理進(jìn)行配合而實(shí)現(xiàn)的，其中硬件部分，該技術(shù)在單一模塊中提供多測(cè)試通道，可并行多個(gè)工作將自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)從資源共享構(gòu)架中予以“解救”；軟件部分，該技術(shù)利用多線程變成對(duì)測(cè)試資源進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)度。充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的多核處理器所帶來(lái)的優(yōu)越性能，能夠很好地實(shí)現(xiàn)多線程測(cè)試應(yīng)用程序的創(chuàng)建，為并行測(cè)試技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（2）高速數(shù)據(jù)通信技術(shù)。隨著信息化的高速發(fā)展，在測(cè)試當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生巨大體量的數(shù)據(jù)量，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的通信速率成為提升測(cè)試效率的關(guān)鍵難點(diǎn)。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的總線形式已經(jīng)從GPIB到CAMAC、VXI、PXI，再到目前的LXI/LAN和PXI-E，通信貸款也從最早的1.5Mbps到現(xiàn)如今的1Gbps乃至更高，傳輸速率逐漸整改，延遲也越來(lái)越低。隨著計(jì)算機(jī)控制總線的高速發(fā)展，性價(jià)比更高且兼容的LXI/LAN和PXI-E則成為了今后重要的發(fā)展趨勢(shì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前隨著國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域中ATS建設(shè)得到了大量部署，也正是順應(yīng)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展潮流的必然做法。主流自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)成體系建設(shè)發(fā)展，眾多ATS平臺(tái)的搭建則需基于開(kāi)放式系統(tǒng)構(gòu)架，關(guān)鍵性接口符合行業(yè)規(guī)范且嚴(yán)格遵守“框架/核心+組件/插件”的原則進(jìn)行系統(tǒng)集成。隨著我國(guó)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)的大力發(fā)展，其標(biāo)準(zhǔn)化程度逐步提升也強(qiáng)化了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性與兼容性。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的集成效率得以提升，相關(guān)設(shè)備的使用壽命與后期維護(hù)成本則有效降低。

[1]唐玉志,趙生偉,初哲.軍工自動(dòng)測(cè)試技術(shù)和設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2009, 24(b10):200-205.

[2]劉曉旭,王兵,靳碩,等.武器系統(tǒng)專用測(cè)試設(shè)備計(jì)量保障現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[C]/.計(jì)量測(cè)試與航天發(fā)展論壇，2015.

[3]屈建兵.軍用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展綜述[J].直升機(jī)技術(shù)，2014(1):59-64.