雷達整機/分機自動測試方法設(shè)計

肖蘇飛，童穎飛，賴一成

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

雷達整機/分機自動測試方法設(shè)計

肖蘇飛，童穎飛，賴一成

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

為提高雷達整機/分機的調(diào)測效率，設(shè)計了雷達整機/分機的自動測試方法。針對雷達整機/分機的測試需要，結(jié)合自動化測試技術(shù)，設(shè)計了一套覆蓋整機/分機各項指標的自動化測試方法，為不具備自動化測試條件的指標增加了手動錄入接口，保證測試指標的全覆蓋。應(yīng)用情況表明，相對于原有的手動測試，該系統(tǒng)的測試效率可提高90%以上，并保證了測試數(shù)據(jù)的準確性、完整性和可追溯性。

雷達；整機/分機；自動化；測試方法

0 引 言

在雷達產(chǎn)品調(diào)測過程中，裝備整機和各分機在不同環(huán)節(jié)均需要進行大量繁瑣的電性能指標測試。[1]目前，雷達裝備檢驗過程中制約調(diào)測周期的因素有以下兩方面：人工手動檢驗裝備消耗的時間長，效率低，嚴重影響雷達裝備的生產(chǎn)進度；[2]測量數(shù)據(jù)均為原始值，需要人工進行大量的數(shù)據(jù)處理工作。[3]現(xiàn)有的檢測手段嚴重制約了裝備的科研生產(chǎn)進度，研制適用于雷達整機/分機調(diào)測的自動測試系統(tǒng)需求迫切。針對測試需要，國內(nèi)已開展了大量的自動測試系統(tǒng)研究[4]，但被測件主要針對T/R組件等模塊級設(shè)備。該類別自動測試系統(tǒng)中核心的自動測試方法不適用于整機/分機調(diào)測，需設(shè)計適用于整機/分機調(diào)測的自動測試方法。

本文設(shè)計了適用于雷達整機/分機高效測試的自動測試方法，基于通用測試平臺[4]開發(fā)相應(yīng)的自動測試程序，實現(xiàn)大部分雷達電性能指標的自動化測試。同時，增加手動錄入結(jié)果的程序接口，實現(xiàn)雷達整機/分機測試指標的全覆蓋。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了雷達整機/分機信息化管理軟件，實現(xiàn)雷達整機/分機測試任務(wù)、測試數(shù)據(jù)的信息化管理。該系統(tǒng)極大地提高了雷達整機/分機的調(diào)測效率，并保證測試數(shù)據(jù)的準確性、完整性和可追溯性。

1 通用測試平臺

通用測試開發(fā)平臺是面向一般的微波/射頻設(shè)備復雜系統(tǒng)的自動化測試工具軟件平臺。系統(tǒng)軟件采用Microsoft Visual Studio作為開發(fā)工具，基于.NET Framework 4.0平臺，采用Microsoft Access 2003以及Microsoft SQL Server 2008作為數(shù)據(jù)庫，可以運行于Windows XP及以上的平臺。

雷達性能指標調(diào)測在通用測試平臺基礎(chǔ)上通過軟件化處理方法集成信號源、頻譜儀、示波器和功率計等儀器儀表，通過RS485、TCP/IP、USB等通信協(xié)議與測試儀器儀表互聯(lián)互通，實現(xiàn)雷達性能指標的實時測試、采集和管理。通用測試平臺系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

圖1 通用測試平臺系統(tǒng)組成示意圖

2 雷達整機/分機自動測試方法

2.1 自動測試方法研究

雷達整機/分機測試項目的測試方式主要分為儀器測試和數(shù)字采集測試兩大類。儀器測試指標的測試原理為通過波控設(shè)置被測整機/分機的工作狀態(tài)和工作頻點，自動控制測試系統(tǒng)內(nèi)的相應(yīng)儀器對被測整機/分機進行自動測試，并對測試數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理；數(shù)字采集測試的測試原理為通過波控設(shè)置被測整機/分機的工作狀態(tài)和工作頻點，通過網(wǎng)絡(luò)編程讀取雷達發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)報文，進行數(shù)據(jù)處理得到最終的測試結(jié)果。

2.2 自動測試流程設(shè)計

2.2.1 功率測試

通過功率計獲取的輸出功率為測試原始值，需疊加測試路徑上的插損才是最終的功率結(jié)果值。功率測試路徑的插損唯一來源為雷達信號輸出端的耦合器。然而，耦合器只會給出部分頻點的插耗值，無法覆蓋所有的測試頻點。由于耦合器在兩個頻點間的線性度較好，可根據(jù)耦合器的在各頻段的線性度計算得到對應(yīng)頻點的插損值。具體方法如下：

耦合器給出的頻率點頻率從小到大分別為F0、F1、…、Fi、…、Fn，對應(yīng)的插損值分別為IL0、IL1、…、ILi、…、ILn。

當測試頻點Ftest

(1)

當測試頻點Ftest>Fn時，測試頻點對應(yīng)的插損ILtest可通過下式得出：

(2)

當測試頻點F0

(3)

功率測試的具體步驟如下：

(1) 設(shè)置信號源為第1個測試頻點，并設(shè)置好初始功率，并將信號發(fā)射置為OFF；

(2) 設(shè)置功率計的工作方式為radar方式，設(shè)置載頻、x：start、x: scale、y：max、y: scale、觸發(fā)電平；

(3) 通過通信協(xié)議控制發(fā)射機定時器，控制產(chǎn)生工作方式1的周期和脈寬；

(4) 根據(jù)工作方式的脈寬來設(shè)置功率計的Gate start和Gate length；

(5) 設(shè)置信號源為第1個測試頻點，將信號發(fā)射置為ON；

(6) 通過功率計讀取當前頻點的平均功率值；

(7) 根據(jù)耦合器的各頻段的線性度，計算耦合器在當前測試頻率的插損值；

(8) 根據(jù)功率計讀值和耦合器的插損值，計算當前頻點的輸出功率，并將功率單位由dBm換算成kW。計算公式如下：

Ptr=Pme+ILi

(4)

式中，Ptr為輸出脈沖功率，單位dBm；Pme為峰值功率計的直接讀數(shù)，單位dBm；ILi為耦合器的插損，單位dB。

(9) 設(shè)置信號源頻點，切換至下一個測試頻點，循環(huán)步驟5至步驟8；

(10) 關(guān)閉定時器的定時信號；

(11) 設(shè)置定時器為下一個工作方式，循環(huán)步驟3和步驟10。

2.2.2 氣象強度測試

氣象強度測試通過分別控制信號源頻率、波控頻率、信號源功率，使得被測整機/分機工作在指定狀態(tài)，通過網(wǎng)絡(luò)編程獲取被測整機/分機發(fā)出的數(shù)據(jù)報文，進而通過數(shù)據(jù)分析和處理獲得各測試點的強度值、與期望強度差值、最大誤差及均方根誤差。具體測試步驟如下：

(1) 手動完成氣象強度校準；

(2) 讀取氣象強度期望值文件，獲取所有通道、所有功率值下的期望強度值；

(3) 設(shè)置信號源測試頻率對應(yīng)第1個標定距離測試，并設(shè)置開關(guān)為OFF；

(4) 設(shè)置波控頻點為第1個測試頻點，對應(yīng)第1個標定距離的第一個通道；

(5) 設(shè)置信號源功率為第1個功率點，并設(shè)置開關(guān)為ON；

(6) 通過編程讀取氣象數(shù)據(jù)報文，進而數(shù)據(jù)處理獲取當前標定距離、當前通道、當前功率下的強度值；

(7) 獲取當前標定距離、當前通道、當前功率下的期望強度值；

(8) 計算當前標定距離、當前通道、當前功率下的實際強度值Iai和期望強度值Iei的差值IΔi：

IΔi=Iai-Iei

(5)

(9) 切換信號源功率，循環(huán)步驟5至步驟8；

(10) 功率點測試完成后，從所有IΔi中提取當前標定距離、當前通道最大誤差值IΔmax。

(11) 計算當前標定距離、當前通道，N個功率點下的氣象強度的均方根誤差I(lǐng)ΔRMS：

(6)

(12) 設(shè)置波控切換至其他測試頻點，對應(yīng)其他通道，循環(huán)步驟4至步驟11。

(13) 設(shè)置信號源至其他頻點，對應(yīng)其他標定距離，循環(huán)步驟3至步驟12。

2.2.3 重復周期測試

重復周期測試需要判斷輸出信號中的周期集合是否滿足期望要求，通過波控控制被測整機/分機工作在指定工作方式下，進而產(chǎn)生相應(yīng)的重復周期信號。通過示波器獲取一定時間跨度內(nèi)的脈沖周期集合，并通過濾波、去重得到最終的實際測試周期集合，通過判斷實際測試周期集合和期望周期集合是否一致來判斷測試是否合格。具體測試步驟如下：

(1) 讀取重復周期測試期望結(jié)果文件，獲取各工作方式下的期望周期集合{Te1，Te2，…，Tem}；

(2) 設(shè)置示波器xscale,并設(shè)置TimeDelay為0，并將示波器設(shè)置為單次觸發(fā)；

(3) 通過波控命令使被測整機/分機工作在方式1；

(4) 判斷當前工作方式是否為加密工作方式，若為加密工作方式則向被測整機/分機發(fā)送加密報文；

(5) 示波器單次觸發(fā)等待直至獲取輸出重復周期信號；

(6) 循環(huán)設(shè)置示波器TimeDelay從Time1至Time2，切換間隔1 ms，并保證Time1至Time2能夠覆蓋信號中所有的周期的脈沖，通過示波器讀取不同TimeDelay下的信號周期Ti；

(7) 對采集的所有周期值做濾波、去重處理，得到最終的實際測試周期集合{Ta1，Ta2，…，Tan}；

(8) 判斷實際測試周期集合{Ta1，Ta2，…，Tan}與期望周期集合{Te1，Te2，…，Tem}的元素個數(shù)和元素值是否完全一致，若一致則合格，否則不合格；

(9) 判斷當前工作方式是否為加密工作方式，若為加密工作方式，則向被測整機/分機發(fā)送刪除加密報文；

(10) 通過波控命令使被測整機/分機工作在其他工作方式，循環(huán)步驟3至步驟9。

2.3 自動測試軟件設(shè)計實現(xiàn)

自動測試軟件主要基于通用測試平臺的圖形化測試開發(fā)環(huán)境進行設(shè)計，并在通用測試平臺基礎(chǔ)上增加手動錄入功能，從而實現(xiàn)雷達整機/分機測試數(shù)據(jù)的全覆蓋。硬件系統(tǒng)配置完成后，根據(jù)雷達產(chǎn)品的技術(shù)要求對測試方法進行設(shè)計。雷達整機/分機測試系統(tǒng)軟件是整個系統(tǒng)指揮控制的調(diào)度中心，通過接口總線，對被測整機/分機和測試儀器進行初始化，進而發(fā)出被測整機/分機和各類儀器的動作控制及數(shù)據(jù)讀取命令。同時，接收系統(tǒng)中被測整機/分機和測試儀器的返回信息，并對其進行分析處理，從而迅速地完成雷達整機/分機的全過程測試及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，并按照指定格式生產(chǎn)最終的測試報表。

通過通用測試開發(fā)平臺的測試程序開發(fā)，將雷達整機/分機測試方法按設(shè)計好的測試時序添加測試系統(tǒng)硬件資源節(jié)點或者邏輯控制節(jié)點，并通過可視化界面設(shè)置各個節(jié)點的動作和屬性。測試方法編輯完成后，通過測試程序執(zhí)行平臺執(zhí)行測試流程。方法流程執(zhí)行到每個節(jié)點時按照設(shè)置好的動作或者屬性控制對應(yīng)的測試資源，并在顯示面板上實時顯示測試結(jié)果，最后保存至數(shù)據(jù)庫中。通過雷達整機/分機測試系統(tǒng)導出的測試報表可直接提交作為檢驗報告，省略了數(shù)據(jù)處理和人工記錄的時間。測試軟件的控制流程如圖2所示。

圖2 測試軟件控制流程圖

雷達整機/分機調(diào)測過程中存在部分不具備自動化測試條件的指標，如重量、組成、絕緣電阻等。這些指標的測試設(shè)備不存在程控接口，無法自動化獲取測試結(jié)果。雷達整機/分機測試系統(tǒng)針對不具備自動測試條件的測試項目增加了手動錄入的接口，根據(jù)技術(shù)條件將結(jié)果錄入分為合格性輸入和數(shù)值輸入兩種形式。對于合格性輸入，提供“合格”和“不合格”選擇；對于數(shù)值輸入，可輸入數(shù)字和時間兩種參數(shù)形式。錄入完成后，系統(tǒng)自動將手動輸入數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)庫中。用戶可實現(xiàn)項目令號的添加、編輯和刪除，通過讀取測試數(shù)據(jù)，自動獲取當前令號的測試進度和測試結(jié)果。獲取的測試信息包括計劃開始時間、計劃結(jié)束時間、開始時間、結(jié)束時間、任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)進度、合格性、負責人、測試人等信息。

3 應(yīng)用實例

下面就某型號雷達的應(yīng)用情況對雷達整機/分機自動測試方法的可靠性加以論證說明。測試結(jié)果取自動測試及手動測試10次結(jié)果的RMS值作比較，以手動測試結(jié)果為基準。表1和表2分別為功率和氣象強度的自動測試和手動測試的差值結(jié)果。表3為手動測試和自動測試的測試時間對比。

表1 功率測試比對結(jié)果

表2 氣象強度(RMS值)的測試比對結(jié)果

表3 測試時間比對結(jié)果

從表中不難看出，自動測試的數(shù)據(jù)相對于手動測試數(shù)據(jù)的誤差均在0.2 dB以內(nèi)。該精度能滿足雷達整機/分機的測試要求，說明雷達整機/分機自動測試方法具有較高精度和可靠性。經(jīng)統(tǒng)計，該型號雷達的單次手動測試時間大約為3 280 min，而自動測試時間只需85 min，測試效率提高90%以上。同時，自動測試方法包含了對數(shù)據(jù)的分析和處理，節(jié)約了人工手動記錄時間和數(shù)據(jù)處理時間，極大地提高了工作效率。通過應(yīng)用結(jié)果證明，設(shè)計的雷達整機/分機自動測試方法能夠高效地完成雷達整機/分機的調(diào)測工作。

4 結(jié)束語

針對雷達整機/分機調(diào)測效率低的特點，設(shè)計了適用于雷達整機/分機調(diào)測的自動測試方法，可準確快速地測試雷達整機/分機的各項指標，縮短了雷達整機/分機的調(diào)測周期，對科研生產(chǎn)工作的順利開展具有重要的技術(shù)支撐作用。

[1] 鄧斌.雷達性能參數(shù)測量技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2010.

[2] 龍曉云.雷達發(fā)射機自動測試系統(tǒng)設(shè)計[J].科技展望,2016,26(14):125-127.

[3] 姜智,王耀華,宋東,等. 雷達分機自動測試系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2015(1):126-129.

[4] 童穎飛,吳小強，宋云,肖蘇飛.一種通用數(shù)字T/R組件自動測試系統(tǒng)[J].雷達與對抗,2016(1):64-68.

Design of an automatic test method for radar system/subsystems

XIAO Su-fei, TONG Ying-fei, LAI Yi-cheng

(No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

An automatic test method of the radar system/subsystems is designed to improve the debugging and testing efficiency. In view of the test requirements of the radar system/subsystems, in combination with the automatic test technique, an automatic test method is designed for all the indexes of the radar system/subsystems. In addition, the manual input interface is added for some indexes without the automatic test condition to ensure the overall coverage of the test indexes. The application condition indicates that compared with the original manual test, the test efficiency of the automatic test system can improve by over 90%, and the accuracy, integrity and traceability of the test data can also be ensured.

radar; system/subsystems; automatic test method

TN757.52

A

1009-0401(2017)04-0066-05

2017-09-28；

2017-10-22

肖蘇飛(1989-)，男，工程師，碩士，研究方向：儀器儀表自動化測試、軟件設(shè)計；童穎飛(1989-)，男，工程師，碩士，研究方向：軟件工程、自動化儀器儀表;賴一成(1988-)，男，工程師，碩士，研究方向：儀器儀表自動化測試、軟件設(shè)計。