面向衛(wèi)星通信終端中頻模塊的自動測試平臺設(shè)計實(shí)現(xiàn)

1 引言

中頻模塊是衛(wèi)星通信終端的重要模塊，其生產(chǎn)過程中的調(diào)試測試任務(wù)是一項尤為重要的任務(wù)，目前生產(chǎn)中頻模塊的單位對于中頻模塊的測試工作普遍采用人工手動的工作形式。但是對于大批量生產(chǎn)的中頻模塊，測試任務(wù)繁重、且人工手動測試工作形式存在以下的不足：

（1）測試過程中對儀器儀表按鍵進(jìn)行頻繁操作，容易導(dǎo)致按鍵失靈，儀器儀表折舊快；

（2）手動記錄數(shù)據(jù)出錯率大，檢測的準(zhǔn)確性下降，整體工作效率低下；

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理分散，數(shù)據(jù)記錄完整性和準(zhǔn)確性受環(huán)境因素影響較大。

為了解決上述問題，從提高測試工作效率的角度出發(fā)，設(shè)計一套針對中頻模塊的自動測試平臺，改善人工操作測試工作中的儀器設(shè)置耗時，數(shù)據(jù)記錄容易出錯等情況。中頻模塊自動化測試平臺的設(shè)計目標(biāo)是：

（1）實(shí)現(xiàn)中頻模塊產(chǎn)品的業(yè)務(wù)發(fā)性能指標(biāo)測試、業(yè)務(wù)收性能指標(biāo)測試、TDM收性能指標(biāo)測試、晶振校準(zhǔn)和10 MHz晶振輸出性能指標(biāo)測試等五項內(nèi)容的自動測試，減少人工手動測試時對每臺設(shè)備投入的所需耗費(fèi)的時間；

（2）實(shí)現(xiàn)生成調(diào)試記錄表的功能，提高編寫數(shù)據(jù)記錄表的處理速度；

（3）實(shí)現(xiàn)對儀器儀表的控制，提高控制精度；

（4）變手動測試為自動測試，使得測試可視化，便于管理測試進(jìn)度。

針對中頻模塊檢測的現(xiàn)狀和實(shí)際需求，提出了針對性的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)方法。最后，對測試平臺的測試有效性進(jìn)行評估說明。

2 系統(tǒng)設(shè)計實(shí)現(xiàn)

2.1 功能架構(gòu)

自動測試平臺系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示，主要分為儀器控制和數(shù)據(jù)處理兩大部分，其中儀器控制包括儀器自檢、儀器參數(shù)設(shè)置和指標(biāo)測試3個子模塊，數(shù)據(jù)處理主要是對測試數(shù)據(jù)按照規(guī)則進(jìn)行處理和保存，可供用戶查閱和生成測試數(shù)據(jù)記錄表。實(shí)現(xiàn)的測試指標(biāo)包括；業(yè)務(wù)發(fā)性能指標(biāo)、晶振校準(zhǔn)、TDM收性能指標(biāo)、業(yè)務(wù)收性能指標(biāo)和10 MHz晶振輸出性能指標(biāo)等5項。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)，結(jié)合自動化測試技術(shù)對儀器儀表進(jìn)行自動操作的軟件開發(fā)設(shè)計，LabVIEW作為虛擬儀器技術(shù)的通用開發(fā)平臺，集成了自動化測試軟件所需的資源，如多種儀器儀表的驅(qū)動、操作面板的控件等，對中頻模塊實(shí)現(xiàn)相位噪聲、帶內(nèi)雜散、輸出功率、信號調(diào)制、晶振輸出性能指標(biāo)、晶振校準(zhǔn)等多個項目自動測試。

采取了數(shù)據(jù)庫技術(shù)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和處理，保證了測試數(shù)據(jù)的完整性和安全性，同時提供報表管理，針對數(shù)據(jù)庫所存儲的測試數(shù)據(jù)，用戶可以自己定制報告模版或者自動生成報告的形式輸出檢測測試報告，為測試數(shù)據(jù)提供了高效的管理。

2.2 系統(tǒng)組成

自動化測試平臺的系統(tǒng)連接如圖2所示，中頻模塊自動測試系統(tǒng)軟件安裝于計算機(jī)上，計算機(jī)通過串口數(shù)據(jù)線與調(diào)試架進(jìn)行連接，通過網(wǎng)線與信號源、頻譜儀、示波器進(jìn)行連接。通過計算機(jī)與各類儀器的連接實(shí)現(xiàn)控制操作，并利用編程指令對信號源、頻譜分析儀、示波器等多種儀器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)多個測試項目的自動測試，并利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和保存，最終以測試記錄表作為測試輸出。

圖2 測試平臺儀器連接框架圖

考慮多種頻譜儀、信號源使用的兼容情況，自動測試平臺的測試控制部分實(shí)現(xiàn)對頻譜儀：R&S FSV7、R&S FSV40、R&S FSW8、Agilent E4440A、Agilent N9010A、，信號源：Agilent E4438C、R&S SMJ100A、R&S SMU200A，示波器：R&S RTO1012，掃描搶：Symbol LS2208的操作控制，且能夠根據(jù)需求擴(kuò)展更多的儀器儀表。

2.3 軟件架構(gòu)

自動測試平臺軟件架構(gòu)如圖3所示。UI層是用戶界面層（User Interface）。負(fù)責(zé)封裝與用戶的雙向交互、屏蔽具體交互方式；SI層是系統(tǒng)交互層（System Interaction）。負(fù)責(zé)封裝硬件的具體交互方式，以及封裝外部系統(tǒng)的交互；PD層是問題領(lǐng)域?qū)樱≒roblem Domain）。負(fù)責(zé)問題領(lǐng)域或業(yè)務(wù)領(lǐng)域的抽象、領(lǐng)域功能的實(shí)現(xiàn)；DM層是數(shù)據(jù)管理層（Data Management）。負(fù)責(zé)封裝各種持久化數(shù)據(jù)的具體管理方式，例如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、二進(jìn)制文件、文本文檔、XML文檔、Flash存儲結(jié)構(gòu)等。

圖3 自動測試平臺軟件分層架構(gòu)圖

軟件具有對中頻模塊執(zhí)行指標(biāo)測試、測試參數(shù)設(shè)置、儀器儀表參數(shù)配置、用戶管理、報表管理的功能模塊。能夠?qū)崿F(xiàn)對中頻模塊的業(yè)務(wù)發(fā)性能指標(biāo)、TDM收性能指標(biāo)、業(yè)務(wù)收性能指標(biāo)、10 MHz晶振輸出性能指標(biāo)以及晶振校準(zhǔn)五個性能指標(biāo)。

自動測試系統(tǒng)的通用軟件架構(gòu)如圖4所示，實(shí)現(xiàn)不同廠家的多類型儀器儀表的集成，在軟件架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了對儀器儀表的可擴(kuò)展性，通過定義父類與子類繼承關(guān)系，子類實(shí)現(xiàn)具體方法，從而能夠滿足各種類型儀器儀表的兼容控制同時還能夠兼容自研調(diào)試夾具的集成。通過配置管理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集設(shè)備（即儀器儀表）驅(qū)動的調(diào)用配置，并通過儀器儀表驅(qū)動來控制儀器儀表對被測件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（即測試過程）。采用基于NI公司的LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)平臺實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為程序語言，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)發(fā)性能指標(biāo)、晶振校準(zhǔn)、TDM收性能指標(biāo)、業(yè)務(wù)收性能指標(biāo)和10 MHz晶振輸出性能指標(biāo)等指標(biāo)的自動測試。

軟件界面如圖5所示。

圖4 自動測試平臺軟件通用架構(gòu)圖

3 有效性驗(yàn)證

圖5 自動測試軟件界面

比對測試驗(yàn)證采用的驗(yàn)證方法：

（1）選取10臺中頻模塊，分別每臺進(jìn)行一次自動測試，得到10組自動測試數(shù)據(jù)；再在其中選取一臺進(jìn)行一次手動測試，得到1組手動測試數(shù)據(jù)。

（2）比較自動測試與手動測試結(jié)果計算得到的絕對差和臨界差，絕對差不大于臨界差，認(rèn)為結(jié)果一致，否則則認(rèn)為不一致。

表1 各指標(biāo)比對驗(yàn)證結(jié)果

把各指標(biāo)細(xì)分成41項小指標(biāo)，從表1得到，比對測試驗(yàn)證的結(jié)果自動測試與手動測試結(jié)果不一致的指標(biāo)有兩項，分別是業(yè)務(wù)發(fā)帶內(nèi)雜散環(huán)路2-4G和TDM收輸出幅度3G-I路。

從驗(yàn)證結(jié)果得到，出現(xiàn)不符合項的指標(biāo)分別是業(yè)務(wù)發(fā)帶內(nèi)雜散和TDM收輸出幅度。根據(jù)測試數(shù)據(jù)與實(shí)際測試過程分析得到，造成這兩項指標(biāo)不符合的主要原因是業(yè)務(wù)發(fā)帶內(nèi)雜散和TDM收輸出幅度測試數(shù)據(jù)浮動較大，而這兩項指標(biāo)的數(shù)據(jù)浮動是實(shí)際存在的，與自動測試和手動測試方法無關(guān)。帶內(nèi)雜散的結(jié)果不穩(wěn)定，主要由于調(diào)試架隨機(jī)產(chǎn)生的不確定的雜散信號導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)的隨機(jī)性較大。輸出幅度的結(jié)果不穩(wěn)定，主要由于測試過程中調(diào)試架和中頻模塊沒有提供固定而穩(wěn)定的示波器的接地端。

驗(yàn)證過程中分別統(tǒng)計了自動測試和手動測試的總耗時，計算均值得到結(jié)果：自動測試平均耗時為13分鐘，手動測試平均耗時為20分鐘，自動測試比手動測試的效率提升了35%。

4 結(jié)束語

中頻模塊自動測試平臺已經(jīng)應(yīng)用于衛(wèi)星通信終端中頻模塊產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)試，從原來調(diào)試工程師最快手動調(diào)試超過20分鐘減少至低于13分鐘，測試效率提升35%，測試準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上。中頻模塊自動測試平臺實(shí)現(xiàn)對調(diào)試流程的自動化管控，避免了因主觀因素產(chǎn)生的失誤，提高生產(chǎn)效率的同時降低了人力成本和設(shè)備老化速度，提高企業(yè)生產(chǎn)管理的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量水平。