多通道收發(fā)組件高效測(cè)控的設(shè)計(jì)優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)

公承，丁志釗，方開慶

（中電科思儀科技股份有限公司，山東青島，266555）

0 引言

有源相控陣?yán)走_(dá)是一種多功能、高性能的雷達(dá)，依靠其靈活的波束掃描方式、可變的參數(shù)控制、多種工作模式、高效的資源配置以及較強(qiáng)的抗干擾和發(fā)現(xiàn)隱身目標(biāo)的能力[1]越來越受到重視。本文研究的被測(cè)件——多通道收發(fā)組件是相控陣?yán)走_(dá)重點(diǎn)研發(fā)的核心部件。它的測(cè)試狀態(tài)多工作量大，如果采用人工測(cè)量，可操作性極低，根本無法滿足科研和生產(chǎn)進(jìn)度要求。因此自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的引入是收發(fā)組件發(fā)展的必然趨勢(shì)和必需手段，收發(fā)組件的測(cè)試技術(shù)是影響產(chǎn)品研制與生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。

如何提高測(cè)試效率是收發(fā)組件測(cè)試技術(shù)研究的重要方向。本文研究對(duì)象的測(cè)試通道、測(cè)試參數(shù)和狀態(tài)數(shù)量都很大：被測(cè)件測(cè)試通道多達(dá)64個(gè)，待測(cè)試參數(shù)包括了頻譜參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、功率參數(shù)等十余種，衰減和移相測(cè)試的狀態(tài)數(shù)最多可達(dá)到6萬多個(gè)，這對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的效率提出了更高的要求，因此，本文研究的測(cè)試系統(tǒng)軟件的效率提高策略和方法具有一定的代表意義。同時(shí)，這也對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的效率提出了更高的要求，在系統(tǒng)軟件中必須使用專門的優(yōu)化方法來提高測(cè)試效率。本文將著重討論測(cè)試序列和軟件界面的優(yōu)化方法和設(shè)計(jì)方法。

1 軟件優(yōu)化概要設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件基于TestCenter軟件平臺(tái)，功能分為用戶交互層、測(cè)試執(zhí)行層和數(shù)據(jù)管理層三部分，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)軟件功能示意圖

為解決收發(fā)組件測(cè)試中遇到的問題，將按照測(cè)試程序?qū)崿F(xiàn)的順序，以下幾個(gè)方面對(duì)測(cè)試程序進(jìn)行優(yōu)化處理：

（1）優(yōu)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)校準(zhǔn)方法：使用數(shù)據(jù)庫代替矢網(wǎng)狀態(tài)文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠有效減少矢網(wǎng)狀態(tài)文件數(shù)量，減少手動(dòng)操作，提高測(cè)試效率。

（2）優(yōu)化被測(cè)件測(cè)試測(cè)試檢驗(yàn)流程，提高檢驗(yàn)測(cè)試效率。

（3）優(yōu)化儀器控制指令流程等方法優(yōu)化儀器設(shè)置，提高測(cè)試效率。

（4）通過多線程處理、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及測(cè)試與報(bào)表分離等多方面優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式，提高測(cè)試效率。

2 軟件優(yōu)化實(shí)現(xiàn)

TestCenter軟件平臺(tái)中的測(cè)試程序是以測(cè)試序列的方式設(shè)計(jì)和執(zhí)行的，這種開發(fā)方式速度快，編程工作量小，而且也便于用戶進(jìn)行二次開發(fā)。其缺點(diǎn)在于測(cè)試程序以序列的方式存在，缺乏整體性，不便于用戶操作。因此為了提高系統(tǒng)的測(cè)試效率，主要從測(cè)試序列和操作界面設(shè)計(jì)兩個(gè)方面優(yōu)化測(cè)試程序。下面按照測(cè)試流程順序?qū)ζ渲胁捎玫脑O(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)逐一進(jìn)行介紹。

■2.1 高效系統(tǒng)校準(zhǔn)

高效系統(tǒng)校準(zhǔn)的主要實(shí)現(xiàn)方法是采用數(shù)據(jù)庫作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的介質(zhì)，減少手動(dòng)操作，提高校準(zhǔn)效率。

一般的測(cè)試系統(tǒng)中由于測(cè)試通道較少，使用矢網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)試前，往往需要對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行矢網(wǎng)設(shè)置，矢網(wǎng)儀器校準(zhǔn)，通道直通、切換，測(cè)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)歸一化，保存成矢網(wǎng)狀態(tài)等多個(gè)步驟才能完成通道插損的校準(zhǔn)工作，而且大多數(shù)步驟都由手動(dòng)操作來完成。顯然這將消耗大量時(shí)間，而且大量的手動(dòng)操作，有違自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本宗旨。

引入數(shù)據(jù)庫的目的主要是保存初始狀態(tài)數(shù)據(jù)和通道差異數(shù)據(jù)。測(cè)試方法上也有所改變：矢網(wǎng)校準(zhǔn)完成后開始測(cè)試時(shí)，原來由矢網(wǎng)歸一化計(jì)算的功能由測(cè)試軟件操作數(shù)據(jù)庫來

實(shí)現(xiàn)，提高了測(cè)試效率。使用新的校準(zhǔn)方法，只需要手動(dòng)保存一個(gè)矢網(wǎng)初始狀態(tài)文件，之后除了通道切換仍需手動(dòng)操作外，其他操作都交給測(cè)試軟件控制矢網(wǎng)來完成，大大簡化了操作，提高了系統(tǒng)校準(zhǔn)的效率。

■2.2 高效的被測(cè)件檢驗(yàn)

結(jié)合被測(cè)件檢驗(yàn)測(cè)試的需求，本文提出了為系統(tǒng)增加“快速測(cè)試”模式，以特征性代表性狀態(tài)測(cè)試代替全狀態(tài)測(cè)試來完成產(chǎn)品檢驗(yàn)功能，提高檢驗(yàn)測(cè)試的效率。

以接收相位測(cè)試為例，被測(cè)件相位控制碼為7位2進(jìn)制數(shù)，全狀態(tài)需要測(cè)試27個(gè)相位狀態(tài)。檢驗(yàn)測(cè)試只需要明確每位控制碼及其測(cè)試數(shù)據(jù)的正確性，因此，只需要每個(gè)數(shù)據(jù)位測(cè)試一次即可滿足需求。另外，為方便計(jì)算控制精度，增加全零態(tài)測(cè)試，即檢驗(yàn)測(cè)試只需測(cè)試8次，大大提高了測(cè)試效率。

■2.3 高效的儀器控制

除了測(cè)試策略的優(yōu)化之外，程序還可以從儀器控制方面提高效率。測(cè)試程序是在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，用于控制各種測(cè)試設(shè)備資源來測(cè)試指定的被測(cè)對(duì)象的軟件的總稱，它包含對(duì)測(cè)試過程的控制及對(duì)所測(cè)得的響應(yīng)信號(hào)的處理。測(cè)試儀器是完成測(cè)試的主體，其控制效率是影響測(cè)試效率的重要部分。在本系統(tǒng)中，主要從以下幾方面優(yōu)化測(cè)試程序中的儀器控制。

（1）優(yōu)化儀器延時(shí)。這里所說的延時(shí)主要是指命令響應(yīng)延遲時(shí)間。命令響應(yīng)需要延時(shí)的原因是儀器接收命令并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作需要一定的時(shí)間，而該時(shí)間有可能大于兩條命令執(zhí)行之間的間隔時(shí)間。某些儀器會(huì)在其使用這類命令的驅(qū)動(dòng)程序中做特殊的延時(shí)處理，但更多的時(shí)候儀器生產(chǎn)廠家只提供標(biāo)準(zhǔn)SCPI控制命令和未考慮延時(shí)的驅(qū)動(dòng)程序。這種情況下就需要在控制儀器時(shí)手動(dòng)加入延時(shí)。一般接收機(jī)類的測(cè)試儀器需要延遲響應(yīng)，接收機(jī)在測(cè)量輸入信號(hào)時(shí)需要掃描輸入端口，在一次掃描完成之后才應(yīng)該進(jìn)行下一次掃描。接收機(jī)工作在連續(xù)掃描模式時(shí)，為了能夠獲取到完整的測(cè)量信號(hào)同時(shí)兼顧測(cè)試效率，儀器響應(yīng)延時(shí)一般設(shè)置為單次掃描時(shí)間的兩倍。在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，由于測(cè)試總線的延遲時(shí)間一般會(huì)小于掃描時(shí)間，更能提高效率的做法是，將儀器設(shè)置為單次掃描模式，每次測(cè)量執(zhí)行一次單次掃描，最好在掃描命令之后加入標(biāo)準(zhǔn)SCPI命令“*WAI”，保證下一條控制指令發(fā)出前已經(jīng)掃描完畢。本系統(tǒng)中使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜儀等測(cè)試時(shí)，均使用了該優(yōu)化方法。

（2）優(yōu)化儀器設(shè)置。一般來說，測(cè)試效率與測(cè)試精度二者不可兼得。例如通過減小矢網(wǎng)的中頻帶寬、頻譜儀的分辨率帶寬，可以減小測(cè)量中的隨機(jī)噪聲，提高測(cè)試精度，然而這會(huì)使儀器的掃描時(shí)間變長，增加測(cè)試時(shí)間。在實(shí)際測(cè)試時(shí)，需要測(cè)試人員在兩項(xiàng)指標(biāo)上適當(dāng)?shù)卣壑?，以取得最好的測(cè)試效果。

■2.4 高效數(shù)據(jù)處理

使用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)，將報(bào)表輸出與測(cè)試過程分離，減少測(cè)試時(shí)間。原軟件中采用TestCenter平臺(tái)自帶的Excel報(bào)表輸出插件，考慮測(cè)試效率和報(bào)表的可讀性，應(yīng)該盡量減少了Excel程序打開的次數(shù)，但相應(yīng)的每個(gè)報(bào)表中的數(shù)據(jù)量就會(huì)變大。仍以發(fā)射相位測(cè)試為例，使用矢網(wǎng)測(cè)試601頻點(diǎn)相位數(shù)據(jù)，每個(gè)被測(cè)件輸出一個(gè)報(bào)表，將包含64通道*601頻點(diǎn)=38464個(gè)相位數(shù)據(jù)，輸出時(shí)間大約15s。而且這種輸出方式的另一個(gè)弊端是測(cè)試數(shù)據(jù)僅存在于報(bào)表和TestCenter平臺(tái)內(nèi)存中，不方便測(cè)試完成后的顯示和處理。

為了解決這些問題，本人使用了多種手段來提高數(shù)據(jù)處理的效率，具體包括：使用數(shù)據(jù)庫作為測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的介質(zhì)；引入多線程技術(shù)存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)；將報(bào)表輸出與測(cè)試過程分離開來，不再占用測(cè)試時(shí)間。

首先，數(shù)據(jù)庫作為大量數(shù)據(jù)的專門處理工具，有其固有優(yōu)勢(shì)：可以方便的存取對(duì)象或圖形格式的數(shù)據(jù)。在本軟件中將測(cè)試數(shù)據(jù)數(shù)組轉(zhuǎn)化為OLE對(duì)象后，不需要一個(gè)一個(gè)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)操作次數(shù)大大減少，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間也大幅度縮減。其次，數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)操作可以通過多線程實(shí)現(xiàn)。由于數(shù)據(jù)庫的使用，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間要短于測(cè)試時(shí)間，因此當(dāng)前狀態(tài)測(cè)試完畢后，可以立即開啟一個(gè)新線程并行的將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，不會(huì)出現(xiàn)資源的競(jìng)爭(zhēng)、死鎖等問題，而且不影響主測(cè)試線程，能進(jìn)一步提高效率。第三測(cè)試完成后再自動(dòng)進(jìn)行報(bào)表的輸出：一次測(cè)試完成關(guān)閉軟件時(shí)，檢測(cè)在軟件此次開啟時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的測(cè)試參數(shù)，然后將它們依次導(dǎo)出報(bào)表。測(cè)試數(shù)據(jù)已經(jīng)存入數(shù)據(jù)庫的情況下，就可以將測(cè)試與報(bào)表生成分離開，使得測(cè)試時(shí)間進(jìn)一步減少。另外，在非測(cè)試時(shí)間用戶也有可能要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、計(jì)算等管理，從數(shù)據(jù)庫中操作和管理數(shù)據(jù)要比從報(bào)表中管理數(shù)據(jù)方便，減小了代碼實(shí)現(xiàn)難度，更有利于開發(fā)。

3 設(shè)計(jì)效果

前文中論述的測(cè)試序列優(yōu)化方法已經(jīng)在某研究所的定制系統(tǒng)中使用。軟件優(yōu)化之后，測(cè)試效率得到來大幅度提高，整體測(cè)試效率提升了20%以上。測(cè)試操作界面得到用戶認(rèn)可和好評(píng)。為了驗(yàn)證測(cè)試參數(shù)的優(yōu)化效果，選取了測(cè)試狀態(tài)最多的發(fā)射相位測(cè)試、發(fā)射延時(shí)測(cè)試、接收幅度測(cè)試、接收變頻衰減測(cè)試四個(gè)測(cè)試參數(shù)做了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下。

前文論述的各種優(yōu)化方法中使用數(shù)據(jù)庫提高校準(zhǔn)效率的方法由于存在手動(dòng)操作，不具備統(tǒng)計(jì)意義而沒有列表統(tǒng)計(jì)?？焖贆z驗(yàn)測(cè)試模式已與全測(cè)試模式分離，其他方法對(duì)比一般方法的測(cè)試時(shí)間優(yōu)化效果如表1和表2所示。

表1 儀器延時(shí)優(yōu)化效果

表2 數(shù)據(jù)處理優(yōu)化效果

從表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，儀器的控制優(yōu)化也能夠提高測(cè)試效率，但是效果有限。

從表2可以看出在本項(xiàng)目中使用數(shù)據(jù)庫能夠提高測(cè)試效率10%以上，測(cè)試次數(shù)越多的測(cè)試項(xiàng)目效率提升越明顯。表中的“每通道測(cè)試狀態(tài)數(shù)”即為測(cè)試次數(shù)，也是報(bào)表的輸出次數(shù)，測(cè)量次數(shù)越多對(duì)報(bào)表的操作就越頻繁，因此優(yōu)化后的效果就越好。

4 總結(jié)

提高自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試效率，一直是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。由于收發(fā)組件一般具有多通道，需要測(cè)試多個(gè)參數(shù)才能完成特性檢定，這種需求就顯得更為迫切。這些方法也可以運(yùn)用到其他測(cè)試系統(tǒng)之中，為后續(xù)其他系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)提供有效的參考。