基于模塊化設(shè)計(jì)的視頻跟蹤器故障診斷檢測(cè)工裝研究

彭 勇，唐中和，李 俊，曾 晶，游勇強(qiáng)，陳思宇，霍虹宇，李 璽

(西南技術(shù)物理研究所，成都 610041)

0 引言

視頻跟蹤器是光電系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能是接收紅外熱像儀與電視攝像機(jī)輸出的視頻圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索與跟蹤，輸出目標(biāo)相對(duì)于視場(chǎng)中心的位置信息，驅(qū)動(dòng)伺服完成穩(wěn)定閉環(huán)跟蹤[1-5]。

作為一個(gè)純電子設(shè)備，視頻跟蹤器各模塊間功能存在相互耦合，其測(cè)試及診斷難度較大[6-7]。文獻(xiàn)[8]采用嵌入式邊界掃描、非侵入式測(cè)試等先進(jìn)的板級(jí)嵌入式測(cè)試技術(shù),設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的嵌入式測(cè)試控制器設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化、提高測(cè)試效率, 從而能夠更好地降低產(chǎn)品整個(gè)壽命周期的測(cè)試維修成本，但該方法并不能定位板級(jí)故障。文獻(xiàn)[9]構(gòu)建了基于PXI總線的一體化硬件診斷資源平臺(tái),通過(guò)信號(hào)量復(fù)合故障診斷方法及深淺知識(shí)推理機(jī)相結(jié)合的故障診斷策略完成故障診斷，并在其基礎(chǔ)上研制了一型便攜式通用電路板故障診斷儀，但實(shí)際應(yīng)用中只采用了基于電壓/電流測(cè)試的故障診斷。文獻(xiàn)[10]提出的診斷方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)線的全面改造升級(jí)，選用工控機(jī)和IO卡來(lái)構(gòu)成主控硬件平臺(tái)，并在在Qt軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成上位機(jī)開(kāi)發(fā)，最終完成對(duì)電路板的全自動(dòng)檢測(cè)。以上分析結(jié)果表明，常見(jiàn)檢測(cè)方法無(wú)法準(zhǔn)確表達(dá)視頻跟蹤器故障變化特點(diǎn)。

針對(duì)目前對(duì)于視頻跟蹤器無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)手段，當(dāng)圖像電路出現(xiàn)故障后往往只能采用倒序排查法進(jìn)行檢測(cè)[11]。當(dāng)視頻跟蹤器發(fā)生故障的時(shí)候，修理人員憑借修理經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合定性分析，才能判斷出故障點(diǎn)，此類方法耗時(shí)較長(zhǎng)，已經(jīng)無(wú)法滿足診斷和測(cè)試的要求。為了化繁為簡(jiǎn)，本文將對(duì)跟蹤器各功能模塊進(jìn)行解耦分析，通過(guò)將傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法中圖像電路的結(jié)構(gòu)和每個(gè)部分的作用進(jìn)行功能劃分，并利用故障樹(shù)分析法列舉出圖像電路中的測(cè)試點(diǎn)、測(cè)試順序以及測(cè)試內(nèi)容，從而建立一種有效的測(cè)試流程與故障樹(shù)分析模型，從而快速完成圖像電路的故障定位以及故障維修。

本文所設(shè)計(jì)的檢測(cè)工裝能夠使用多種視頻輸入輸出接口與通信接口，可手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行功能與性能測(cè)試，并快速定位故障，無(wú)需搭建復(fù)雜的檢測(cè)平臺(tái)，適合產(chǎn)品校驗(yàn)與外場(chǎng)排查故障，縮短維修時(shí)間，提高維修效率，對(duì)圖像處理組件具有非常好的推廣價(jià)值。

1 視頻跟蹤器原理

視頻跟蹤器由圖像處理硬件制成板、結(jié)構(gòu)冷板與相關(guān)軟件組成,其中制成板采用FPGA+DSP架構(gòu)。DSP芯片采用高速數(shù)字信號(hào)處理芯片芯片實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù),并通過(guò)通信接口輸出目標(biāo)相對(duì)于中心的取差數(shù)據(jù)[12]；FPGA實(shí)現(xiàn)與板外設(shè)備接口、通訊等功能。圖像處理板是視頻跟蹤器的關(guān)鍵單元，通過(guò)接收外部輸入的視頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理進(jìn)行后，再輸出成像電路進(jìn)行顯示。視頻跟蹤器處理的圖像格式千差萬(wàn)別，不僅有模擬PAL視頻，還有CML、CameraLink、SDI等數(shù)字視頻。雖然輸入輸出接口芯片存在差異，但處理流程類似。本文對(duì)模擬PAL視頻的接口進(jìn)行描述[13]。

圖1 圖像跟蹤板原理框圖

根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)框架，分為視頻信號(hào)輸入，A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)處理、D/A轉(zhuǎn)換、視頻信號(hào)放大、同步信號(hào)分離、視頻信號(hào)輸出等部分，其系統(tǒng)組成如圖1所示。接下來(lái)，本章將對(duì)各功能模塊進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。

1)多路開(kāi)關(guān)電路：將視頻信號(hào)分為三路，其中一路信號(hào)作為原始視頻信號(hào)與波門及系統(tǒng)參量(如字符、圖形)疊加后形成跟蹤畫面復(fù)合視頻信號(hào)輸出送監(jiān)視器顯示或錄像；另一路去解碼器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)，同時(shí)分離出系統(tǒng)所需的各種同步信號(hào)；還有一路驅(qū)動(dòng)后送出原始視頻[14]。

2)鉗位電路：將視頻信號(hào)的同步肩鉗位于某一電平使疊加字符圖形后的視頻信號(hào)穩(wěn)定。

3)圖像解碼：將模擬視頻信號(hào)經(jīng)內(nèi)部的低通濾波電路、增益控制電路、數(shù)字鉗位電路等處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)輸出，供后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理模塊使用。同時(shí)也分離出行同步、場(chǎng)同步、復(fù)合同步等視頻跟蹤器所需的各種同步信號(hào)。

4)像素時(shí)鐘產(chǎn)生：以視頻信號(hào)的行同步信號(hào)作為基準(zhǔn)相位信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)鎖相像素時(shí)鐘信號(hào)，供圖像解碼、波門同步和高速圖像幀存儲(chǔ)器等使用。

5)視頻信號(hào)放大：對(duì)圖像電路中的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行放大處理，其放大倍數(shù)為反饋電阻和信號(hào)輸入端電阻阻值之比。其作用是對(duì)輸入的微弱視頻信號(hào)加以放大，以便輸送到后續(xù)電路中進(jìn)行校正和補(bǔ)償。

6)同步信號(hào)分離：同步信號(hào)分離是為了讓電路處理后的視頻信號(hào)與監(jiān)視器的行掃描和場(chǎng)掃描同步，保證圖像畫面能夠正常顯示而在原始圖像外增加的同步信號(hào)。在視頻圖像電路中，外同步信號(hào)是由晶振和同步分離器分頻來(lái)產(chǎn)生的。

2 視頻跟蹤器功能性能測(cè)試及維修流程

視頻跟蹤器的性能測(cè)試及故障診斷無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)手段，當(dāng)圖像電路出現(xiàn)故障后往往只能采用倒序排查法進(jìn)行檢測(cè)[15]。修理測(cè)試人員大都憑借行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)搭建龐大的測(cè)試平臺(tái)，才能判斷出故障點(diǎn)。為了梳理傳統(tǒng)的維修測(cè)試方法，便于后續(xù)建模分析，本章通過(guò)解耦模型將視頻跟蹤器的功能及數(shù)據(jù)流進(jìn)行劃分，并利用故障樹(shù)分析法自上而下進(jìn)行建模，形成合理的模塊化測(cè)試模型。通過(guò)對(duì)不同裝載平臺(tái)類型產(chǎn)品的圖像電路共性分析，依據(jù)圖像電路結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的功能性能，圖像電路的測(cè)試順序大致分為三大部分。

1)視頻信號(hào)輸入:視頻信號(hào)輸入部分的作用是為圖像電路提供未經(jīng)處理的原始視頻信號(hào)，輸入視頻信號(hào)正常與否會(huì)直接影響輸出視頻信號(hào)的質(zhì)量，導(dǎo)致成像畫面無(wú)法正常顯示。因此需要測(cè)試輸入電路的視頻信號(hào)，排除外部信號(hào)對(duì)圖像電路的干擾。

2)視頻信號(hào)處理:根據(jù)圖像處理電路的原理和結(jié)構(gòu)，視頻信號(hào)處理部分又劃分為視頻信號(hào)放大、數(shù)字信號(hào)處理和同步信號(hào)分離3個(gè)小部分。視頻信號(hào)處理部分是圖像電路的核心部分，其中的每個(gè)小部分有異常都會(huì)影響到最終成像畫面的質(zhì)量以及產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)測(cè)試相應(yīng)位置的信號(hào)電平判斷電路是否正常[16]。

3)視頻信號(hào)輸出:視頻信號(hào)輸出到監(jiān)視器等成像設(shè)備上進(jìn)行成像，輸出的視頻信號(hào)正常與否直接影響成像畫面的質(zhì)量。通過(guò)測(cè)試輸出的視頻信號(hào)，排除外圍成像設(shè)備的干擾，從而判斷視頻圖像電路是否正常。

在視頻圖像信號(hào)電路的實(shí)際應(yīng)用中，很容易發(fā)生圖像失真、圖像干擾以及圖像扭曲、抖動(dòng)的問(wèn)題，影響視頻圖像的質(zhì)量以及產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)，因此需要對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。為了確保圖像畫面清晰、穩(wěn)定，視頻信號(hào)波形的頻率、幅值、波形都有相應(yīng)的要求。由于視頻圖像信號(hào)的測(cè)試基本上都是依靠示波器來(lái)進(jìn)行的，因此要求調(diào)試測(cè)試作業(yè)的操作者必須能夠熟練使用示波器。根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)，通用視頻圖像電路可以分為視頻信號(hào)輸入、視頻信號(hào)處理和視頻信號(hào)輸出三大部分，其中視頻信號(hào)處理又分為視頻信號(hào)放大、數(shù)字信號(hào)處理和同步信號(hào)分離3個(gè)小部分。根據(jù)結(jié)構(gòu)中每個(gè)部分的作用，當(dāng)出現(xiàn)圖像顯示異常的現(xiàn)象后可以按以下步驟進(jìn)行檢測(cè)調(diào)試。

2.1 復(fù)合視頻信號(hào)輸出

輸出視頻信號(hào)是模擬信號(hào)，包括了圖像信號(hào)、字符疊加信號(hào)與同步信號(hào)，信號(hào)整合后稱為復(fù)合視頻信號(hào)。在跟蹤器正常工作情況下使用示波器測(cè)試出的信號(hào)波形中，黑電平以上為圖像顯示信號(hào)波形，以下是行、場(chǎng)同步信號(hào)以及消隱電平信號(hào)。圖像信號(hào)幅度(調(diào)節(jié)輸入的目標(biāo)信號(hào)亮度)設(shè)為0.7 V,行、場(chǎng)同步脈沖幅度為0.3 V(與圖像信號(hào)反向)，峰—峰值Vp-p為0.9～1.2 V之間。輸出的視頻信號(hào)已含有疊加字符等信號(hào)，從示波器的波形上看，字符的電平信號(hào)和目標(biāo)圖像的視頻信號(hào)混合在一起，波形比較雜亂。為了便于觀測(cè)，可以把輸入目標(biāo)的對(duì)比度增大，將目標(biāo)信號(hào)與其他信號(hào)區(qū)別開(kāi)來(lái)，正常情況下可以看到目標(biāo)電平的幅值增大。本步驟測(cè)試的是圖像電路的最終輸出信號(hào)，由于該信號(hào)輸出后會(huì)直接進(jìn)入到圖像顯示設(shè)備進(jìn)行成像，化繁為簡(jiǎn)，測(cè)試視頻信號(hào)的電平幅度、行/場(chǎng)同步脈沖信號(hào)幅度以及電平峰—峰值達(dá)到以上要求，則顯示的圖像就會(huì)完整、清晰[17]。如測(cè)試的圖像信號(hào)未達(dá)到以上要求，則需要排查相關(guān)線路及原始輸入。

2.2 原始視頻信號(hào)輸入

根據(jù)視頻電路的框架及原理，視頻電路本身是根據(jù)外圍輸入的原始視頻信號(hào)進(jìn)行處理，因此需要確認(rèn)輸入的原始視頻信號(hào)是否正常。為減少?gòu)?fù)雜的視頻圖像信號(hào)對(duì)示波器波形的干擾，須保證輸入的目標(biāo)圖像信號(hào)盡量簡(jiǎn)單、形狀要規(guī)則，其次目標(biāo)背景要干凈。在調(diào)試中一般使用目標(biāo)發(fā)生器為產(chǎn)品提供規(guī)則的正方形目標(biāo)的模擬視頻信號(hào)。此時(shí)傳送的視頻信號(hào)中只有背景色和圖像目標(biāo)信號(hào)，我們稱為原始圖像信號(hào)，在標(biāo)準(zhǔn)的視頻圖像信號(hào)波形中有同步信號(hào)、消隱信號(hào)以及圖像信號(hào)的波形。其中消隱信號(hào)分為場(chǎng)消隱信號(hào)和行消隱信號(hào)，其中行逆程期傳送行消隱信號(hào)，場(chǎng)逆程期傳送場(chǎng)消隱信號(hào)。場(chǎng)同步信號(hào)電平與行同步電平一致，脈寬為2.5個(gè)行周期，場(chǎng)同步脈沖前沿滯后場(chǎng)消隱脈沖前沿2.5個(gè)行周期，即1 604 μs，場(chǎng)同步信號(hào)周期為20 ms[18]。用示波器測(cè)試電路板的視頻輸入端，檢測(cè)輸入的視頻信號(hào)，如視頻信號(hào)異常則表明產(chǎn)品本身正常，如視頻信號(hào)正常則轉(zhuǎn)至測(cè)試視頻放大電路。

2.3 視頻信號(hào)放大電路

視頻信號(hào)放大電路作為一個(gè)統(tǒng)稱，也是電路中的關(guān)鍵部分，很容易受到各種因素的干擾，從而影響圖像畫面的顯示。其主要作用是對(duì)輸入的微弱視頻信號(hào)加以放大，以便輸送到后續(xù)電路中進(jìn)行校正和補(bǔ)償，該功能是由運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的，其放大倍數(shù)與運(yùn)放外接的反饋電阻大小有關(guān)(放大倍數(shù)為反饋電阻和信號(hào)輸入端電阻阻值之比)，結(jié)果直接影響視頻圖像的亮度和清晰度。用示波器測(cè)試運(yùn)算放大芯片的視頻輸入端和輸出端的視頻信號(hào)波形(波形形狀與步驟2中原始視頻信號(hào)輸入波形)進(jìn)行對(duì)比，正常狀態(tài)下可以看到信號(hào)的形狀無(wú)變化，而信號(hào)波形的幅值有明顯增加。如測(cè)試點(diǎn)的信號(hào)出現(xiàn)異常，檢查該測(cè)試點(diǎn)匹配電阻阻值，若阻值與圖紙一致則更換運(yùn)算放大器；如該項(xiàng)檢測(cè)的信號(hào)波形無(wú)問(wèn)題則轉(zhuǎn)至測(cè)試同步信號(hào)。

2.4 同步信號(hào)分離測(cè)試

在電路中，同步信號(hào)分離是通過(guò)晶振和同步分離器分頻產(chǎn)生的，可以用示波器直接測(cè)試同步分離器的行、場(chǎng)同步信號(hào)波形(在電路圖中行同步信號(hào)用HS表示，場(chǎng)同步信號(hào)用VS表示)，行同步信號(hào)是一個(gè)幅值為+5 V，頻率周期為64 μs,脈沖寬度為4 μs的負(fù)脈沖信號(hào)，場(chǎng)同步信號(hào)則是一個(gè)幅值為+5 V，頻率周期為20 ms，脈沖寬度為164 μs的負(fù)脈沖信號(hào)。用示波器測(cè)試晶振的頻率信號(hào)、同步分離器的同步信號(hào)的波形以及電路板最后輸出級(jí)的HS信號(hào)和VS信號(hào)，如測(cè)試點(diǎn)的信號(hào)異常則更換該測(cè)試點(diǎn)元器件，如信號(hào)的頻率周期和寬度滿足上述要求則轉(zhuǎn)至測(cè)試數(shù)字信號(hào)處理電路。

2.5 數(shù)字信號(hào)處理

數(shù)字信號(hào)處理部分包括A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)處理、D/A轉(zhuǎn)換。在圖像處理電路中需將輸入的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)才能夠?qū)σ曨l信號(hào)進(jìn)行編輯，而處理后的視頻信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號(hào)才能通過(guò)顯示器顯示圖像。A/D轉(zhuǎn)換電路的作用就是將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換則相反，是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，A/D、D/A轉(zhuǎn)換是通過(guò)A/D、D/A芯片來(lái)完成的，在這里，我們要測(cè)試的就是A/D芯片中視頻的輸入信號(hào)、輸出的電平信號(hào)和D/A芯片中輸入的電平信號(hào)、視頻輸出信號(hào)，其中AD信號(hào)和DA信號(hào)會(huì)有多路信號(hào)(信號(hào)分為幾路根據(jù)集成電路的型號(hào)來(lái)確定)輸出和輸入，模擬視頻信號(hào)只有一路輸入和輸出，需對(duì)照相應(yīng)的模數(shù)及數(shù)模集成電路的管腳定義使用示波器進(jìn)行檢測(cè)，主要檢測(cè)時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和同步信號(hào)是否對(duì)齊，若模/數(shù)集成電路的輸入的視頻信號(hào)正常而輸出的AD信號(hào)異常，則更換對(duì)應(yīng)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路；若模/數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路的輸出AD信號(hào)正常而數(shù)/模轉(zhuǎn)換集成電路的DA信號(hào)異常，則更換數(shù)字信號(hào)處理集成電路；若數(shù)/模轉(zhuǎn)換集成電路的輸入DA信號(hào)正常而輸出的視頻信號(hào)異常，則更換對(duì)應(yīng)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換集成電路[19]。

通過(guò)利用故障樹(shù)分析法，列舉出圖像電路中不同故障的具體測(cè)試位置，測(cè)試的方法。根據(jù)視頻圖像電路的特點(diǎn)，按照輸出視頻信號(hào)測(cè)試、輸入視頻信號(hào)測(cè)試、放大信號(hào)測(cè)試、同步分離信號(hào)測(cè)試、數(shù)字信號(hào)測(cè)試的順序步驟進(jìn)行檢測(cè)，為圖像電路中的視頻信號(hào)檢測(cè)、電路故障維修進(jìn)行指導(dǎo)操作，從而達(dá)到快速檢測(cè)、快速故障定位和維修的目的。

3 檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

結(jié)合上一章的設(shè)計(jì)要求及維修流程，本章將對(duì)檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。檢測(cè)工裝由硬件平臺(tái)及軟件組成，可以通過(guò)更換電纜實(shí)現(xiàn)對(duì)不同跟蹤器產(chǎn)品的功能檢測(cè)及故障診斷，該工裝以PC機(jī)為核心架構(gòu)擴(kuò)展測(cè)試資源進(jìn)行設(shè)計(jì)。檢測(cè)工裝的軟件采用VC開(kāi)發(fā)，具備相應(yīng)擴(kuò)展功能以適應(yīng)不同產(chǎn)品的維修檢測(cè)[20]。

為了便于分析，本章將對(duì)檢測(cè)工裝的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行描述，其功能要求及故障定位方法如下所示。

3.1 視頻輸出

檢測(cè)工裝可以輸出不同對(duì)比度、大小的視頻圖像，通過(guò)相應(yīng)接口輸出給視頻跟蹤器進(jìn)行功能性能檢測(cè)。故障診斷維修過(guò)程中，視頻跟蹤器必須對(duì)滿足指標(biāo)的目標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤。若出現(xiàn)跟蹤失敗，檢測(cè)工裝可以對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行判斷，以判斷跟蹤性能。同時(shí)，回環(huán)測(cè)試電路對(duì)視頻跟蹤器的DSP數(shù)據(jù)與FPGA采集數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，初步定位圖像接收故障還是信號(hào)處理軟件故障等。然后結(jié)合通信接口中通信握手功能進(jìn)行DSP狀態(tài)判定。

3.2 視頻輸入功能

檢測(cè)工裝具備接收多路模擬或數(shù)字制式的視頻輸入信號(hào)，并能在檢測(cè)工裝的顯示終端顯示。操作手可以通過(guò)圖像的清晰度、跟蹤框、系統(tǒng)參數(shù)等信息判斷跟蹤器的狀態(tài)。同時(shí)，檢測(cè)工裝具備對(duì)輸出圖像的有無(wú)，及信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行判斷功能。

3.3 供電功能

視頻跟蹤器的電源一般具備拉偏功能，檢測(cè)工裝必須穩(wěn)定輸出電壓。例如，要求輸出+26 VDC電源，最大功率50 W，電源紋波要求不大于150 mV。檢測(cè)工裝就可以對(duì)電源進(jìn)行供電。同時(shí)，跟蹤器上電后可以對(duì)內(nèi)部各單元的電壓進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)測(cè)試口的串口上報(bào)給檢測(cè)工裝。

3.4 串口功能

檢測(cè)工裝對(duì)外的串口主要用于視頻跟蹤器通信及測(cè)試口內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。例如，RS422串口采用標(biāo)準(zhǔn)電平，全雙工，異步，波特率：9 600 bps，啟始、停止位各1位，1位奇校驗(yàn)，有效數(shù)據(jù)8位，低位在前，可以模擬系統(tǒng)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)給跟蹤器，視頻跟蹤器根據(jù)相應(yīng)協(xié)議執(zhí)行不同的任務(wù)。內(nèi)外閉環(huán)數(shù)據(jù)收發(fā)，可以定位通信故障。

3.5 TTL開(kāi)關(guān)量輸出

由于跟蹤器通常具備數(shù)字量和模擬量輸出，其中早期跟蹤器采用的模擬量比較廣泛，使用起來(lái)相對(duì)比較方便。為了兼容早期設(shè)備，檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)了至少32路TTL開(kāi)關(guān)量輸出。例如，單極性模擬量輸入的電壓范圍：0～+5 V，采用A/D變換方式檢測(cè)數(shù)字信號(hào)，精度±3%等。

以上分析表表明，本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)工裝，接口簡(jiǎn)單，不易損壞，可靠性得到提高，只使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)送指令，并且還增加了自動(dòng)測(cè)試功能，自動(dòng)依次完成所有測(cè)試項(xiàng)。同時(shí)，該檢測(cè)設(shè)備可以自動(dòng)顯示輸出電壓和信號(hào)，從而達(dá)到快速檢測(cè)、快速故障定位和維修的目的。

4 基于模塊化設(shè)計(jì)的視頻跟蹤器故障診斷檢測(cè)工裝應(yīng)用分析

本文在所提方法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)工裝，該工裝由工控機(jī)與上位機(jī)組成，其中定制的工控機(jī)具備多種輸入輸出視頻接口與通信接口，可根據(jù)不同項(xiàng)目需求自由組合。圖2為測(cè)試工裝與測(cè)試設(shè)備連接示意圖，其中XS1,XS2與XS3為跟蹤器面板上的電氣接口，可根據(jù)不同產(chǎn)品的差異進(jìn)行定制，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)工裝能適應(yīng)不同類型的產(chǎn)品。

圖2 檢測(cè)工裝測(cè)試示意圖

上位機(jī)的測(cè)試界面如圖3所示。程序界面由“Channel A(第一通道視頻采集)”、“Channel B(第二通道視頻采集)”、 CCIR VF output”、 “Power output management”、“Mono-polarity analogue input”、“TTL input”、“Serial Data”、“Handle Test”“Auto Test”、“Advance”十部分功能模塊組成。

圖3 模擬視頻輸出軟件圖

不同項(xiàng)目的視頻跟蹤器的電纜連接上檢測(cè)工裝后，系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)跟蹤器內(nèi)部各線纜的通斷情況。一切正常后，由工控機(jī)為測(cè)試品供電，并開(kāi)始相關(guān)功能性能測(cè)試。本章將對(duì)其中幾個(gè)主要功能模塊進(jìn)行分析。

4.1 供電功能測(cè)試與診斷

不同測(cè)試品具有不同供電電壓與功耗要求，本文設(shè)計(jì)的工裝可以輸出5 V、12 V、28 V等電壓要求。圖4展示了不同電壓設(shè)置，其輸出電源可通過(guò)上位機(jī)控制切斷和連接。例如26 V電源輸出的最大功率50 W，電源紋波不大于150 mV。

圖4 電源管理

在測(cè)試時(shí)，通過(guò)“Power supply selection”對(duì)應(yīng)的下拉菜單中可以根據(jù)需要選擇不同的的電壓值，然后點(diǎn)擊“Power On”，輸出電源電壓給被測(cè)設(shè)備供電。停止測(cè)試時(shí)，點(diǎn)擊“Power Off”斷開(kāi)電源，切斷被測(cè)設(shè)備供電，如圖5所示。

圖5 上電

4.2 視頻輸入輸出功能測(cè)試與診斷

圖6為模擬視頻輸出控制組件，可以執(zhí)行原始視頻輸入與復(fù)合視頻信號(hào)輸出測(cè)試。模擬視頻輸出CH1和CH2同時(shí)輸出相同視頻信號(hào)，在輸出信號(hào)時(shí)，點(diǎn)擊“…”，彈出視頻選擇界面，選擇輸出的XXX.yuv視頻文件，點(diǎn)擊“Start”按鈕發(fā)送視頻數(shù)據(jù)，在開(kāi)始之后可點(diǎn)擊界面“Stop”停止輸出，再次點(diǎn)擊“Start”將繼續(xù)剛才停止位置播放。點(diǎn)擊“Replay”后，點(diǎn)擊“…”選擇另一個(gè)進(jìn)行視頻文件發(fā)送或點(diǎn)擊“Start”從頭播放當(dāng)前視頻。顯示屏收到輸出的視頻信號(hào)，在顯示屏上觀察輸出的視頻信號(hào)是否存在抖動(dòng)、波紋、失真現(xiàn)象。該工裝還可以自動(dòng)生成不同大小、對(duì)比度、運(yùn)動(dòng)速度的目標(biāo)，便于進(jìn)行視頻跟蹤器的性能測(cè)試[20]，如圖6所示。

圖6 3×2@12%目標(biāo)跟蹤結(jié)果

4.3 串口通信功能測(cè)試與診斷

視頻跟蹤器具有多種類型的通信接口、如CAN、以太網(wǎng)等，本節(jié)主要分析串口通信功能測(cè)試與診斷。通信功能主要實(shí)現(xiàn)與外部組件信息交互。雖然不同產(chǎn)品通信協(xié)議不同，但上位機(jī)提供了擴(kuò)展插件，可以為不同產(chǎn)品提供不同接口，實(shí)現(xiàn)通信功能測(cè)試與診斷。進(jìn)入到視頻跟蹤器功能測(cè)試之后，可以打開(kāi)對(duì)應(yīng)插件選擇需要發(fā)送一組數(shù)據(jù)[21]，數(shù)據(jù)內(nèi)容顯示在如圖7對(duì)話框。不同數(shù)據(jù)可以模擬光電系統(tǒng)給視頻跟蹤器發(fā)送控制指令與狀態(tài)指令。若被測(cè)產(chǎn)品按照發(fā)送的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，即合格，否則為不合格。

圖7 串口數(shù)據(jù)

4.4 功能測(cè)試與診斷

本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)工裝包含不同控制指令與狀態(tài)指令的按鍵，可以測(cè)試產(chǎn)品的功能[22]。被測(cè)設(shè)備上電之后，默認(rèn)為“Handle Test”模式，測(cè)試程序送出命令，設(shè)置初始狀態(tài)。圖2右下區(qū)域?yàn)楣δ軈^(qū)，其顯示綠色的按鈕為當(dāng)前設(shè)置。改變輸出信號(hào)時(shí)，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)信號(hào)按鍵，此按鍵將變成綠色，其相反狀態(tài)按鈕變白色。點(diǎn)擊“Auto test”按鈕則會(huì)彈出圖8所示的界面，根據(jù)不同的被測(cè)設(shè)備顯示界面內(nèi)信號(hào)內(nèi)容略有不同。

圖8 Automatic test操作界面

在開(kāi)始自動(dòng)測(cè)試之前，勾選需要測(cè)試信號(hào)，左側(cè)對(duì)話框?qū)@示選擇的信號(hào)，選擇完成后，點(diǎn)擊“Run”開(kāi)始自動(dòng)測(cè)試。測(cè)試時(shí)，每測(cè)試完一項(xiàng)，彈出確認(rèn)對(duì)話框，由測(cè)試人員確認(rèn)當(dāng)前測(cè)試狀態(tài)是否正確，正確則進(jìn)行下一條測(cè)試內(nèi)容，錯(cuò)誤將結(jié)束測(cè)試。從新選擇測(cè)試內(nèi)容時(shí)，點(diǎn)擊“Clear”清空已選的測(cè)試內(nèi)容，從新選擇測(cè)試項(xiàng)。每次測(cè)試完畢，如需要保存可點(diǎn)擊“Save”按鍵進(jìn)行保存，如需打印測(cè)試結(jié)果可點(diǎn)擊“Print”，彈出打印界面后，設(shè)計(jì)打印機(jī)打印。

5 結(jié)束語(yǔ)

視頻跟蹤器是光電系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能是接收紅外熱像儀與電視攝像機(jī)輸出的視頻圖像，根據(jù)系統(tǒng)指令，完成對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索和跟蹤，輸出目標(biāo)相對(duì)于視場(chǎng)中心的位置信息，驅(qū)動(dòng)伺服完成穩(wěn)定閉環(huán)跟蹤。本文通過(guò)解耦模型將視頻跟蹤器的功能及數(shù)據(jù)流進(jìn)行劃分，并利用故障樹(shù)分析法自上而下進(jìn)行測(cè)試流程與診斷模型構(gòu)建，然后在其基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)工裝，該工裝具有較高的適用性，能夠簡(jiǎn)化檢驗(yàn)與維修過(guò)程，降低操作的難度。