數(shù)據(jù)通信設(shè)備ATS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)通信設(shè)備ATS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信設(shè)備ATS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：TN915.05《34；TM417文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004《373X〔2022〕13《0067《05

Abstract：Thetraditionalmeasurementandcontrolinstrumentisunabletomeetthedemandofthedevelopmentofmodernscienceandtechnologyduetoitsmainstructureofhardwareorfixedsoftware，sotheconceptofvirtualinstrumentcameintobeing.Aimingatthissituation，thedesignofanautomatictestsystem〔ATS〕basedonAgilentTestExecSLisdescribed.FourmodesofATSdesignareputforward，andtheircharacteristicsandapplicableoccasionsareanalyzed.ThetestdesignbasedonAgilentTestExecSLisdescribedindetail.ThedesigntakesfulladvantageoftheavailableresourceofTestExecSLtestplatform，whichcanreflectthecharacteristicsofhighefficiencyandflexibilityofusingthetestplatform，reusabilityofthetest，andseparationoftestlogicandtestoperation.

Keywords：TestExecSLtestplatform；ATS；vitualinstrument；systemdesign

越來越復(fù)雜的測試條件、高度自動(dòng)化的工業(yè)化大生產(chǎn)迫切需要功能更強(qiáng)大、本錢更低廉、系統(tǒng)更靈活的新一代測試儀器[1]。從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的過渡、從單臺(tái)儀器向多種功能儀器組合過渡、從完全由硬件實(shí)現(xiàn)儀器功能向軟硬件結(jié)合方向過渡、從簡單的功能組合向以個(gè)人計(jì)算機(jī)為核心的通用虛擬測試平臺(tái)過渡，從硬件模塊向軟件包形式過渡，代表了今后電子儀器的開展方向。

1基于AgilentTestExecSL的ATS設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)描述

本系統(tǒng)基于AgilentTestExecSL自動(dòng)測試平臺(tái)，運(yùn)行于PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備自動(dòng)測試系統(tǒng)。系統(tǒng)包括PC機(jī)、測試儀器與被測設(shè)備，通過PC機(jī)控制儀器自動(dòng)對(duì)連接的設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行測量，并對(duì)反應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)和分析[2]。主要實(shí)現(xiàn)下列功能：

〔1〕數(shù)據(jù)通信設(shè)備自動(dòng)測試系統(tǒng)通過GPIB總線與通用測量儀器相連，完成儀器的管理與控制、測試方案庫管理、測試方案控制與運(yùn)行、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)分析、記錄打印等功能[3]。

〔2〕實(shí)現(xiàn)對(duì)下列幾種設(shè)備參數(shù)指標(biāo)的自動(dòng)測量：地面站雜散抑制度；地面站飽和輸出功率；地面站功率穩(wěn)定度；地面站功率準(zhǔn)確度；地面站頻率準(zhǔn)確度；地面站頻率穩(wěn)定度；地面站幅頻特性。

1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

〔1〕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ATS為基于PC的單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)，不使用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，所有程序及數(shù)據(jù)信息均保留在本地。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、用戶管理模塊、系統(tǒng)配置模塊、指令集模塊以及測試方案管理模塊屬于系統(tǒng)管理模塊，真正執(zhí)行測試工作的是Testplan，系統(tǒng)通過測試方案管理模塊管理并運(yùn)行Testplan。

系統(tǒng)中大局部信息的讀取和保留由數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供操作效勞，這些信息用于保留系統(tǒng)的當(dāng)前配置、狀態(tài)及系統(tǒng)使用的歷史記錄，主要內(nèi)容有：用戶信息、系統(tǒng)配置信息、儀器指令集信息、系統(tǒng)使用記錄信息、測試方案庫，測試方案信息、測試運(yùn)行記錄信息。

〔2〕用戶管理

參與本系統(tǒng)操作的有三種角色：系統(tǒng)管理員、測試開發(fā)項(xiàng)目師、測試操作項(xiàng)目師，對(duì)這三者分別賦予各自的權(quán)限，而實(shí)際的用戶可以同時(shí)身兼三種角色[4]。用戶信息包含用戶名、密碼、權(quán)限、用戶描述信息等，信息經(jīng)加密保留在數(shù)據(jù)庫中。

〔3〕測試管理

Testplan在TestExecSL環(huán)境中可以直接運(yùn)行，但做為產(chǎn)品的自動(dòng)測試系統(tǒng)，Testplan的運(yùn)行應(yīng)置于自動(dòng)測試系統(tǒng)的統(tǒng)一管理之下[5]。首先，建立測試方案庫；其次，為Testplan的一個(gè)運(yùn)行實(shí)例建立一個(gè)測試項(xiàng)目，測試項(xiàng)目用于保留Testplan使用的參數(shù)和配置信息；再者，Testplan的維護(hù)分為兩局部，一局部在系統(tǒng)中完成，對(duì)Testplan進(jìn)行維護(hù)應(yīng)盡可能在系統(tǒng)內(nèi)完成以簡化Testplan維護(hù)過程；另一局部由測試開發(fā)項(xiàng)目師在TestExecSL開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行修改、調(diào)試，再重新加載到系統(tǒng)中?！?〕指令集

指令集對(duì)Action來說不是必需的，Action使用指令集依照下列規(guī)那么：內(nèi)部提供一套缺省的指令集〔一般是某種儀器實(shí)際的指令〕，在無法獲取系統(tǒng)提供的指令集信息或系統(tǒng)不為Testplan提供指令集時(shí)使用，這樣做的目的是為了Testplan可以離開系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，最大程度的提高Testplan的可重用性。系統(tǒng)為Testplan提供指令集時(shí)，應(yīng)使用該指令集[6]。

2測量辦法設(shè)計(jì)

2.1地面站雜散抑制度

2.1.1測量辦法

儀器：功率計(jì)：HP436或HP437B；頻譜分析儀：Agilent8563EC〔9kHz～26.5GHz〕；射頻衰減器HP8494B/95B。

雜散抑制度測量原理框圖，如圖2所示。步驟如下：

〔1〕按照測量原理圖連接測試系統(tǒng)；

〔2〕用一調(diào)制器發(fā)出一個(gè)未調(diào)制載波，將功率計(jì)接在衛(wèi)星地面站系統(tǒng)射頻輸出監(jiān)測口，確認(rèn)該未調(diào)制載波電平為正常EIRP；

〔3〕取下功率計(jì)，接入頻譜分析儀；

〔4〕設(shè)置頻譜分析儀，起始頻率為5925MHz〔或14000MHz〕，終止頻率為6425MHz〔或14500MHz〕，分辨帶寬為3kHz，視頻帶寬和掃描時(shí)間為適宜值；

根據(jù)測量計(jì)算公式計(jì)算出雜散輻射EIRP；

〔6〕察看是否存在單頻信號(hào)。如果存在，關(guān)閉載波并檢查該載波是否消失，如果消失那么認(rèn)為與載波有關(guān)，如果不消失那么認(rèn)為與載波無關(guān)。

雜散抑制度是比值，單位為dB。

2.1.2測試方案

〔1〕輸入輸出

儀器/設(shè)備：頻譜分析儀；需要設(shè)置的參數(shù)：掃頻帶寬、中心頻率、參考電平；輸出參數(shù)：載波電平，帶外噪聲電平最大值。

〔2〕測量操作建模

測量活動(dòng)圖如圖3所示，本活動(dòng)圖描述的是一次參數(shù)測量過程。

2.2地面站飽和輸出功率

2.2.1測量辦法

儀器：射頻信號(hào)源、功率計(jì)。

飽和輸出功率測量原理框圖，如圖4所示。測量步驟如下：

〔1〕自動(dòng)測試儀器連接是否正常；

〔2〕設(shè)置射頻信號(hào)源和功率計(jì)工作參數(shù)，假設(shè)需要，把DUT內(nèi)部衰減器置零或最??；

〔3〕程序不斷讀取功率計(jì)測量值到輸出飽和判決數(shù)組〔數(shù)組循環(huán)使用〕，同時(shí)控制射頻信號(hào)源輸出功率按特定步長不斷增加，直至判斷出DUT輸出飽和，記錄飽和輸出功率電平一次測量結(jié)束；

〔4〕進(jìn)行屢次測量并記錄相應(yīng)的飽和輸出功率電平

〔5〕計(jì)算飽和輸出功率

2.2.2測試方案

〔1〕輸入輸出

儀器/設(shè)備：射頻信號(hào)源；頻率計(jì)。需要設(shè)置的參數(shù)：初始輸出功率、信號(hào)遞增步長、輸出飽和判決規(guī)范、輸出飽和判決數(shù)組長度。輸出參數(shù)：飽和輸出功率。

〔2〕測量操作建模

飽和輸出功率測量活動(dòng)圖，如圖5所示。

2.3基于參數(shù)權(quán)值的啟發(fā)式含糊測試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

2.3.1測量辦法

儀器：功率計(jì)，計(jì)算機(jī)。功率穩(wěn)定度測量原理框圖，如圖6所示。

測量步驟如下：

〔1〕自動(dòng)測量儀器是否連接正常；

〔2〕控制信號(hào)源發(fā)送未調(diào)制純載波信號(hào)，設(shè)定信號(hào)頻率，設(shè)置信號(hào)功率電平為工作電平；

〔3〕根據(jù)設(shè)定的總測試時(shí)間。從功率計(jì)中讀數(shù)，每間隔10min讀數(shù)一次〔也可以設(shè)置讀數(shù)間隔時(shí)間〕，并記錄；

〔4〕記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行所需的處理；

〔5〕輸出保留所需結(jié)果。

2.3.2測試方案

〔1〕輸入輸出

儀器/設(shè)備：功率計(jì)；需要設(shè)置的參數(shù)：發(fā)信電平、測試總時(shí)間、讀數(shù)間隔；輸出參數(shù)：穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。

〔2〕測量操作建模步驟如下：

①TestPlan參數(shù)設(shè)置〔〕；

②連接狀態(tài)檢查〔〕；

③判斷儀器連接是否正常，如果正常，那么進(jìn)入第④步；如果不正常，那么異常處理，結(jié)束；

④設(shè)置功率計(jì)度數(shù)總時(shí)間；

⑤設(shè)置功率計(jì)度數(shù)間隔時(shí)間；

⑥判斷儀器反饋是否正常，如果正常，那么進(jìn)入第⑦步；如果不正常，那么異常處理，結(jié)束；

⑦計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)讀??；

⑧判斷計(jì)時(shí)截止或者人為截止，如果是，那么進(jìn)入第⑨步；如果不是，那么異常處理，結(jié)束；

⑨數(shù)據(jù)處理〔〕；

⑩輸出結(jié)果，結(jié)束。

2.4頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度

2.4.1測量辦法

儀器：頻率計(jì)，計(jì)算機(jī)。

頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度測量原理框圖，如圖7所示。

測量步驟如下：

〔1〕自動(dòng)測量儀器是否連接正常；

〔2〕控制信號(hào)源發(fā)送未調(diào)制純載波信號(hào)，設(shè)定信號(hào)電平，設(shè)置信號(hào)頻率為工作頻率；

〔3〕根據(jù)設(shè)定的總測試時(shí)間從頻率計(jì)中讀數(shù)，每間隔10min讀數(shù)一次〔也可以設(shè)置讀數(shù)間隔時(shí)間〕并記錄讀數(shù)；

〔4〕記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行所需的處理；

〔5〕輸出保留所需結(jié)果。

2.4.2測試方案

〔1〕輸入輸出

儀器/設(shè)備：頻率計(jì)；需要設(shè)置的參數(shù)：發(fā)信頻率、測試總時(shí)間、讀數(shù)間隔；輸出參數(shù)：穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。

〔2〕測量操作建模步驟如下：

①TestPlan參數(shù)設(shè)置〔〕；②連接狀態(tài)檢查〔〕；

③判斷儀器連接是否正常，如果正常，那么進(jìn)入第④步；如果不正常，那么異常處理，結(jié)束；

④設(shè)置功率計(jì)度數(shù)總時(shí)間；

⑤設(shè)置功率計(jì)度數(shù)間隔時(shí)間；

⑥判斷儀器反饋是否正常，如果正常，那么進(jìn)入第⑦步；如果不正常，那么異常處理，結(jié)束；

⑦設(shè)置信號(hào)源電平、頻率；

⑧判斷儀器反饋是否正常，如果是，那么進(jìn)入第⑨步；如果不是，那么異常處理，結(jié)束；

⑨計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)讀數(shù)；

⑩判斷計(jì)時(shí)截止或者人為截止，如果是，那么進(jìn)入第11步；如果不是，那么進(jìn)入第⑨步；

11輸出結(jié)果，結(jié)束。

2.5地面站幅頻特性

2.5.1測量辦法

儀器：網(wǎng)絡(luò)分析儀。幅頻特性測量原理框圖，如圖8所示。

測量步驟如下：

〔1〕自動(dòng)測試儀器連接是否正常；

〔2〕設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的掃描頻率范圍，選擇適宜的發(fā)信電平；

〔3〕如果需要，設(shè)置DUT的輸出頻率和電平；

〔4〕設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收頻率和電平；

〔5〕從網(wǎng)絡(luò)分析儀上讀取幅頻特性曲線的信息；

〔6〕計(jì)算某頻率范圍內(nèi)的幅頻特性指標(biāo)。

幅頻特性測量指標(biāo)為：在“中頻±掃描帶寬〞范圍內(nèi)幅度均值±方差。

2.5.2測試方案

〔1〕輸入輸出

儀器/設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)分析儀；需要設(shè)置的參數(shù)：掃頻頻帶、發(fā)信電平、參考電平；輸出參數(shù)：幅度頻率特性曲線。

〔2〕測量操作建模步驟如下：

①TestPlan參數(shù)設(shè)置〔〕；

②連接狀態(tài)檢查〔〕；

③判斷儀器連接是否正常，如果正常，那么進(jìn)入下一步；如果不正常，那么異常處理，結(jié)束；

④設(shè)置NA掃描范圍；

⑤判斷儀器反饋是否正常，如果正常，那么進(jìn)入下一步；如果不正常，那么記錄日志，提示異常，結(jié)束；

⑥設(shè)置NA輸出電平；

⑦判斷儀器反饋是否正常，如果正常，那么進(jìn)入下一步；如果不正常，那么記錄日志，提示異常，結(jié)束；

⑧設(shè)置NA接收頻率；

⑨判斷儀器反饋是否正常，如果正常，那么進(jìn)入下一步；如果不正常，那么記錄日志，提示異常，結(jié)束；

⑩讀取NA幅頻曲線；

11保留幅頻特性數(shù)據(jù)，指標(biāo)。

3測量誤差及數(shù)據(jù)處理

3.1粗值剔除

常用的粗值剔除有3σ〔拉依達(dá)〕準(zhǔn)那么、肖維勒〔Chauvenet〕準(zhǔn)那么、格拉布斯〔Grubbs〕準(zhǔn)那么。經(jīng)過比擬可以發(fā)現(xiàn)，3σ準(zhǔn)那么辦法簡單，但不夠嚴(yán)格，一般用于數(shù)據(jù)較多〔n>30〕時(shí)；肖維勒準(zhǔn)那么考慮了觀測次數(shù)的影響，判別較嚴(yán)格；而格拉布斯準(zhǔn)那么既考慮了觀測次數(shù)，又考慮了不同水平，鑒別能力強(qiáng)，值得推薦[7]。

上述三種辦法可以統(tǒng)一用下式表示：

當(dāng)時(shí)，該數(shù)據(jù)應(yīng)舍棄。

式中：