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基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

關(guān)鍵字:虛擬儀器設(shè)計(jì),虛擬儀器儀表,虛擬儀器開發(fā),USB虛擬儀器,基于PC的虛擬儀器

基于虛擬儀器技術(shù)的短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

　　陜西海泰電子公司系統(tǒng)集成部 寇小明

　　描述了如何采用基于虛擬儀器技術(shù)快速方便的開發(fā)短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),與傳統(tǒng)儀器測(cè)試平臺(tái)相比,，測(cè)試效率更高,，體積更小

　　傳統(tǒng)的電臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)采用以無線電綜合測(cè)試儀為中心搭建或采用分立儀器搭建,、手動(dòng)測(cè)量,，這種方法成本高,、自動(dòng)化程度低,、擴(kuò)展性差,。因此需要尋求一種解決方案,，實(shí)現(xiàn)高度集成化,、可擴(kuò)展的測(cè)試系統(tǒng)。本文描述了如何采用基于虛擬儀器技術(shù)快速方便的開發(fā)短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),。開發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)滿足短波電臺(tái)的測(cè)試規(guī)范,，與傳統(tǒng)儀器測(cè)試平臺(tái)相比，測(cè)試效率更高,，體積更小,。此外具有很好的可擴(kuò)展性，開發(fā)工作周期也大大縮短,。

　　測(cè)試背景

　　短波單邊帶通信電臺(tái)通常由收發(fā)信機(jī),、天線調(diào)諧器、控制盒,、安裝架,、連接電纜,，配套的耳機(jī)、話筒,、電鍵,、通信控制器、天線以及一些選件組成,，工作頻率范圍為2～30MHz,，短波單邊帶通信電臺(tái)的大部分技術(shù)指標(biāo)是針對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)提出的，在GB/T 6933 -1995中對(duì)短波單邊帶發(fā)射機(jī)定義了27項(xiàng)電性能及其測(cè)量方法,，需要16個(gè)獨(dú)立的測(cè)試儀器,；在GB/T 6934-1995中對(duì)短波單邊帶接收機(jī)定義了24項(xiàng)電性能及其測(cè)量方法，需要13個(gè)獨(dú)立的測(cè)試儀器,。

　　不同種類的電臺(tái)在不同的測(cè)試等級(jí)下測(cè)量項(xiàng)目也不盡相同,，用戶還可能要求增加其他測(cè)量項(xiàng)目，如收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間,、發(fā)收轉(zhuǎn)換時(shí)間,、靜噪開啟時(shí)延、靜噪滯后時(shí)延,、發(fā)射保護(hù)等,。

　　短波通信電臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)在電臺(tái)具備外部控制接口時(shí)采用全自動(dòng)方式，在電臺(tái)不具備外部控制接口時(shí)采用半自動(dòng)方式,，要求的單項(xiàng)測(cè)試速度不大于10秒鐘,，單臺(tái)測(cè)試時(shí)間不超過10分鐘，而系統(tǒng)中不同的測(cè)試項(xiàng)目有各自的測(cè)量?jī)x器和連接方式,，為了在生產(chǎn)線上提高測(cè)試效率,，必須采用自動(dòng)測(cè)試技術(shù)，自動(dòng)選擇測(cè)試設(shè)備,、自動(dòng)連接測(cè)試設(shè)備,、自動(dòng)產(chǎn)生激勵(lì)并測(cè)量響應(yīng)，系統(tǒng)還應(yīng)有較高的可靠性,、電磁兼容性和易于維護(hù),。

硬件系統(tǒng)構(gòu)成

　　短波通信電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、虛擬儀器機(jī)箱,、接口適配器和電源部件組成,，組成框圖如圖1所示。主控計(jì)算機(jī)通過NI公司MXI-4卡,，使用PCI橋接技術(shù)對(duì)PXI-1010機(jī)箱進(jìn)行控制,，PXI-1010有6個(gè)PXI模塊和2個(gè)SCXI模塊，可根據(jù)測(cè)試需要擴(kuò)展儀器模塊。接口適配箱實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)理和分接,。

　　圖1 短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)框圖

　　短波電臺(tái)測(cè)試需要使用頻譜分析儀,、功率計(jì)和頻率計(jì)，需要測(cè)量功率譜,、峰值功率,、峰值頻率、帶內(nèi)功率,、鄰道功率,、帶寬、3D譜圖等參數(shù),。我們采用PXI-5620配合使用Spectral Measurements Toolkit實(shí)現(xiàn),。Spectral Measurements Toolkit是一個(gè)頻譜測(cè)量工具包，具有細(xì)化譜分析和頻率搜索能力,，并可以進(jìn)行模擬調(diào)制,、解調(diào)以及IQ數(shù)字解調(diào)。

　　PXI-5421配合Modulation Toolkit,，在系統(tǒng)中作為射頻信號(hào)發(fā)生器,，可以產(chǎn)生各種格式的射頻信號(hào)。由于部分測(cè)試項(xiàng)目需要兩路射頻輸入,，系統(tǒng)中配置了2塊,。另外配備程控衰減器，對(duì)接收機(jī)輸入靈敏度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,。Modulation Toolkit是一個(gè)調(diào)制工具包,，具有AM、FM,、PM模擬調(diào)制模式和FSK,、MSK、GMSK,、PSK,、QAM數(shù)字調(diào)制模式，還具有強(qiáng)大的3D眼圖功能,，可以測(cè)量調(diào)制誤差,、相位誤差,、頻率偏差,、誤碼率和并發(fā)定時(shí)；還可以對(duì)DC偏置,、IQ,、增益不平衡、積分傾斜等邊界條件進(jìn)行測(cè)量,。

　　為了產(chǎn)生和測(cè)量音頻信號(hào),，系統(tǒng)中配備了一塊PXI-4461高精度音頻信號(hào)采集與產(chǎn)生模塊,，它具有兩個(gè)同步采集模擬輸入通道和兩個(gè)同步采集模擬輸出通道。該模塊在系統(tǒng)中作為音頻信號(hào)發(fā)生器,、音頻電壓表和音頻頻譜分析儀,，能完成音頻電壓測(cè)量、音頻頻率測(cè)量,、SINAD測(cè)量,、SNR測(cè)量、失真度測(cè)量,、音頻動(dòng)態(tài)信號(hào)分析,、音頻信號(hào)發(fā)生等多種AF測(cè)試功能。

為了對(duì)收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間,、靜噪開啟時(shí)延,、靜噪釋放時(shí)延等參數(shù)的測(cè)試，以及對(duì)RF和AF動(dòng)態(tài)波形進(jìn)行觀測(cè),，系統(tǒng)中配備了PXI-5112高速數(shù)字化儀,，它和NI-SCOPE示波器軟件配合工作，在系統(tǒng)中作為示波器使用,。

　　PXI-6259一方面用來對(duì)SCXI機(jī)箱進(jìn)行控制和掃描,，另一方面用于系統(tǒng)自檢和狀態(tài)監(jiān)視，同時(shí)利用DIO接口可以連接電臺(tái)控制接口和遙控接口等,，提供通信的數(shù)字信號(hào),，以實(shí)現(xiàn)在全自動(dòng)方式下對(duì)電臺(tái)的自動(dòng)測(cè)試控制。

　　測(cè)試規(guī)范中規(guī)定不同的測(cè)試項(xiàng)目需要多臺(tái)儀器按規(guī)定的測(cè)量方法進(jìn)行連接,，有部分項(xiàng)目需要連接外部的輔助部件,，它們涉及射頻、音頻通道特性,，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇測(cè)試儀表,，設(shè)置工作模式，自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)接和切換,，系統(tǒng)中配備了射頻開關(guān)模塊和通用開關(guān)模塊,。射頻開關(guān)模塊選用SCXI-1193，SCXI-1193既可以用作多組多路復(fù)用器,，也可以作為多組稀疏矩陣開關(guān)使用,。其帶寬為500MHz，適合于高頻的測(cè)試,。

　　通用開關(guān)模塊選用SCXI-1166,，該模塊具有32路開關(guān)，適合高電流切換、路由和控制的應(yīng)用,。SCXI-1166用于除射頻通道外的其他通道的控制,，如音頻通道、發(fā)射保護(hù),、系統(tǒng)供電等,。

　　程控電源選用Agilent公司可編程電源，主要用于給被測(cè)電臺(tái)提供電源,，同時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率的測(cè)試和保護(hù),。該電源的控制通過GPIB-USB模塊完成。

　　應(yīng)用軟件構(gòu)成

　　短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)LabVIEW,，按照用戶技術(shù)要求和GB/T 6933-1995,、GB/T 6934-1995中規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試方法控制系統(tǒng)硬件，進(jìn)行模式設(shè)置,、控制激勵(lì)輸出和采集測(cè)試數(shù)據(jù),，進(jìn)行處理，得到電臺(tái)的性能指標(biāo),，其主要框圖如圖2所示,。

　　圖2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成框圖

　　系統(tǒng)應(yīng)用軟件界面如圖3所示，各模塊主要功能為：短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用軟件為系統(tǒng)的人機(jī)接口,，管理整個(gè)測(cè)試系統(tǒng),；自檢/校準(zhǔn)軟件完成對(duì)虛擬儀器硬件的自檢，并實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn),；測(cè)試管理軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能指標(biāo)的測(cè)試,，實(shí)現(xiàn)測(cè)試項(xiàng)目選擇、參數(shù)設(shè)置,、儀器控制,、采集與處理、分析和顯示等功能,；數(shù)據(jù)管理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的管理,；系統(tǒng)維護(hù)軟件包括儀器管理、數(shù)據(jù)庫維護(hù)和測(cè)試診斷,，在線幫助用于對(duì)用戶進(jìn)行在線操作指導(dǎo),。

　　圖3 用戶界面

　　基于虛擬儀器技術(shù)所開發(fā)的應(yīng)用軟件具有良好的人機(jī)界面、可維護(hù)性和二次開發(fā)能力,，可以有效地縮短程序開發(fā)的工作量,，極大地縮短開發(fā)時(shí)間，只需要對(duì)程序做少量的改動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)新的功能和要求,，從而可以滿足不同階段,，不同種類的電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試的需要,，二次開發(fā),、功能擴(kuò)展極為方便,。

　　結(jié)論

　　表1反映了采用虛擬儀器前后短波電臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)的變化。通過選用基于虛擬儀器的短波電臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),，使得測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和測(cè)試精度得到了極大的提高,，減少了人為操作引起的誤差，通過在生產(chǎn)線上使用有效地提高了生產(chǎn)和檢測(cè)的效率,，通過系統(tǒng)配置和適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展,，可以適應(yīng)多種不同類型電臺(tái)的測(cè)試需要。

　　表1 性能比較