數據通信設備ATS的設計與實現

摘 要： 傳統的測控儀器多以硬件或固化的軟件為主，已不能滿足現代科技發展的需要，虛擬儀器的概念應運而生。針對這一現狀，描述了一個基于Agilent TestExec SL的自動測試系統的設計。提出ATS設計采用的四種模式，并分析了各種模式的特點以及適用的場合；對基于Agilent TestExec SL的測試設計進行了詳細闡述。設計充分利用了Test Exec SL測試平臺可利用的資源，體現出基于該測試平臺開發的高效性、靈活性，測試的可重用性以及測試邏輯與測試操作分離的特點。

關鍵詞： TestExec SL測試平臺； 自動測試系統； 虛擬儀器； 系統設計

中圖分類號： TN915.05?34； TM417 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）13?0067?05

Abstract： The traditional measurement and control instrument is unable to meet the demand of the development of modern science and technology due to its main structure of hardware or fixed software， so the concept of virtual instrument came into being. Aiming at this situation， the design of an automatic test system （ATS） based on Agilent TestExec SL is described. Four modes of ATS design are put forward， and their characteristics and applicable occasions are analyzed. The test design based on Agilent TestExec SL is described in detail. The design takes full advantage of the available resource of TestExec SL test platform， which can reflect the characteristics of high efficiency and flexibility of using the test platform， reusability of the test， and separation of test logic and test operation.

Keywords： TestExec SL test platform； ATS； vitual instrument； system design

越來越復雜的測試條件、高度自動化的工業化大生產迫切需要功能更強大、成本更低廉、系統更靈活的新一代測試儀器[1]。從模擬技術向數字技術的過渡、從單臺儀器向多種功能儀器組合過渡、從完全由硬件實現儀器功能向軟硬件結合方向過渡、從簡單的功能組合向以個人計算機為核心的通用虛擬測試平臺過渡，從硬件模塊向軟件包形式過渡，代表了今后電子儀器的發展方向。

1 基于Agilent TestExec SL的ATS設計

1.1 系統描述

本系統基于Agilent TestExec SL自動測試平臺，運行于PC機的數據通信設備自動測試系統。系統包括PC機、測試儀器與被測設備，通過PC機控制儀器自動對連接的設備的參數進行測量，并對反饋數據進行匯總、統計和分析[2]。主要實現以下功能：

（1） 數據通信設備自動測試系統通過GPIB總線與通用測量儀器相連，完成儀器的管理與控制、測試計劃庫管理、測試計劃控制與運行、數據存儲管理、數據分析、記錄打印等功能[3]。

（2） 實現對以下幾種設備參數指標的自動測量：地面站雜散抑制度；地面站飽和輸出功率；地面站功率穩定度；地面站功率準確度；地面站頻率準確度；地面站頻率穩定度；地面站幅頻特性。

1.2 系統設計

（1） 系統結構

ATS為基于PC的單機獨立運行系統，不使用網絡環境，所有程序及數據信息均保存在本地。系統功能結構如圖1所示。其中數據庫子系統、用戶管理模塊、系統配置模塊、指令集模塊以及測試計劃管理模塊屬于系統管理模塊，真正執行測試工作的是Testplan，系統通過測試計劃管理模塊管理并運行Testplan。

系統中大部分信息的讀取和保存由數據庫子系統負責提供操作服務，這些信息用于保存系統的當前配置、狀態及系統使用的歷史記錄，主要內容有：用戶信息、系統配置信息、儀器指令集信息、系統使用記錄信息、測試計劃庫，測試計劃信息、測試運行記錄信息。

（2） 用戶管理

參與本系統操作的有三種角色：系統管理員、測試開發工程師、測試操作工程師，對這三者分別賦予各自的權限，而實際的用戶可以同時身兼三種角色[4]。用戶信息包含用戶名、密碼、權限、用戶描述信息等，信息經加密保存在數據庫中。

（3） 測試管理

Testplan在TestExec SL環境中可以直接運行，但做為產品的自動測試系統，Testplan的運行應置于自動測試系統的統一管理之下[5]。首先，建立測試計劃庫；其次，為Testplan的一個運行實例建立一個測試工程，測試工程用于保存Testplan使用的參數和配置信息；再者，Testplan的維護分為兩部分，一部分在系統中完成，對Testplan進行維護應盡可能在系統內完成以簡化Testplan維護過程；另一部分由測試開發工程師在TestExec SL開發環境中進行修改、調試，再重新加載到系統中。

（4） 指令集

指令集對Action來說不是必需的，Action使用指令集依照以下規則：內部提供一套缺省的指令集（一般是某種儀器實際的指令），在無法獲取系統提供的指令集信息或系統不為Testplan提供指令集時使用，這樣做的目的是為了Testplan可以離開系統獨立運行，最大程度的提高Testplan的可重用性。系統為Testplan提供指令集時，應使用該指令集[6]。

2 測量方法設計

2.1 地面站雜散抑制度

2.1.1 測量方法

儀器：功率計：HP436或HP437B；頻譜分析儀：Agilent8563EC（9 kHz～26.5 GHz）；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；

（2） 用一調制器發出一個未調制載波，將功率計接在衛星地面站系統射頻輸出監測口，確認該未調制載波電平為正常EIRP；

（3） 取下功率計，接入頻譜分析儀；

（4） 設置頻譜分析儀，起始頻率為5 925 MHz（或14 000 MHz），終止頻率為6 425 MHz（或14 500 MHz），分辨帶寬為3 kHz，視頻帶寬和掃描時間為合適值；

根據測量計算公式計算出雜散輻射EIRP；

（6） 觀察是否存在單頻信號。如果存在，關閉載波并檢查該載波是否消失，如果消失則認為與載波有關，如果不消失則認為與載波無關。

雜散抑制度是比值，單位為dB。

2.1.2 測試計劃

（1） 輸入輸出

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

（2） 測量操作建模

測量活動圖如圖3所示，本活動圖描述的是一次參數測量過程。

2.2 地面站飽和輸出功率

2.2.1 測量方法

儀器：射頻信號源、功率計。

飽和輸出功率測量原理框圖，如圖4所示。測量步驟如下：

（1） 自動測試儀器連接是否正常；

（2） 設置射頻信號源和功率計工作參數，若需要，把DUT內部衰減器置零或最??；

（3） 程序不斷讀取功率計測量值到輸出飽和判決數組（數組循環使用），同時控制射頻信號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束；

（4） 進行多次測量并記錄相應的飽和輸出功率電平

（5） 計算飽和輸出功率

2.2.2 測試計劃

（1） 輸入輸出

儀器/設備：射頻信號源；頻率計。需要設置的參數：初始輸出功率、信號遞增步長、輸出飽和判決標準、輸出飽和判決數組長度。輸出參數：飽和輸出功率。

（2） 測量操作建模

飽和輸出功率測量活動圖，如圖5所示。

2.3 基于參數權值的啟發式模糊測試平臺實現

2.3.1 測量方法

儀器：功率計，計算機。功率穩定度測量原理框圖，如圖6所示。

測量步驟如下：

（1） 自動測量儀器是否連接正常；

（2） 控制信號源發送未調制純載波信號，設定信號頻率，設置信號功率電平為工作電平；

（3） 根據設定的總測試時間。從功率計中讀數，每間隔10 min讀數一次（也可以設置讀數間隔時間），并記錄；

（4） 記錄數據的同時對數據進行所需的處理；

（5） 輸出保存所需結果。

2.3.2 測試計劃

（1） 輸入輸出

儀器/設備：功率計；需要設置的參數：發信電平、測試總時間、讀數間隔；輸出參數：穩定度和準確度。

（2） 測量操作建模步驟如下：

① TestPlan參數設置（）；

② 連接狀態檢查（）；

③ 判斷儀器連接是否正常，如果正常，則進入第④步；如果不正常，則異常處理，結束；

④ 設置功率計度數總時間；

⑤ 設置功率計度數間隔時間；

⑥ 判斷儀器反應是否正常，如果正常，則進入第⑦步；如果不正常，則異常處理，結束；

⑦ 計時，計數讀取；

⑧ 判斷計時截止或者人為截止，如果是，則進入第⑨步；如果不是，則異常處理，結束；

⑨ 數據處理（）；

⑩ 輸出結果，結束。

2.4 頻率穩定度與準確度

2.4.1 測量方法

儀器：頻率計，計算機。

頻率穩定度、準確度測量原理框圖，如圖7所示。

測量步驟如下：

（1） 自動測量儀器是否連接正常；

（2） 控制信號源發送未調制純載波信號，設定信號電平，設置信號頻率為工作頻率；

（3） 根據設定的總測試時間從頻率計中讀數，每間隔10 min讀數一次（也可以設置讀數間隔時間）并記錄讀數；

（4） 記錄數據的同時對數據進行所需的處理；

（5） 輸出保存所需結果。

2.4.2 測試計劃

（1） 輸入輸出

儀器/設備：頻率計；需要設置的參數：發信頻率、測試總時間、讀數間隔；輸出參數：穩定度和準確度。

（2） 測量操作建模步驟如下：

① TestPlan參數設置（）；

② 連接狀態檢查（）；

③ 判斷儀器連接是否正常，如果正常，則進入第④步；如果不正常，則異常處理，結束；

④ 設置功率計度數總時間；

⑤ 設置功率計度數間隔時間；

⑥ 判斷儀器反應是否正常，如果正常，則進入第⑦步；如果不正常，則異常處理，結束；

⑦ 設置信號源電平、頻率；

⑧ 判斷儀器反應是否正常，如果是，則進入第⑨步；如果不是，則異常處理，結束；

⑨ 計時，計數讀數；

⑩ 判斷計時截止或者人為截止，如果是，則進入第11步；如果不是，則進入第⑨步；

11 輸出結果，結束。

2.5 地面站幅頻特性

2.5.1 測量方法

儀器：網絡分析儀。幅頻特性測量原理框圖，如圖8所示。

測量步驟如下：

（1） 自動測試儀器連接是否正常；

（2） 設置網絡分析儀輸出的掃描頻率范圍，選擇合適的發信電平；

（3） 如果需要，設置DUT的輸出頻率和電平；

（4） 設置網絡分析儀的接收頻率和電平；

（5） 從網絡分析儀上讀取幅頻特性曲線的信息；

（6） 計算某頻率范圍內的幅頻特性指標。

幅頻特性測量指標為：在“中頻±掃描帶寬”范圍內幅度均值±方差。

2.5.2 測試計劃

（1） 輸入輸出

儀器/設備：網絡分析儀；需要設置的參數：掃頻頻帶、發信電平、參考電平；輸出參數：幅度頻率特性曲線。

（2） 測量操作建模步驟如下：

① TestPlan參數設置（）；

② 連接狀態檢查（）；

③ 判斷儀器連接是否正常，如果正常，則進入下一步；如果不正常，則異常處理，結束；

④ 設置NA掃描范圍；

⑤ 判斷儀器反應是否正常，如果正常，則進入下一步；如果不正常，則記錄日志，提示異常，結束；

⑥ 設置NA輸出電平；

⑦ 判斷儀器反應是否正常，如果正常，則進入下一步；如果不正常，則記錄日志，提示異常，結束；

⑧ 設置NA接收頻率；

⑨ 判斷儀器反應是否正常，如果正常，則進入下一步；如果不正常，則記錄日志，提示異常，結束；

⑩ 讀取NA幅頻曲線；

11 保存幅頻特性數據，指標。

3 測量誤差及數據處理

3.1 粗值剔除

常用的粗值剔除有3σ（拉依達）準則、肖維勒（Chauvenet）準則、格拉布斯（Grubbs）準則。經過比較可以發現，3σ準則方法簡單，但不夠嚴格，一般用于數據較多（n>30）時；肖維勒準則考慮了觀測次數的影響，判別較嚴格；而格拉布斯準則既考慮了觀測次數，又考慮了不同水平，鑒別能力強，值得推薦[7]。

上述三種方法可以統一用下式表示：

當時，該數據應舍棄。

式中：為實測值；為實測均值；為標準差；為由不同準則給出的系數，當采用準則時，取。當采用肖維勒準則或格拉布斯準則時，按照系數表取值。

3.2 計算步驟

（1） 計算輸入數據，數據最大/最小值以及測試時間內數據數學期望和方差，剩余誤差。

（2） 數據的輸出是要最為原始的數據還是要經過處理的數據，這里的處理主要是去除粗值。首先將直接讀取數據保留。如果選擇直接輸出，則是輸出直接讀取的數據；如果要進行過處理的數據，需要設置，是否還要將直接數據報表輸出，這里提供三種剔除粗值的方法：

① 拉依達準則（建議在N>30）；執行第（3）步；

② 肖維勒準則，一般N<30；執行第（4）步；

③ 格拉布斯準則，N<30。執行第（4）步[6]。

（3） 拉依達準則k=3。

（4） 肖維勒準則或格拉布斯準則查表確定值。

（5） 判定如果；則剔除；然后組成新的數據，執行第（1）步；否則，輸出。

4 結 論

虛擬儀器利用目前計算機快速的處理能力，結合相應的硬件，克服了傳統儀器在數據處理、顯示、傳送、存放方面能力的不足，給儀器領域帶來了革命性的變化。本文描述了一個基于Agilent TestExec SL的自動測試系統的分析、設計方案，論述了該方案的特點和優點，同時給出各種指標的含義、測量方法以及實際的測量解決方案。通過分析測量誤差的處理，為相關研究提供重要的參考案例，解決了系統成本、體積和兼容性的問題。

參考文獻

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[3] 郭偉.數據通信設備的自動化測試及實施方案[J].數字化用戶，2014（2）：45?46.

[4] 支廣潮，曾鋒，劉蕙.基于BACnet/IP的設備與實時數據庫通信實現[J].計算機應用，2014（z2）：45?47.

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[6] 王汝言，王鵬，張炎.一種基于ABBET的通信設備RFATS架構[J].自動化與儀表，2013（11）：16?19.

[7] 袁志明，方力一.基于Paxos算法的ATS數據分布式存儲模型[J].鐵道通信信號，2012，48（12）：5?8.