基于SCPI的運載火箭遙測系統(tǒng)自動測試平臺設計

張元明，姚 迪，顏曉明

(上海宇航系統(tǒng)工程研究所，上海 201109)

基于SCPI的運載火箭遙測系統(tǒng)自動測試平臺設計

張元明，姚 迪，顏曉明

(上海宇航系統(tǒng)工程研究所，上海 201109)

針對目前火箭遙測系統(tǒng)專屬測試設備操作復雜、通用性差等特點，提出一種基于SCPI指令的虛擬儀器智能測試方案，利用SCPI指令完成程序?qū)χ悄茉O備的輸出控制，結合TCP/IP通信技術、數(shù)據(jù)庫訪問技術以及在LabVIEW程序中完成Excel動態(tài)存儲技術等，實現(xiàn)了火箭遙測系統(tǒng)電性能自動測試、閉環(huán)測試、在線監(jiān)測等功能，測試結果表明，測試平臺極大地提高了系統(tǒng)測試效率，測試數(shù)據(jù)可靠性好，可滿足運載火箭遙測系統(tǒng)電性能測試工作，具有較好的推廣價值。

SCPI；自動測試；LabVIEW；遙測系統(tǒng)

0 引言

隨著我國運載火箭進入密集發(fā)射時期，亟需一種快速、可靠的測試手段滿足火箭當前大量電氣測試工作的需求。運載火箭遙測系統(tǒng)負責整個運載火箭各系統(tǒng)輸出信號的測量工作，由于外系統(tǒng)測量信號輸出設備及信號輸出方式不同，所以遙測系統(tǒng)要具備多種類型信號測量的能力，使用專用測試設備的方法迫使測試人員頻繁的更換測試設備、重復調(diào)節(jié)信號輸出，已嚴重影響系統(tǒng)測試進度[1]。因此希望通過對基于SCPI的自動測試平臺的開發(fā)解決這一問題，自動化測試平臺以Agilent智能設備為基礎，通過SCPI語言控制D/A輸出、數(shù)字函數(shù)發(fā)生器以及開關矩陣等設備模擬外系統(tǒng)信號輸出，經(jīng)遙測系統(tǒng)箭上設備采集后由測量車將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳回自動測試平臺，實現(xiàn)測試閉環(huán)。

1 平臺總體設計

系統(tǒng)總體設計思路是在現(xiàn)有測試設備(信號發(fā)生裝置、示波器、矩陣開關、程控D/A等)基礎上，配合虛擬儀器技術實現(xiàn)遙測系統(tǒng)箭上信號自動測試[2]，系統(tǒng)基本功能包括以下五個方面：

1)程序模擬外系統(tǒng)待測量信號輸出；

2)實現(xiàn)系統(tǒng)自動切換測量回路；

3)與外系統(tǒng)間阻抗匹配；

4)測試信號(源信號)采集與存儲；

5)測試信號自動判讀。

系統(tǒng)主要技術指標要求模擬外系統(tǒng)信號輸出精度小于±0.5%，采集信號可用于事后回放，針對上述系統(tǒng)主要功能及技術指標，設計系統(tǒng)實現(xiàn)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)實現(xiàn)框圖

2 測試平臺組成及工作原理

自動測試平臺測試方案如圖2所示，為統(tǒng)一底層通訊模式，測試平臺底層通訊均采用TCP/IP協(xié)議方式，各參試設備事先設置好IP地址，測試平臺軟件通過LAN總線方式將SCPI指令送出，函數(shù)發(fā)生器、程控D/A輸出等執(zhí)行設備收到SCPI指令后輸出信號，開關矩陣組合在SCPI指令控制下將信號路由至目標接入點，信號輸出后經(jīng)過信號轉(zhuǎn)接盒完成阻抗匹配及目標隔離，最終到達待測遙測設備信號接點，遙測系統(tǒng)箭上采集發(fā)射組合設備將信號以無線信號的形式發(fā)送至自由空間，待遙測測量車接收并解調(diào)無線信號后將遙測系統(tǒng)測試結果經(jīng)LAN總線回傳至自動平臺測試程序，完成對信號的閉環(huán)測試。

圖2 測試平臺結構

3 測試實例

上位機軟件采用LabVIEW開發(fā)，平臺軟件主要模塊包括：(1)數(shù)據(jù)庫訪問：使用ACCESS數(shù)據(jù)庫，在LabVIEW導入LabSQL組件，通過調(diào)用ADO Connection Creat.vi、ADO Connection Open.vi、ADO SQL Execute.vi完成數(shù)據(jù)庫對象創(chuàng)建、連接打開、以及數(shù)據(jù)庫具體的操作(如查詢、插入、刪除等)[3]，程序?qū)⑷縎CPI指令存放在ACCESS數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)測試流程安排，從數(shù)據(jù)庫中依次取出SCPI指令，實現(xiàn)各測試設備同步可控執(zhí)行。(2) SCPI指令通信： SCPI指令發(fā)送是通過調(diào)用VISA函數(shù)庫函數(shù)完成的，VISA函數(shù)庫是儀器編程標準I/O函數(shù)及其相關規(guī)范的總稱，適用于多種通信機制，通過VISA READ、VISA WRITE 可以完成SCPI指令發(fā)送[4-5]。(3)TCP/IP通信：在LabVIEW 應用軟件中直接調(diào)用TCP 模塊完成流程編寫[6]，測試平臺向遙測測量車發(fā)送請求，測量車根據(jù)請求將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡回傳給測試平臺。

以遙測系統(tǒng)中脈沖分頻器測試為例進行說明：

圖3 脈沖分頻器測試原理圖

如圖3所示，LabVIEW主程序產(chǎn)生測試任務后從數(shù)據(jù)庫中取出相應SCPI指令，指令經(jīng)以太網(wǎng)送至信號輸出設備執(zhí)行，經(jīng)短延時后程序發(fā)出SCPI開關動作指令，信號經(jīng)轉(zhuǎn)接盒送至待測設備輸入端，主要SCPI指令[7]執(zhí)行過程如下：

ROUT:OPEN :ALL 1 //測試前斷開安裝在Slot 1上設備的全部開關，防止誤導通。

ROUT:CLOS(@1001,1002) //閉合開關s1001、1002將示波器，波形發(fā)生器接入測試通路

ROUT:CLOS(@1003) //閉合開關s1003，接通遙測分頻變換器信號接入點

:APPL:SIN xxx.000000E+0 HZ,x.x00000E+0 VPP，0.000000E+0 V

//波形發(fā)生器輸出xxx HZ，峰峰值為xxx mv的正弦信號，程序中此處有軟件延時10ms，待設備輸出穩(wěn)定。

：SING；：TRIGger：SWEep NORM；：CHAN2:DISP ON；

：CHAN2 OFFSet 0；：TIM:POS 0；：CHAN2:SCAL xxxx；

：TIM:SCAL xxx；：TRIG:LEV xxx

//打開示波器2通道，并設置Y軸，時間軸分度值及出發(fā)電壓等屬性，程序中此處有軟件延時10 ms，待示波器抓取波形。

：WAVeform:SOURce CHAN2；

：WAVeform；：FORM ASC；

：WAVeform:POINts 2000；

：WAVeform：DATA?

//設置波形數(shù)據(jù)源通道、數(shù)據(jù)格式、有效點數(shù)，并取回波形數(shù)據(jù)

4 測試結果

自動測試平臺主界面如圖4所示，左側(cè)為測試流程信息，主要顯示當前各智能設備在SCPI指令控制下的動作情況，右側(cè)將各測試信號與Bool開關表示，當測試過程中測試結果超出誤差范圍時開關變?yōu)榧t色，警示用戶測試過程出錯，測試正常情況下Bool開關為綠色，右下方為示波器回傳波形數(shù)據(jù)經(jīng)LabVIEW軟件二次制圖結果。

圖4 自動測試平臺測試界面

信號測試結果及監(jiān)視波形獲取后，在LabVIEW主程序中使用ActiveX技術訪問Excel的屬性(properties)和方法(methods)，即對Excel的層次對象包括應用程序(Application)、工作簿(Workbooks)、工作表(Worksheets)、單元格(Cell)等進行操作[8]，完成測試數(shù)據(jù)寫入。Excel文件中寫入的數(shù)據(jù)包括輸出理論值、遙測測量車回傳值，示波器監(jiān)測波形數(shù)據(jù)及測試結果等，圖5為利用excel將波形數(shù)據(jù)作圖后效果：

圖5 測試結果及數(shù)據(jù)

5 結束語

自動化測試平臺充分利用了數(shù)據(jù)庫可在線讀寫的特點，將SCPI語句寫入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)測試過程全自動化，省去了中間手動更換測試臺及調(diào)節(jié)信號輸出的時間，并且測試平臺可以通過接收測量車回傳數(shù)據(jù)，使測試過程從傳統(tǒng)的開環(huán)測試變?yōu)殚]環(huán)測試，變?nèi)斯づ凶x為自動判讀，提升了遙測系統(tǒng)自動化測試水平。測試平臺在測試數(shù)據(jù)存儲方面采用excel文件存儲數(shù)據(jù)，并將測試平臺輸出波形進行在線監(jiān)測并存儲，當測試發(fā)生問題時，可以根據(jù)示波器監(jiān)視結果快速定位問題來源，實現(xiàn)故障過程回放。測試平臺在運載火箭遙測系統(tǒng)電性能測試上的應用，提高了系統(tǒng)的智能化測試水平和數(shù)據(jù)完整性，遙測系統(tǒng)單臺測試用時由原始的2 h縮短至十幾分鐘，具有一定的實用參考價值。

[1] 高 宇，朱秋明，羅艷強.遙測設備自動測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2010，9，25(5):672-676.

[2] 陳佳濱.基于可編程儀器的衛(wèi)星天線測試系統(tǒng)的研究與設計[J].南京郵電大學學報，2012，8，32(4):38-39.

[3] 唐 波，潘紅兵，趙以順,等.在LabVIEW環(huán)境下基于ADO技術和SQL語言的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)[J].儀器儀表學報，2007，28(4):227-229.

[4] 蔣 薇，張曉波，賴青貴.基于LabVIEW的儀器通信技術研究[J].計算機測量與控制，2013，21(4):1030-1032.

[5] 雷震山，魏 麗，趙晨光.LabVIEW高級編程與虛擬儀器工程應用[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[6] 卞 娜，侯維巖.基于LabVIEW的無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)控軟件[J].測控技術，2012，31(2)：31-34.

[7] Agilent Technologies. Agilent technologies VISA user’s Guide[Z]. 2001.

[8] 陳金蘭，張家精，陳 松. 基于ActiveX控件的LabVIEW動態(tài)控制Excel多工作表數(shù)據(jù)顯[J].淮北師范大學學報(自然科學版)，2013，12，34(4):72-76.

Design of Automatic Test Platform in Carrier Rocket Telemetering System Based on SCPI

Zhang Yuanming, Yao Di, Yan Xiaoming

(Shanghai Institute of Aerospace System Engineering，Shanghai 201109，China)

In view of the equipments which Telemetering System used were excluded and complicated，an Automatic Test Platform based on SCPI was designed for the electrical performance test in Telemetering System，which make the best use of the intelligent instruments’ analysis capabilities on SCPI commander to realize the control of the outputs，combining with the TCP/IP、Database and Excel storage technology in LabVIEW，the Telemetering System test platform has realized automatic testing、closed loop testing and on-line monitoring. The application shows that this test method can greatly improve the efficiency of the system test，the test results are reliable to meet the system’s requirements. It is worthy using widely.

SCPI; automatic test; LabVIEW; telemetering system

2016-10-24；

2016-11-24。

張元明(1986-)，男，系統(tǒng)工程師，主要從事運載火箭測量系統(tǒng)設計方向的研究。

1671-4598(2017)03-0001-02

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.03.001

TP273

A