北斗射頻模塊自動測試的設計與實現

秦麗嫻，彭　歡，陳　鵬

(1.衛星導航系統與裝備技術國家重點實驗室，河北 石家莊 050081；2.中國兵器裝備集團航空制導彈藥研發中心，湖南 長沙 410100；3.中國人民武裝警察部隊河北武警總隊第一支隊，河北 石家莊 050081)

0　引言

北斗衛星導航系統是中國獨立發展、自主運行，并與世界其他衛星導航系統兼容互用的全球衛星導航系統，是中國國家安全、經濟和社會發展不可或缺的重大空間信息基礎設施[1]。

北斗射頻模塊作為北斗用戶機的關鍵部件，主要作用為放大北斗天線在天空中接收到的微弱信號，降低來自自然界的噪聲干擾，提高接收北斗信號的靈敏度，以便系統準確解調出所需的數據信息[2]。現階段北斗射頻模塊的測試主要依賴手動測試，即測試人員將待測品和測試設備連接好之后，通過手動設定要測試的性能指標以及附加限制條件，才能開始測試。測試完成后，還要將測試結果手動記錄并錄入到計算機上統計匯總。整個過程真正的測試時間可能就10 min，而設置測試環境和記錄數據卻占用了3 min的時間。

鑒于北斗射頻模塊在北斗導航中的重要地位，所以如何快速、精準地測量其指標參數成為當前測試領域尤為重要的問題。北斗射頻模塊自動化測試系統[3]的設計與實現，可使測試者輕觸鼠標或Android終端立即完成待測品的測試，并自動將測試[4]數據以Excel方式存儲，從而為測試人員節省了大量的時間，大大提高了測試效率。

1　需求分析

自動測試系統[5]是指在人很少參與的情形下，自動進行量測[6]、處理數據信息，并以合適的方式輸出結果的系統[7]。不同的領域會有不同的自動測試系統，但一般都是使用計算機代替人工勞動的活動。

北斗射頻模塊的自動測試系統是取代傳統測試系統，用計算機遠程控制各種測試儀器進行大規模、多數量測試的系統。該系統的成功研制將極大地解決測試者繁重的手工測試工作，提高北斗射頻模塊測試的效率和準確率。

從北斗射頻模塊測試員的角度進行分析，自動測試系統是用來測試射頻模塊性能，并完成記錄模塊測試結果的軟件平臺，該自動測試系統應具備以下功能：

① 啟動界面：系統的引導模塊，主要實現各個模塊的瞬時加載，并承載了軟件的美觀性設計；

② 二維碼掃描：作為系統功能的擴充，主要幫助實現記錄卡的模塊編號自動錄入；

③ 模擬測試：分塊顯示各類測試選項(單項測試、自選測試、全部測試)，實現用戶需求的針對性測試。

2　總體設計

2.1　硬件構成

北斗射頻模塊自動測試系統硬件構成主要包括各個儀器的連接。通過網線、GPIB-USB、GPIB-GPIB或者GPIB卡實現各個儀器之間的連接，儀器連接好后，使用計算機遠程采集數據并控制以上儀器。其中采用N5181A MXG模擬信號發生器給模塊提供射頻信號，給功率參數和隔離度的測量提供發射所需的頻率和幅度；采用N9340B手持式射頻頻譜分析儀來顯示各個過程中的產生波形和處理數據，便于測試者進行觀察和記錄。自動測試系統硬件組成如圖1所示。

圖1　北斗射頻模塊自動測試系統硬件組成

2.2　軟件設計

北斗射頻模塊自動測試系統軟件設計的具體任務是將一個復雜系統按功能進行模塊設計，確定模塊間的關系及人機界面等。

北斗射頻模塊自動測試系統采用LabVIEW軟件和Lab Windows/IVI開發軟件，它可以令測試者采集到測試信號，并對其進行分析，從而得出有用信息，然后將測量結果直觀地顯示或者形成報告。其中較典型的函數庫有數據圖像的采集、GPIB及其串口的控制、數據的分析、顯示和存儲。采用圖形化程序設計思想，將系統分成各個小模塊，再把各個模塊連接起來，大大簡化了自動測試軟件的開發工作。

北斗射頻模塊自動測試系統可實現對多臺射頻模塊的同步測試與數據采集。測試開始后首先對測試儀器進行初始化，打開攝像頭進行二維碼掃描錄入需要測試設備的編號，并對后臺的記錄表進行計算篩選和讀取匹配。而后按選項卡選擇測試項目并點擊開始測試，測試自動進行并將結果以xls形式存儲到Excel表格中。特別注意的是在全部測試中含有對測試參數的審核，如果在正常的數值范圍內，系統會自動將測試數據保存，否則將會發生測試數據錯誤告警。測試完一臺設備后會提示更換設備或保存退出。北斗射頻模塊自動測試LabVIEW軟件流程如圖2所示。

圖2　自動測試軟件流程

2.2.1啟動界面

該模塊的主要功能是給自動測試系統設計一個漂亮的啟動方式，并且完成與PC端主面板銜接相關的一些功能。使系統每次打開后直接由啟動界面過渡到主面板并自動運行。告別以前四處尋找所要打開的VI[8]，頻繁點擊運行，然后才能執行的復雜過程，現在只需打開啟動界面，系統自動運行，還設有人性化滾動條顯示加載進度的百分比。

2.2.2二維碼掃描

模塊分2種情況實現，在PC端，只需外部硬件連接一個掃描儀，系統安裝上驅動即可實現。在Andriod手機端，就需要增加二維碼掃描程序代碼來實現標號二維碼的自動錄入。該模塊的功能是將北斗射頻模塊上粘貼的二維碼自動錄入到標準的記錄卡中，免去了人工輸入編號操作的繁瑣，避免了人員粗心帶來的錄入錯誤。

2.2.3主面板

該模塊的主要功能是根據測試需要將所涉及的所有測試過程用選擇器和顯示框清楚明晰地展現出來。測試時只需點擊主面板上所需測試項的選擇器按鈕就可完成相關測試，且測試結果即刻在后面的顯示框中顯示出來，便于測試員對數據進行判斷分析，并可方便地查找出錯誤測試數據的來源，查找記錄在測試卡中的問題模塊。

3　測試系統設計與實現

測試系統的設計與實現是對總體設計的一個細化，主要任務為詳細設計的每一個功能模塊實現所需要的詳細結構。詳細設計有2個目的：① 實現北斗射頻模塊功能設計邏輯上正確；② 實現北斗射頻模塊代碼描述上簡明易懂。

北斗射頻模塊自動測試系統[9]實現是在總體設計和詳細設計的基礎之上，運用圖形化的開發環境源代碼將系統變成可實際運用的測試軟件平臺。因測試系統由多個復選框羅列了北斗射頻模塊的不同指標測試，該程序僅列出啟動界面和功率參數的具體測試方法。

3.1　啟動界面

啟動界面是自動系統的首要模塊，也是開發過程中首先應該實現的模塊。該模塊第一步是實現自動測試二維碼掃描的加載。對于PC端而言，運行此程序將會進行打開設備、載入參數、初始化設備、載入主界面、打開主界面等操作；對于手機端來說，會加載資源，掃描二維碼。考慮到PC機和手機的差異，靈活應用不同平臺所提供的界面特點。PC端可以顯示的信息量明顯比手機能顯示的要大，所以手動撥動旋鈕調節的功能，分項測試的功能只在PC端實現。目前大多數移動終端均是Android操作系統，應用這款終端軟件可以實現測試的遠程控制。

3.1.1軟件流程

北斗射頻模塊的自動測試系統啟動界面設計的流程如圖3所示。

圖3　啟動界面設計流程

3.1.2啟動模塊的圖形化代碼

啟動界面圖形化代碼如圖4所示。打開測試軟件首先載入參數、設備初始化、載入主界面，二維碼掃描設置，其語句如下：

“*RST;*CLS”

“RUN VI”

“WAITING UNTIL DONE”

“AUTO DISPOSE REF”

圖4　啟動界面圖形化代碼

3.2　功率參數測試

功率參數是北斗射頻模塊測試的主要指標，功率參數的好壞直接影響著北斗射頻模塊的價值。目前功率參數3項指標手動測試需要讀取參數后重新設置頻譜儀參考偏移數值方可讀取另一項參數數值。該自動測試系統可利用LabView特有的時間延遲設置實現讀取后自動設置并完成下一項參數的讀取，并自動將結果記錄在設計好的電子表單中，給測試帶來了極大的便利。自動測試設計軟件流程如圖5所示，功率參數測試圖形化代碼如圖6所示。

圖5　測試設計流程

其語句部分代碼如下：

“*RST;*CLS”

“RUN VISA”

“CALCAULATE：MARKER1：Y?”

“DISP：WIND：TRAC：Y：RLEV：OFFSTE”

“ADD DBM”

“MEASURE CHPOWER DENSITY”

圖6　功率參數測試圖形化代碼

4　系統測試過程及結果分析

根據上述的自動測試系統設計，利用Windows XP或Win7操作系統和LabVIEW軟件[10](LabVIEW 2010[11]或LabVIEW 2012版本軟件[12])等虛擬儀器[13-14]編程實現此自動測試系統，并對實驗結果進行分析和討論。

4.1　測試過程

功率參數作為北斗射頻模塊測試中的必要監測數據，可通過此自動測試系統直接讀取結果，免去了更換模塊參數重復手動設置的繁瑣。對功率參數進行讀取并提取顯示的效果如圖7所示。

圖7　功率參數測試

測試結果在讀取欄中顯示，并且與指定的范圍進行對比。如果測試顯示數據在范圍內，表示結果正確，可以直接生成在記錄卡中；如果不在范圍內，報警指示燈點亮，表示結果錯誤。報警欄中記錄了發生錯誤的個數、錯誤的ID、時間和錯誤的類型。全部測試結果如圖8所示。

圖8　全部測試結果

4.2　結果分析

在北斗射頻模塊自動測試系統中，測試內容主要為不同模塊的參數重復測試。在4組模塊的測試中，記錄卡顯示模塊參數合格，測試結果如圖9所示。

由于測試的繁瑣和重復性導致的測試過程緩慢問題目前通過自動測試系統，測試速度提升了75%準確率提升了40%，重復設置及人員操作失誤導致的測試問題得以解決。從圖9可以看出，每個測試模塊測試的結果已自動記錄到Excel表格中，結果精準明晰，提高了測試人員效率和準確度。

圖9　測試記錄卡

5　結束語

隨著模塊數量增多，測試任務也在日漸加重，本文提出的北斗射頻模塊的自動測試系統，有效地利用了LabVIEW以及Eclipse軟件開發了適用于PC端和手機端的測試系統，使得測試效率大幅度提高，測試準確性也明顯增強。此外，此自動測試系統也降低了對測試人員的具體要求，在測試人員不必深入理解測試方法和測試設備的情況下，也能通過計算機和安卓手機完成具體的測試任務。特別在進行發批量的測試時，更能體現其優越性。

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