基于LabWindows/CVI的T/R模塊自動化測試與數據分析軟件設計

姚國國,王鵬飛

(中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009)

0 引 言

T/R模塊作為相控陣雷達系統的重要組成部件，其性能直接決定了相控陣雷達系統的性能，因此需要對T/R模塊的性能參數進行精確測量和性能評估。一套相控陣雷達系統可能包含多種不同規格的T/R模塊，每一種規格的T/R模塊由多個獨立發射、接收通道組成。僅對具有5位數控衰減器、5位數控移相器的單通道T/R模塊來說，每個頻點均有64個基本測試狀態，每一個T/R通道有幾十項指標。完成一套相控陣雷達系統T/R模塊的全面測試，需要測試的通道數多、技術參數多，任務量非常龐大，測試后還需要對海量測試數據進行分析和評判。傳統測試方法需要手動操作測試儀器、手動記錄測試結果，手動完成測試結果的分析,存在易出錯、工作量巨大和測試效率低等缺點。因此傳統的手動測試方法無法滿足大批量T/R模塊的測試需求[1-6]。

LabWindows/CVI是以ANSI C標準為核心的交互式虛擬儀器開發環境，其將測控技術和C語言相結合，具有豐富的庫函數和靈活的交互式編程方法，為建立自動測試系統、數據采集系統、過程監控系統、檢測系統等提供了良好的軟件開發環境。LabWindows/CVI和其他虛擬儀器開發工具相比，具有其獨特的特點[7-8]：(1)開發環境可用于創建基于GPIB、PXI、VXI、串口和以太網等虛擬儀器系統；(2)功能豐富和強大的函數庫；(3)開發的框架軟件架構；(4)交互式的程序開發和靈活的程序調試手段。

本文基于LabWindows/CVI平臺，設計了T/R模塊自動化測試與數據分析軟件。應用本文設計軟件實現了對多種標準測量儀器的程序控制，波束控制盒和T/R模塊的控制，測試數據的記錄、分析和判讀，測試分析報告的自動生成，硬件排故等功能。

1 T/R模塊自動化測試系統組成

T/R模塊自動化測試系統的組成如圖1所示。該自動化測試系統主要由主控計算機、標準測量儀器(包含矢量網絡分析儀、功率計、噪聲儀等)、波束控制盒、測試夾具(含T/R模塊)等組成。主控計算機通過USB轉GPIB接口實現對標準測量儀器的通信和控制，通過USB轉RS232接口實現與波束控制盒的雙向通信；波束控制盒作為主控計算機和T/R模塊連接的紐帶，將主控計算機發送的指令轉化為T/R模塊所需的電平、位指令和通信控制信號等通過SPI串行總線與T/R模塊進行通信和控制。T/R模塊的射頻輸入和輸出接口通過射頻電纜與標準測量儀器相連，主控計算機控制標準測量儀器實現對T/R模塊接收和發射性能參數的測試。

圖1 T/R模塊自動化測試系統組成框圖Fig.1 T/R module automatic test system block diagram

2 自動化測試與數據分析軟件設計

針對T/R模塊的測試需求，自動化測試與數據分析軟件需要具備自動測試、分析和處理能力。自動化測試與數據分析軟件功能如下：

a.主控計算機與波束控制盒通信，可實現對T/R模塊各通道接收與發射狀態的供電控制。T/R模塊產品供電電源采用程控電源，通過程序控制其加電和斷電；對收/發轉換、數控移相狀態、數控衰減狀態實現自動狀態轉換。具有電壓、電流指示，過壓、過流保護，供電監測和異常提示等功能。

b.自動測試程序控制T/R模塊各通道的切換，實現一次連接能完成多個通道參數的測量。

c.T/R模塊自動化測試軟件能在控制T/R模塊工作狀態的同時，控制測量儀器(矢量網絡分析儀、功率計、噪聲儀等)工作，同步采集測試數據，完成T/R模塊各項技術參數的自動測試。

d.對測試的原始數據進行后期處理，消除工裝轉換等影響，形成最終真實的測試數據，并進行帶內波動、均方根誤差、通道間不一致性等數據處理，并按要求的格式顯示、存儲,同時具有判斷產品性能是否超差等功能。

按照自動化測試與數據分析軟件需要實現的功能，將自動化測試與數據分析軟件分為屏顯與任務調度模塊、產品通信與控制模塊、標準測量儀器控制模塊、數據存儲與分析模塊。

屏顯與任務調度模塊實現屏顯可視化工作界面、測試任務調度等功能。利用LabWindows/CVI軟件平臺集成開發環境，創建用戶工作界面、控件、修改和添加控件的屬性、回調函數等。

產品通信與控制模塊實現主控計算機與波束控制盒的通信，將控制碼發送給波束控制盒，通過波束控制盒建立對T/R模塊各種工作模式的控制，波束控制盒將控制碼進行譯碼、信號電平轉換后送給T/R模塊，T/R模塊接收可識別的26位串行控制碼，實現對T/R模塊各通道的工作狀態控制，如單通道加電和斷電、數字移相控制、數字衰減控制、接收和發射控制等。LabWindows/CVI具有豐富的函數庫，可實現對底層的通信，圖2為設置波特率、奇偶檢驗、數據長度等參數的軟件代碼，通過調用庫函數完成對RS232接口的配置。

圖2 串行口配置代碼Fig.2 Serial port parameter configuration code

標準測量儀器控制模塊實現對各種測量儀器(矢量網絡分析儀、功率計、噪聲儀等)的通信控制與數據采集。T/R模塊的S參數測試由主控計算機控制矢量網絡分析儀實現，可以在連續波或脈沖調制信號激勵下完成T/R模塊指標的測試：

a.接收通道端口駐波；

b.接收通道增益；

c.數控衰減范圍、不同衰減狀態附加相移、衰減精度；

d.數控移相范圍、不同移相狀態插入損耗、移相精度；

e.T/R模塊各通道間幅度、相位一致性；

f.失真特性(功率壓縮、交調等)，以及失真狀態下S參數測試。

對矢量網絡分析儀的參數設置[9-10]代碼如圖3所示。

圖3 矢量網絡分析儀參數配置代碼Fig.3 Vector network analyzer parameter configuration code

數據存儲與分析模塊實現對測試數據的實時存儲、測試數據的判讀、測試分析報告的生成等功能。本文測試軟件在LabWindows/CVI環境下，基于ActiveX技術訪問Excel，實現采集數據的交互、存儲、運算和統計，并以圖表和圖形方式直觀展示和分析數據。應用ActiveX技術，實現對Excel軟件的控制[11-14]，最終生成Excel格式的測試分析報告。圖4是在LabWindows/CVI平臺環境下建立Excel文件的部分代碼以及測試軟件生成的部分測試數據統計分析結果報表。

自動化測試與數據分析軟件通過程序控制各種標準測量儀器、產品通道狀態切換、同步采集測試數據、軟件自動生成測試結果和數據分析統計等多種途徑，減少了測試人員繁瑣、重復的測試工作量，真正實現自動化和無紙化測試，從而提高了產品的測試和交付效率。實測結果，該軟件可將32通道T/R模塊下64種衰減和移相狀態進行全狀態測試的時間控制在8 min以內。

圖4 Excel文件代碼和測試數據統計結果圖Fig.4 Excel file code and diagram of test data statistics results

在產品測試前，通過控制自動化測試與數據分析軟件對測試系統進行校準，并將校準誤差提前存入軟件中，在產品測試完成后，軟件利用校準誤差對測試結果進行補償，將補償后的測試結果存儲并進行數據判讀和統計，從而提高了產品測試指標的精度。由于對產品測試前進行了測試系統誤差校準，產品的測試誤差僅來源于校準殘差、測試儀器誤差、測試系統本身的波動等因素。通過對產品的大量實測結果進行分析得知，產品的增益、功率等指標的測量精度在0.5 dB以內，相位測量精度在10°以內，滿足系統的使用要求。