雷達TR生產線測試系統遠程現場整體校準技術研究

樓紅英 楊 忠 沈保龍 陳效杰

(中國電子科技集團公司第十四研究所，江蘇南京 210039)

1 引 言

為滿足小批量、多品種軍工產品快速測量的迫切需求，適用于多型產品測試的復雜中大型專用自動測試系統[1]應運而生。其涉及參數多、結構復雜，使得生產線測試系統在質量控制、現場快速、系統整體計量校準等方面存在突出的計量難點問題。測試系統的組成框圖如圖1所示。

圖1 測試系統校準示意圖Fig.1 Schematic diagram of test system calibration

目前，雷達TR生產線大型測試系統[2]校準難點主要表現如下。

1)復雜大型測試系統具有多通道、多量程、多參數、多狀態、多模式并行工作的特殊性；

2)測量信號的種類眾多，信號時序狀態、邏輯狀態及交聯互耦關系復雜；

3)復雜大型測試系統體積龐大，拆裝搬移困難，現場整機校準缺少有效手段；

4)復雜大型測試系統的校準時間長，影響產線生產效率，無法保障測試系統的快速故障診斷手段和計量效率。

因此，在智能制造和智慧測試新形勢、新技術形態下，急需開展計量方法與傳遞標準的研究，基于物聯網技術，結合信息化、自動化手段，實現數據集中采集、分析、利用、追溯，實現測試系統的遠程[3]在線、現場原位、整體快速校準[4]。

2 創建測試系統傳遞標準體系

根據雷達TR生產線測試系統測量項目[5]，確定測試系統需量傳的關鍵參數[6]主要有幅度[7]、相位、噪聲系數、反射系數等。對應各量傳參數，研建適用于現場量傳的多通道、多參數的小型、便攜計量傳遞標準件，實現測試系統的遠程在線、現場原位、自動整體校準，實時判斷系統的功能性能正常。

計量傳遞標準件需覆蓋多品種、小批量研制產品的主要參數和范圍，包括單件傳遞標準(如衰減器、移相器、低噪聲放大器等)和組合傳遞件(由電控衰減器、電控移相器等組合而成)以及“GOLDEN DUT”即優質被測件，它們都具有極高的重復性與穩定性。其中單件和組合傳遞標準主要用于測試系統定期校準標準；“GOLDEN DUT”則在測試系統測不準或測不穩時，作為核查標準使用。計量傳遞標準件經測量不確定度[8]分析和評定，重復性和穩定性考核，測量不確定度驗證后使用。

產品的多品種、小批量導致了測試系統測試端的多樣性。被計量測試系統的輸入輸出端口終端各不相同，需配備不同的計量適配器，以確保各種信號進行傳輸的同時不破壞信號的計量特性，計量校準適配器具有通用性和一定的可擴展性。對帶適配器的計量傳遞標準件，通過開展去嵌入校準技術研究，及應用矢量網絡分析儀SmartCal校準等技術，編制自動誤差修正程序，并實時修正，保證計量傳遞標準件的準確定標，提高測量準確度。

同時傳遞標準件為適應于被測系統現場整體量傳研建而成，穩定可靠的量傳數據是測試系統是否滿足校準要求的判斷依據，所以要定期對傳遞標準件進行定標及誤差的修正，并對定標數據測量不確定度進行分析和評定[6]，以保證量值的準確有效。雷達TR生產線測試系統測量參數主要有幅度、相位、噪聲等等。根據測試系統量傳參數，選用滿足各參數量值傳遞要求的計量標準器具，制定相應的校準方案，編制自動定標程序，實現多通道多參數計量傳遞標準件的快速定標。以幅度參數定標為例，幅度參數定標流程如圖2所示。

圖2 幅度參數定標流程圖Fig.2 Flow chart of amplitude parameter calibration

計量傳遞標準件在實驗室定標后，在測試系統測試現場可以很好的復現各參數的測量數據，通過數據比對，快速實現測試系統功能與性能的合格判斷。

計量傳遞標準件所復現的參數均可溯源至國家/國防最高標準。測試系統實現量傳途徑如圖3所示。

圖3 測試系統量值溯源圖Fig.3 Measurement value traceability diagram of test system

3 構建生產線測試系統遠程計量管控系統

構建“計量-管理-數據”為一體的生產線測試系統遠程在線計量管控系統，實現測試系統遠程自動、現場在線計量及管理。在遠程在線計量管控系統整體架構中，通過建立跨網絡的數據中心，及測試系統標準化、通用化的整合、改造，制定相應的標準規范和業務流程，實現被校測試系統校準的全流程驅動；構建跨網絡的數據溝通機制，通過技術架構確立不同網絡間的業務、標準、接口和關系，提供交互協議以及交互標準，實現測試系統計量任務溝通協調及計量數據的交互傳輸，完成計量結果分析及推送。通過跨網絡的數據中心完成數據交換，制定業務流程，解決數據交換困難、數據標準不統一、信息孤島等問題，實現計量任務、計量數據、計量證書等計量信息互聯互通和數據共享。

根據計量業務數據管理要求，測試系統遠程在線計量管控系統建立在一個跨網絡的平臺上，兩個網絡通過中間的數據溝通機制來進行。因此測試系統遠程在線計量管控系統通過必要的數據溝通機制實現數據交互，其整體架構如圖4所示。

圖4 遠程在線計量管控系統整體架構圖Fig.4 Overall architecture of remote online metering control system

在遠程在線計量管控系統中，通過將計量測試、標準管理、校準管理、數據管理、數據交換及數據分析等與業務流程深度融合，實現生產線測試系統遠程在線快速校準。

測試系統遠程在線計量管控系統的建立分為兩部分。

1)基于業務數據管理網絡的業務管理部分，包括測試系統的計量計劃管理、計量需求管理等，實現測試系統的計量計劃發布、計量信息公開、校準需求發布的管理功能等等；

2)基于業務數據測試網絡的計量測試部分，包括計量管理、計量校準、數據中心等，實現計量數據與標準查詢、周檢計劃管理、儀器送檢流程、傳遞標準及標準儀器管理、標準文件管理、校準數據管理、數據分析及應用等功能。計量測試主要包含傳遞標準自動定標程序(含自動誤差修正)、測試系統整體校準程序、數據采集和分析軟件、校準報告生成軟件、校準報告等功能。

測試系統遠程在線計量管控系統將測試系統的計劃管理與測試系統校準整個過程通過校準業務流程深度融合，從校準需求、到標準選擇、建立，到數據采用、計算、分析，到數據報告生成以及校準任務完成情況，實現測試系統流程化的遠程在線、現場原位、整體快速校準。

4 測試系統遠程自動現場整體計量

測試系統的遠程自動現場整體校準，是利用研建的傳遞標準件，采用直接加比對測量的方法來實現。遠程自動測試校準平臺實現的功能主要包括：(實驗室)傳遞標準件定標、計量數據管理，測試系統現場自動校準、校準結果判定及故障預判，如圖5所示。管控系統包括測試管理功能和數據服務功能。

測試管理功能主要劃分為兩部分：傳遞標準件定標管理、測試系統原位校準管理，二者通過數據服務功能有機結合。從而實現實驗室定標到數據的遠程傳輸和現場原位校準。程序管理、程序開發、數據管理及校準報告的管理如圖6所示。

圖5 遠程自動測試平臺架構圖Fig.5 Architectural diagram of remote automatic test platform

圖6 遠程自動原位校準設計框圖Fig.6 Design block diagram of remote automatic field calibration

多通道、多參數的計量傳遞標準件，在計量實驗室采用自動方式進行標定，并將定標數據上傳至服務器保存。在生產線測試系統現場測試時，下載定標數據作為測試系統校準的參考值(標準值)，結合系統指標可以快速判斷系統性能指標是否滿足測試系統的使用要求。從而實現測試系統的現場快速校準并給出結論。遠程在線自動測試流程如圖7所示。

具體步驟如下。

1)傳遞標準件定標任務。傳遞標準件定標任務依據校準規范和自編校準方法中建議的校準周期，由內網下達，計量檢定員通過內網，接收定標任務，并在計量實驗室完成傳遞標準件定標；

2)傳遞標準件實驗室定標。計量人員接收定標任務，下載并運行傳遞標準件自動校準程序和記錄模板，完成傳遞標準件自動定標和其測量結果的不確定度評定，定標完成后生成相應的校準證書；

圖7 遠程在線自動校準流程示意圖Fig.7 Schematic diagram of remote online automatic calibration

3)定標數據上傳。工業網服務器作為數據中樞，傳遞標準件在計量實驗室完成自動定標后，定標數據會以定制文件形式上傳至工業網服務器，以備現場校準時作為判斷依據；

4)測試系統計量任務的驅動。一般分為兩種情況，其一是周期驅動的任務。測試系統依據相應的自編校準方法進行周期校準，測試系統的計量周檢任務通過所內網下發至計量人員，計量人員接收該任務，在測試系統現場，利用傳遞標準件，下載并運行測試系統計量測試程序，完成測試系統計量校準。其二是故障驅動的任務，當測試系統在規定的周期(一般為1年)內，出現測不準、測不穩等現象時，生產線現場檢驗人員，可以根據測試系統檢驗作業指導書，利用現場的傳遞標準件，下載并運行測試系統計量校準程序，對測試系統進行現場檢驗；

5)測試系統現場下載定標數據。將數據下載測試現場本地計算機。本地計量測試系統將自動獲取定標數據。定標數據將作為測試系統校準的參考值呈現在原始記錄中；

6)測試系統現場整體計量。測試系統的現場原位整體校準分為兩部分：測試系統自校準和系統整機校準。在日常工作中，為保障雷達TR組件測試的準確性和一致性，在測試前需要對測試系統進行自校準。為確保計量的有效性，測試系統的原位整體計量要在測試系統正常測試狀態下完成，所以要按照被測系統的常規自校準和各關鍵參數的校準流程來編制自動計量軟件。測試系統幅度校準流程如圖8所示；

圖8 幅度校準流程圖Fig.8 Flow chart of amplitude calibration

7)測量數據分析處理。運用自動測試程序完成測試系統的計量校準，校準結果與定標數據做差，比較兩者差值是否在系統允許誤差范圍內，以此判斷系統是否合格。同時，結合歷年的校準數據進行系統一致性判斷；

8)測試系統校準原始記錄回傳。原始記錄作為測試系統量值溯源的依據，測試完成后，計量測試平臺自動生成原始記錄，并回傳至工控網數據庫。

5 結束語

雷達TR生產線測試系統遠程自動現場整體校準技術研究，通過創建傳遞標準件體系，建立遠程計量管控系統，實現測試系統的遠程在線、現場原位自動整體校準，提高了測試系統的量傳準確性和量傳效率，解決該型專用測試系統整體快速量傳的難題，確保測試系統可以測得準，并提供快速的故障診斷功能，為故障排查節約寶貴時間，具有很強的實用性和經濟效益。同時為專用自動測試系統的遠程在線計量校準提供了技術參考，具有廣泛的應用前景和深遠的推廣應用價值，具有較好的經濟與社會效益。