基于虛擬儀器技術的短波電臺自動測試系統分析

張 倩，夏 萍

(南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 210014)

0 引言

自動測試系統在虛擬儀器技術支持下具備效率高、成本低廉、靈活方便等特點，采集、分析、處理數據并模擬真實儀器面板屬于虛擬儀器技術的應用關鍵。保證虛擬儀器技術更好地服務于自動測試系統，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 基于虛擬儀器技術的自動測試系統研究

基于虛擬儀器技術的自動測試系統近年來在我國多個領域均有著廣泛應用，基于圖形化編程語言的開發平臺LabVIEW在這類系統的開發中發揮著關鍵性作用。以某基于虛擬儀器技術的自動測試系統為例，該系統用于導彈測試，系統的平臺為工控機(AD-Link)，同時設置有PCI總線插槽、串口擴展卡、控制卡、多通道數據采集卡、射頻合成信號發生器、導彈模擬信號源、高頻頭、導彈接收機，基于虛擬儀器技術的導彈接收機測試系統由此構成。導彈接收機測試系統的核心單元為工控機，負責分析和處理各個接口和通道的數據，數據的傳輸方向由圖中的箭頭方向代表。作為控制端的工控機負責目標位置、彈號、角度、頻點設置，通過RS422接口將數據組幀發送給模擬信號源，基于RS422口，信號源可以向工控機反饋復位、自檢等信息。通過GPIB電纜，射頻合成信號發生器與工控機進行連接，基于LabVIEW開發平臺中的GPIB函數，即可對射頻合成信號發生器的頻點和信號調制方式、輸出功率進行設置，信道中傳輸需基于調制后的基帶信號實現。接收機的信號向工控機的發送基于數據采集卡和RS422口實現，前者發送過程中的數據采集卡通道數需基于需要測量的信號種類確定。接收的數據由工控機負責分析處理，接收機的運行狀態可基于協議判斷[1]。

LabVIEW開發平臺在數據采集與儀器控制方面的表現極為優秀，提供有豐富的接口處理控件，可簡單便利地實現接口讀寫操作，能夠滿足多接口的數據處理需要。如基于虛擬儀器技術的導彈接收機測試系統的軟件設計與實現需關注RS422接口的數據處理、GPIB設備的程控實現、DAQ多路數據采集。RS422接口的數據處理需基于串行接口擴展板卡和全雙工差分物理接口實現，通過針對性地制定通信協議，傳輸數據的分析處理可更好地開展；GPIB設備的程控實現需得到GPIB接口技術的支持，以此保證自動測試系統能夠更好地由各種不同的儀器設備組成，發射信號的調制方式、工作頻點、功率可通過射頻合成信號發生器設置，以此實現調制信號輸出，射頻合成信號發生器的控制基于GPIB函數實現，GPIB設備地址的針對性設定需得到重視；DAQ多路數據采集需通過A/D轉換、數據采集卡分析處理采樣數據，工控機負責最后的分析處理，輔以16路模擬輸入通道、低成本的數據采集卡，即可最終通過系統自動生成測試報表，基于虛擬儀器技術的自動測試系統應用價值可見一斑[2]。

2 基于虛擬儀器技術的短波電臺自動測試系統的設計與實現

2.1 硬件組成

基于虛擬儀器技術的短波電臺自動測試系統硬件由RS232串口線、衰減器、電臺、射頻頻譜分析儀、PC機組成。頻譜分析儀與被測電臺的連接需基于衰減器實現，PC機與被測電臺的連接需基于串口實現，同時需要在局域網內接入頻譜分析儀和PC機。通過對被測電臺進行控制使其進入無調制單載波發射狀態，短波電臺自動測試系統即可通過接收并顯示電臺信號的控制頻譜分析儀開展輸出載波頻率、載波功率測試。載波頻率正常性屬于測試的重要內容，存在較大誤差的輸出載波頻率會導致正常通信無法實現。載波功率正常性也屬于測試的重要內容，過小的載波功率會導致通信效果受到影響，過大的載波功率則可能損害設備。

2.2 軟件構成

軟件屬于基于虛擬儀器技術的短波電臺自動測試系統核心，硬件與軟件的緊密結合方可滿足短波電臺自動測試需要，系統的實時性、實用性可靠性直接由軟件決定。基于多方面因素考量，最終選擇Win7系統作為開發環境，開發平臺選擇LabWindows/CVI2019，采用C語言作為編程語言。本文選用的開發平臺屬于應用自動測試、儀器控制、數據采集系統的可視化開發環境，由此即可順利開發虛擬頻譜分析儀軟面板，這種開發環境在控制、測試、信息處理、故障分析軟件的開發中具備顯著優勢，尤其適合復雜、大型的測試環境，優良的測試性能可由此實現。基于虛擬儀器技術的短波電臺自動測試系統軟件由兩個模塊組成，分別為頻譜分析儀和短波電臺的控制模塊。短波電臺控制模塊負責設置信道帶寬、跳頻模式、電臺定頻，以此保證短波電臺能夠順利進入信號無調制單載波發射狀態。頻譜分析儀控制模塊負責電臺載波信號的接收顯示并測試電臺載波信號的頻率、功率，該模塊屬于基于虛擬儀器技術的短波電臺自動測試系統關鍵，需實現對頻譜分析儀的科學控制。基于虛擬儀器技術的短波電臺自動測試系統具備自動測試和手動測試兩種功能，前者可自動完成測試且無須手動干預，后者需要手動控制頻譜分析儀和短波電臺，參數的設置需結合具體需求[3]。

2.3 對電臺的程控

基于SLIP協議實現對手持電臺的通信，SLIP屬于在串行線路封裝IP數據包的簡單形式，屬于應用較為廣泛的一種協議。計算機上的RS232串行通信端口屬于常用的總線形式，可較好地用于儀器控制和測試測量，本文采用SLIP協議建設短波電臺自動測試系統，為實現程控，與電臺的通信需基于串口實現。具體的實現過程需要將串口打開并對串口的通信參數進行設置，他公司需要禁止硬件握手、清楚串口輸入輸出隊列、向串口寫入命令，具體的程控命令存儲于buf中，最終將串口關閉。

2.4 對頻譜分析儀的程控

作為虛擬儀器的重要組成部分，軟件界面在短波電臺自動測試系統中發揮著重要作用，由于軟件需要實現測試結果顯示、儀器參數設置等功能，因此需要設計便于使用、簡單直接的軟件界面，軟件界面由測試結果顯示區、手動參數設置區、波形顯示區組成。頻譜分析儀的頻譜可基于波形顯示區實時跟蹤顯示，采用自動分格的頻率作為橫坐標，采用分為10格的幅值作為縱坐標。基于測試需要，用戶可通過手動測試參數區實現對頻譜分析儀參數的快捷設置，手動設置完成按鈕需在設置完畢后點擊。在測試執行過程中，被測電臺載波信號可由測試波形顯示區顯示，發射機載波功率、頻率測試結果可由測試波形顯示區直觀顯示。完成測試后，退出虛擬測試界面需點擊右下角退出按鈕。在短波電臺自動測試系統的自動測試下，系統設置可基于默認參數開展，此時存在不可控的手動參數設置區，完成測試后自動返回虛擬測試界面，自動測試下完全不用人為干預測試過程，自動測試功能由此順利實現。

2.5 軟件實現

短波電臺自動測試系統的軟件實現須首先建立UDP連接，UDP連接負責實現與頻譜分析儀的通信，網絡數據流量可基于UDP協議壓縮成數據包的形式，由此即可得到二進制數據的傳輸單位(典型數據包)。每一個數據包的報頭信息由前8個字節包含，具體的傳輸數據由剩余字節包含。TCP與UDP操作不同，計算機不需要建立一個連接，一個UDP應用可同時作為應用的服務器方或客戶。由于無須建立明確的連接，UDP協議具備較高的通信效率。在UDP連接建立的過程中，IP地址設置準確性和頻譜分析儀接收程控命令端口正確性必須得到保障。短波電臺自動測試系統的程序流程可概括為：“系統自檢并初始化→自動測試？→是/否→按默認參數進行設置/手動開展參數設置→產生Timer消息/產生控件信息→數據采集解析顯示波形/控件消息處理→退出程序？→是/否→返回測試結果/自動測試？”。短波電臺自動測試系統包括數據采集解析波形顯示模塊、控件消息處理模塊、結束程序模塊、自動測試判斷模塊、自檢并初始化模塊，其中的采集解析波形顯示模塊、控件消息處理模塊屬于特殊控件的消息處理范疇。定時器屬于一類特殊控件，其隱藏于開發平臺的用戶界面上，不斷產生消息可基于預先設置的時間間隔通過定時器實現，需要重復執行的代碼也可通過對消息回調函數處理的利用實現。初始化成功的短波電臺自動測試系統需首先開展手動測試和自動測試的執行判斷，以此開展頻譜分析儀參數的針對性設置，初始化參數設置在這一過程中具備較高必要性，波形數據在測試過程中的采集、解析和顯示直接受到影響。在完成參數設置后，需完成UDP通信協議的首先建立，以此頻譜分析儀的波形數據即可實時采集，對于采集、解析和顯示頻譜數據的過程來說，為實現實時數據獲取，數據采集執行過程需要設置周期循環為5 s。在送做顯示前，數據的解析處理須基于頻譜分析儀發出的數據報定義和格式，虛擬面板上需顯示數據處理后的波形，輔以針對性選擇的波形顯示函數，短波電臺自動測試系統即可更好滿足實際需要。

3 結語

綜上所述，基于虛擬儀器技術的短波電臺自動測試系統具備較高推廣價值。在此基礎上，本文涉及的硬件組成、軟件構成、對電臺的程控、對頻譜分析儀的程控、軟件實現等內容，則直觀展示了基于虛擬儀器技術的短波電臺自動測試系統實現路徑。為更好地開展短波電臺自動測試，系統的針對性開發、技術人員的重點培訓同樣需要得到重視。