多通道收發組件高效測控的設計優化與實現

公承，丁志釗，方開慶

（中電科思儀科技股份有限公司，山東青島，266555）

0 引言

有源相控陣雷達是一種多功能、高性能的雷達，依靠其靈活的波束掃描方式、可變的參數控制、多種工作模式、高效的資源配置以及較強的抗干擾和發現隱身目標的能力[1]越來越受到重視。本文研究的被測件——多通道收發組件是相控陣雷達重點研發的核心部件。它的測試狀態多工作量大，如果采用人工測量，可操作性極低，根本無法滿足科研和生產進度要求。因此自動測試技術的引入是收發組件發展的必然趨勢和必需手段，收發組件的測試技術是影響產品研制與生產效率及產品質量的關鍵技術之一。

如何提高測試效率是收發組件測試技術研究的重要方向。本文研究對象的測試通道、測試參數和狀態數量都很大：被測件測試通道多達64個，待測試參數包括了頻譜參數、網絡參數、功率參數等十余種，衰減和移相測試的狀態數最多可達到6萬多個，這對測試系統的效率提出了更高的要求，因此，本文研究的測試系統軟件的效率提高策略和方法具有一定的代表意義。同時，這也對測試系統的效率提出了更高的要求，在系統軟件中必須使用專門的優化方法來提高測試效率。本文將著重討論測試序列和軟件界面的優化方法和設計方法。

1 軟件優化概要設計

本系統軟件基于TestCenter軟件平臺，功能分為用戶交互層、測試執行層和數據管理層三部分，如圖1所示。

圖1 系統軟件功能示意圖

為解決收發組件測試中遇到的問題，將按照測試程序實現的順序，以下幾個方面對測試程序進行優化處理：

（1）優化系統網絡參數校準方法：使用數據庫代替矢網狀態文件存儲數據，能夠有效減少矢網狀態文件數量，減少手動操作，提高測試效率。

（2）優化被測件測試測試檢驗流程，提高檢驗測試效率。

（3）優化儀器控制指令流程等方法優化儀器設置，提高測試效率。

（4）通過多線程處理、數據庫技術以及測試與報表分離等多方面優化系統數據處理方式，提高測試效率。

2 軟件優化實現

TestCenter軟件平臺中的測試程序是以測試序列的方式設計和執行的，這種開發方式速度快，編程工作量小，而且也便于用戶進行二次開發。其缺點在于測試程序以序列的方式存在，缺乏整體性，不便于用戶操作。因此為了提高系統的測試效率，主要從測試序列和操作界面設計兩個方面優化測試程序。下面按照測試流程順序對其中采用的設計優化技術逐一進行介紹。

■2.1 高效系統校準

高效系統校準的主要實現方法是采用數據庫作為校準數據存儲的介質，減少手動操作，提高校準效率。

一般的測試系統中由于測試通道較少，使用矢網進行網絡參數測試前，往往需要對每個通道進行矢網設置，矢網儀器校準，通道直通、切換，測量數據，數據歸一化，保存成矢網狀態等多個步驟才能完成通道插損的校準工作，而且大多數步驟都由手動操作來完成。顯然這將消耗大量時間，而且大量的手動操作，有違自動測試系統設計的根本宗旨。

引入數據庫的目的主要是保存初始狀態數據和通道差異數據。測試方法上也有所改變：矢網校準完成后開始測試時，原來由矢網歸一化計算的功能由測試軟件操作數據庫來

實現，提高了測試效率。使用新的校準方法，只需要手動保存一個矢網初始狀態文件，之后除了通道切換仍需手動操作外，其他操作都交給測試軟件控制矢網來完成，大大簡化了操作，提高了系統校準的效率。

■2.2 高效的被測件檢驗

結合被測件檢驗測試的需求，本文提出了為系統增加“快速測試”模式，以特征性代表性狀態測試代替全狀態測試來完成產品檢驗功能，提高檢驗測試的效率。

以接收相位測試為例，被測件相位控制碼為7位2進制數，全狀態需要測試27個相位狀態。檢驗測試只需要明確每位控制碼及其測試數據的正確性，因此，只需要每個數據位測試一次即可滿足需求。另外，為方便計算控制精度，增加全零態測試，即檢驗測試只需測試8次，大大提高了測試效率。

■2.3 高效的儀器控制

除了測試策略的優化之外，程序還可以從儀器控制方面提高效率。測試程序是在計算機上運行，用于控制各種測試設備資源來測試指定的被測對象的軟件的總稱，它包含對測試過程的控制及對所測得的響應信號的處理。測試儀器是完成測試的主體，其控制效率是影響測試效率的重要部分。在本系統中，主要從以下幾方面優化測試程序中的儀器控制。

（1）優化儀器延時。這里所說的延時主要是指命令響應延遲時間。命令響應需要延時的原因是儀器接收命令并執行相應的動作需要一定的時間，而該時間有可能大于兩條命令執行之間的間隔時間。某些儀器會在其使用這類命令的驅動程序中做特殊的延時處理，但更多的時候儀器生產廠家只提供標準SCPI控制命令和未考慮延時的驅動程序。這種情況下就需要在控制儀器時手動加入延時。一般接收機類的測試儀器需要延遲響應，接收機在測量輸入信號時需要掃描輸入端口，在一次掃描完成之后才應該進行下一次掃描。接收機工作在連續掃描模式時，為了能夠獲取到完整的測量信號同時兼顧測試效率，儀器響應延時一般設置為單次掃描時間的兩倍。在自動測試系統中，由于測試總線的延遲時間一般會小于掃描時間，更能提高效率的做法是，將儀器設置為單次掃描模式，每次測量執行一次單次掃描，最好在掃描命令之后加入標準SCPI命令“*WAI”，保證下一條控制指令發出前已經掃描完畢。本系統中使用矢量網絡分析儀、頻譜儀等測試時，均使用了該優化方法。

（2）優化儀器設置。一般來說，測試效率與測試精度二者不可兼得。例如通過減小矢網的中頻帶寬、頻譜儀的分辨率帶寬，可以減小測量中的隨機噪聲，提高測試精度，然而這會使儀器的掃描時間變長，增加測試時間。在實際測試時，需要測試人員在兩項指標上適當地折中，以取得最好的測試效果。

■2.4 高效數據處理

使用數據庫存儲測試數據，將報表輸出與測試過程分離，減少測試時間。原軟件中采用TestCenter平臺自帶的Excel報表輸出插件，考慮測試效率和報表的可讀性，應該盡量減少了Excel程序打開的次數，但相應的每個報表中的數據量就會變大。仍以發射相位測試為例，使用矢網測試601頻點相位數據，每個被測件輸出一個報表，將包含64通道*601頻點=38464個相位數據，輸出時間大約15s。而且這種輸出方式的另一個弊端是測試數據僅存在于報表和TestCenter平臺內存中，不方便測試完成后的顯示和處理。

為了解決這些問題，本人使用了多種手段來提高數據處理的效率，具體包括：使用數據庫作為測試數據存儲和管理的介質；引入多線程技術存儲測試數據；將報表輸出與測試過程分離開來，不再占用測試時間。

首先，數據庫作為大量數據的專門處理工具，有其固有優勢：可以方便的存取對象或圖形格式的數據。在本軟件中將測試數據數組轉化為OLE對象后，不需要一個一個地存儲數據，數據操作次數大大減少，數據存儲時間也大幅度縮減。其次，數據庫存儲操作可以通過多線程實現。由于數據庫的使用，使得數據存儲時間要短于測試時間，因此當前狀態測試完畢后，可以立即開啟一個新線程并行的將數據存儲起來，不會出現資源的競爭、死鎖等問題，而且不影響主測試線程，能進一步提高效率。第三測試完成后再自動進行報表的輸出：一次測試完成關閉軟件時，檢測在軟件此次開啟時間內進行的測試參數，然后將它們依次導出報表。測試數據已經存入數據庫的情況下，就可以將測試與報表生成分離開，使得測試時間進一步減少。另外，在非測試時間用戶也有可能要對數據進行查看、計算等管理，從數據庫中操作和管理數據要比從報表中管理數據方便，減小了代碼實現難度，更有利于開發。

3 設計效果

前文中論述的測試序列優化方法已經在某研究所的定制系統中使用。軟件優化之后，測試效率得到來大幅度提高，整體測試效率提升了20%以上。測試操作界面得到用戶認可和好評。為了驗證測試參數的優化效果，選取了測試狀態最多的發射相位測試、發射延時測試、接收幅度測試、接收變頻衰減測試四個測試參數做了實驗，結果如下。

前文論述的各種優化方法中使用數據庫提高校準效率的方法由于存在手動操作，不具備統計意義而沒有列表統計。快速檢驗測試模式已與全測試模式分離，其他方法對比一般方法的測試時間優化效果如表1和表2所示。

表1 儀器延時優化效果

表2 數據處理優化效果

從表1的統計數據可以看出，儀器的控制優化也能夠提高測試效率，但是效果有限。

從表2可以看出在本項目中使用數據庫能夠提高測試效率10%以上，測試次數越多的測試項目效率提升越明顯。表中的“每通道測試狀態數”即為測試次數，也是報表的輸出次數，測量次數越多對報表的操作就越頻繁，因此優化后的效果就越好。

4 總結

提高自動測試系統的測試效率，一直是自動測試系統發展的一個重要方向。由于收發組件一般具有多通道，需要測試多個參數才能完成特性檢定，這種需求就顯得更為迫切。這些方法也可以運用到其他測試系統之中，為后續其他系統軟件設計提供有效的參考。