某型综合测试设备总体设计及应用
2014-04-03张子杰巨文婷曾庆云史华成
张子杰，巨文婷，任 丹，曾庆云，史华成
（中航工业洪都，江西南昌330024）
某型产品（以下也称被测设备）在用户使用后需要进行必要的维护，以保障该系统正常工作，因此，决定在该产品的研制过程中，并行开展某型综合测试设备（以下简称综合测试设备）的研制工作。
1 研制目的和目标
综合测试设备研制的目的是：研制一种可以测试射频信号、测试数字传输体制的综合测试设备。
综合测试设备主要用于飞行前对被测设备的整体性能进行测试，并且对出现的故障进行故障诊断、定位。
综合测试设备主要功能：对被测设备进行功能性检查，以确定其是否正常工作；对被测设备主要性能指标进行检测，以判定其是否合格；对被测设备各电子组件功能和性能进行测试；对有故障的被测设备及各电子组件进行故障诊断定位，以便快速顺利地完成修复任务。
2 总体研制设计原则
1)先进性原则：测试系统要具有先进性，以保证被测设备在研制、生产和使用过程中，检测人员能快速、简单、高效地完成检测任务；
2)成熟性原则：系统方案应本着成熟、实用的设计思想，以成熟先进的器件为基础，加上少量关键技术的研究来研制本系统；
3)扩展性原则：考虑到技术的发展以及对系统本身要求的提高，系统应具有一定的扩展能力，从而保证系统具有一定的使用周期；
4）经济性原则：在遵循以上设计原则的条件下，尽量压缩经费的投入，以最小的代价换取最大的收益；
5)兼容性原则：在原型综合检测设备的技术基础上，根据测试需求进行一定的设计更改，同时满足原型被测设备的测试需求。
3 设计措施
3.1 防插错设计
插件与机箱选用防误插连接器，同一块面板上的电连接器选用型号不同的连接器。
3.2 可靠性与环境适应性设计措施
为确保可靠性与环境适应性指标的实现，在产品设计中采取如下措施：
1)降额设计：降低元器件、零部件的工作应力（电、热、机械应力）；
2)热设计：利用热传导、对流、辐射等原理进行合理的热设计，提高产品的可靠性；
3)三防设计：所有的电路板都喷涂三防漆，以提高电路板的可靠性；
4)防震性设计：附件都牢固安放在组装箱内，对抗震性较差的部件进行减震处理。
3.3 安全性设计措施
1)安全接地，减小电源漏电时对设备及测试人员的人身伤害；
2)在不影响测试的情况下，尽量减少微波发射时间，减少对测试人员的电磁辐射，并提高保密性。
4 硬件总体设计
综合测试设备的最终用户是部队，综合国内外武器系统检测设备的研制情况，结合现有测试系统的研制技术，我们决定综合测试设备采用C尺寸VXI总线仪器，这是基于以下几方面的考虑：
1)VXI是基于VME总线，在对仪器进行扩展的同时，它保留了VME模块化系统的方法，成功地减小了仪器系统的尺寸并提高了系统集成化水平；
2)VXI有1000多种不同的模块，是一种集成大型测试系统的有效技术，并且已经成功的应用于军用航空测试和制造业测试；
3)在EMI（电磁干扰）方面，为了使系统中不同模块间辐射干扰的相互影响最小，VXI规范要求所有VXI模块都封装在金属屏蔽装置中；并且VXIbus总线规定了系统传导及辐射EMC（电磁兼容）产生和敏感度的上限。EMC的限定保证了包含敏感电路的模块能够完成所期望的操作，而不受到系统中其它模块的干扰。
4.1 综合测试设备组成
4.1.1 总体测试要求
为满足测试要求，综合测试设备需要对产品的电气接口、无线接收信道、无线发射信道、天线伺服系统、数据记录装置各部分功能及性能指标进行测试。在被测设备整体性能测试由故障时，能够分别对各个电子部件进行单独测试以进行故障定位。综合测试设备测试原理框图如图1所示。
图1 综合测试设备测试原理框图
4.1.2 VXI仪器资源
综合测试设备采用C尺寸13槽VXI机箱，VXI总线仪器包括：VXI总线嵌入式计算机、1553B模块、数字多用表、微波功率计模块、扫描开关模块、控制开关模块、计数器模块、RS422模块、数字IO模块、指令发射通道测试模块、图像接收通道测试模块和伺服测试模块。
1553B模块用于模拟被测设备与外部设备的通信；数字多用表模块用于测量被测设备的模拟量输出；微波功率计模块用于测量指令发射机的发射功率；计数器模块用于测量被测设备的频率信号；数字IO模块用于监测被测设备的数字量输出；RS422模块用于测试各电子箱的RS422通道，还可以监测通过RS422返回来的数据；扫描开关和控制开关用于合理分配测试资源。伺服测试模块用于测试伺服机构各组成部分是否故障；指令发射通道测试模块用于测试指令发射通道的功能和性能指标，高频信道符合指令发射机的解调、解码要求；图像接收通道测试模块用于测试图像接收通道的功能和性能指标，高频信道的图像压缩算法、编码方式、无线调制方式符合图像接收机的要求。
4.1.3 测试单元适配器TUA
测试单元适配器用于信号调理与分配转接，它是连接被测设备和测试控制仪器的“桥梁”。供电电源通过TUA内部供电开关实现对被测设备供电通断；测控设备的控制或激励信号经过TUA送往被测设备；由测试电缆传送下来的被测信号在TUA内经调理分配后送往各测试仪器。
4.1.4 供电系统
综合测试设备除了自身供电外，还要为被测设备提供AC115V/400Hz三相四线交流和DC28V电源。本设备仪器部分既支持220V/50Hz供电，又支持AC115V/400Hz供电。这样，当综合测试设备在外场工作时，只需地面电源车供电即可。
当采用220V/50Hz供电时，供电示意图如图2所示。
当采用地面电源车供电时，不再需要电源转换系统。供电示意如图3所示。
图2 220V/50Hz供电示意
图3 地面电源车供电示意图
4.2 硬件方面采取的关键技术
1)基于VXI总线的数字化图像接收通道测试模块的研制
图像接收通道测试模块主要用于测试图像接收信道的功能和接收灵敏度。对于图像接收通道的测试涉及的参数较多，为降低成本、方便使用，只测试对被测设备性能影响最重要的参数。其它各部分也将按此原则设计。
采用图像信号源经过程控衰减器发射信号，通过被测产品的接收通道接收、解调信号并对接收信号进行分析可测出接收机中两个接收模块的接收灵敏度。图像信号源经程控衰减器及发射天线向被测设备发射图像信号，仿真发射出的图像信号。通过计算机控制程控衰减器逐渐提高衰减系数，在不同的衰减系数下对接收到的数字图像数据信号用软件作相关分析即可测试出接收机的灵敏度。
2)基于VXI总线的数字化指令发射通道测试模块的研制
指令发射通道测试模块主要用于测试指令发射通道的功能和技术指标，计算机通过1553B总线控制被测设备的指令发射机发出指令，指令通过发射通道经发射天线发射到测试系统天线，信号经测试系统程控衰减器到微波功率计，测量发射功率；经指令接收单元接受指令，送计算机对指令进行分析。
5 软件总体设计
5.1 软件总体要求
在软件系统中提供检测设备的自检功能，被测设备的性能测试功能，故障诊断功能等。故障诊断模式以数据库的方式存入计算机，通过故障诊断软件分析出故障定位结果，故障特征可用户扩充。
测试及故障诊断流程以独立于软件的测试流程描述语言方式输入计算机，由软件解释执行，流程可独立修改。
全部仪器操作均以软面板的方式完成。
5.2 软件的设计原则
1)软件应具有较高的可靠性；
2)软件应具有较高的效率；
3)软件应尽可能保证不同平台和不同操作系统之间的可移植性，不同测试接口之间最大的兼容性及互换性和不同测试系统的通用性。
5.3 软件方面采取的关键技术
在传统的测试系统软件编制过程中，软件的编写主要是以测试流程为依据，从头至尾一步一步编写。传统的测试软件直接调用底层I/O函数与仪器进行通信，当底层硬件更换后或使用其它的通信接口时，软件也必须重新编写。所以，传统测试软件的通用性、可维护性和扩充性都很差。
为了克服传统测试软件的缺点，本软件采用了几种较新的技术，提出了一个自动检测系统通用软件框架，该框架适用于绝大多数测试系统。由于采用了上述几种技术，可以保证按照该框架编制的软件具有较好的通用性、可维护性、可扩充性、移植性、互换性和独立性等特点。
为了达到设计要求，在软件设计时采用了以下关键技术：
1)采用LabWindows/CVI软件开发环境，保证不同平台及操作系统之间的可移植性；
2)采用VISA（虚拟仪器软件结构）技术保证不同测试接口之间的兼容性及互换性；
3)采用ODBC（开放数据库互联）技术及SQL数据库查询语言，保证软件的通用性。
软件通用框架不随被测对象的改变而变化，被测对象不同，软件界面不同，对应的测试流程库不同。因此，从测试软件来看，不同的测试对象，只需改变软件界面和测试流程库即可满足测试要求，大大提高了系统的通用性。
6 综合测试设备应用情况
2012年8月，第一套综合测试设备随被测设备出厂进行地面试验保障，2013年5月随被测设备转场参加定型试飞。
在被测设备在其他型飞机上进行使用时，综合测试设备也将随之配套使用。
7 结语
某型综合测试设备研制历时三年多，先后完成了方案设计、概要设计、详细设计、工程实现和系统调试，并进行了大量的试验验证。结果表明，该设备的性能稳定可靠，操作方便，能快速顺利地完成测试任务。其人性化的用户界面，简易快捷的使用操作，高效能的测试流程等特点受到用户的一致好评。
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