合成仪器技术在通用无线数传测试设备的应用研究

王 健1，李侍林2，郇黎明2，祁玉林2，孟 亮2

（1.中国人民解放军93169部队，吉林四平 136000；2.北京航天测控技术有限公司，北京 100041）

合成仪器技术在通用无线数传测试设备的应用研究

王 健1，李侍林2，郇黎明2，祁玉林2，孟 亮2

（1.中国人民解放军93169部队，吉林四平 136000；2.北京航天测控技术有限公司，北京 100041）

军用测试设备在无线通讯测试领域正面临着设备数量多、体积大、成本高、拓展性差的难题，合成仪器技术为此提供了良好的解决方案；文中提出了将合成仪器技术应用于通用无线数传测试设备，给出了具体的功能需求分析及合成仪器软硬件体系架构并对其中各功能模块的组合与共用方案进行了讨论，介绍了通用无线数传测试设备应用的合成仪器关键技术以及这些关键技术在硬件资源共用、测试性能指标和拓展性方面带来的改进与提升，能够实现通用测试设备向小型化、通用化、低成本化发展的目标。

合成仪器；无线数传测试设备；体系架构；关键技术

0 引言

当前军用装备测试保障领域中测试设备种类繁多、体积庞大、维护工作复杂，其中各测试设备间包含大量相似测试内容，尤其在无线通讯测试方面存在很多共性内容，各设备间存在大量的可共用资源。为优化测试设备数量，减轻部队日常测试保障工作量，方便部队设备转场，军方提出测试设备应尽可能实现通用化的要求。

要在弹药装备无线通讯测试领域实现通用化，通用无线数传测试设备应满足多种测试需求，集多型号测试任务于一身。如果采用传统的“搭积木”式集成方法使测试设备体积不断增加，软件与测试程序的版本也越来越多；导致系统总规模得不到最大限度收敛和控制；费用得不到有效的降低；保障性和扩展性得不到明显的提升。

合成仪器技术为上述问题提供了良好的解决方案，它通过标准化硬件和软件接口，采用分层架构实现系统对仪器的可重复配置。其核心思想是利用软件无线电原理，将传统射频通讯仪器分割成为一些基本功能模块，可以通过增加少量功能模块来迎合多种频段射频信号，实现测试资源的复用合一。满足军用测试装备小体积、低成本、兼容性、多功能等要求，为装备测试系统未来的统一化、小型化、高灵活性、低成本研制方向奠定基础。

1 合成仪器的发展及优势

合成仪器的概念由美国国防部提出，用于为下一代自动测试系统提供一种新型通用测试系统结构体系。它来源于软件无线电技术，指将模块化、标准化的硬件通过加载不同的软件算法实现各种无线通信（包括不同频率、不同制式）的一种可重构体系结构。合成仪器技术在国外的新一代自动测试系统中得到了成功应用，也成功解决了自动测试系统中多项技术需求，通过借鉴国外的成功经验，可从根本上提升我国新研自动测试系统的性能。

国内一些军兵种已有这样的愿望，即倾向采用开放系统体系架构，使用尽可能多的货架仪器，以克服复杂的专门设计带来的技术过时和长期维护问题。合成仪器的技术优势为此提供了解决途径，合成仪器的发展是对传统的单一仪器的补充，通过选择不同的合成仪器部件来满足所需仪器性能方面的要求，以避免设备技术过时。

合成仪器技术具备以下优势：

1）加载新的软件与算法完成重配置，灵活、维护性强；

2）信号处理软件使用通用语言，移植性强；

3）共享的处理功能降低了成本，可以按照TPS的具体需求对设计进行裁剪；

4）使用通用硬件完成专业测量功能；

5）系统的尺寸、重量以及功率消耗得以降低。

2 合成仪器技术在通用无线数传测试设备应用方案

2.1 无线数据通讯测试需求

弹药装备的无线通讯功能往往是作为武器系统末制导控制命令导引系统的重要组成，用于支持载机或地面控制系统通过无线指令来完成对弹药的控制或指令转发，同时弹药也通过无线通讯功能回传图像等信息以提供控制人员发现、识别、捕获和跟踪目标的能力，以此完成弹药的精确打击目的。

对武器装备进行无线通讯功能的测试需要在无线和有线共同形成的回路进行，测试主控计算机通过测试总线与弹药控制器进行通讯，控制弹药工作，还需要无线数传测试设备与被测对象构成系统无线回路，对其进行无线数据传输功能及性能检查测试，其原理如图1所示。

图1 无线通讯测试过程示意图

通用无线数传测试设备应适用于多频段射频信号通讯，且每个频段可实现同时收／发的功能；满足各型武器装备的通信体制、寻址方式和传输速率。测试中无线数传测试设备通过无线链路向测试对象发送控制指令信号，同时接收相应的响应信号用于测试判断。

2.2 通用无线数传测试设备体系架构方案

2.2.1 硬件体系结构方案

通用无线数传测试设备采用合成仪器的分块式硬件结构，平台采用PXI总线系统机箱内配套PXI总线零槽控制器、各频段功能模块；根据无线通讯测试需求功能模块应包括下变频器（含本振）、正交下变频器、图像指令模块、基带处理模块（含DA）、上变频器（含频综），模块间信号流如图2所示。

图2 模块间信号流图

无线数传测试设备接收测试对象发射信号过程中先经下变频器将射频信号变至中频信号；再通过正交下变频器对信号进行正交下变频、滤波、AGC控制等，输出IQ正交指令信号；再由图像指令模块接收IQ正交指令信号，完成信号采集、解调，将指令信号内容通过PXI总线发送至零槽控制器。无线数传组件发射信号的过程则是图像指令模块先通过PXI总线接收零槽控制器指令，对图像压缩编码、扩频，然后发送图像PCM数据；再通过基带处理板接收图像PCM数据，对数据进行调制，通过DA子板进行发射，输出中频信号；最后由上变频器完成射频信号上变频输出。

对于实现不同频段的射频信号通讯，可对上下变频器做相应调整，增加一级变频即可其它硬件资源可共用，复用结构如图3所示。

图3 硬件扩展示意图

可以看出不同频段射频信号的测试需求对于合成仪器设备的硬件改动不大，大部分资源可实现共用，这样既节省了资源和空间又增强了可扩展性，为通用无线数传测试设备增加新的测试需求提供了便利。

2.2.2 软件体系架构方案

通用无线数传测试设备的PXI通用测试模块的软件采用分层架构，共分为应用程序层、仪器驱动层、模块驱动层、操作系统、接口程序等5个层面。应用程序主要面向测试流程开发人员，由于仪器驱动和模块驱动具有标准化的特点，顶层应用程序在调用底层各层驱动程序时，实现了与硬件无关的特性，使无线数传测试设备保持了良好的互换性和移植性。仪器驱动以IVI类驱动为基础，可以通过增加或修改IVI配置库和驱动程序会话配置信息，以实现不同厂商仪器模块的兼容工作，以及在不修改应用程序的情况下实现仪器互换。IVI驱动程序使用CVI开发环境以DLL形式提供调用，驱动调用关系如图4所示。

图4 驱动调用关系示意图

应用程序调用IVI驱动程序的初始化函数时，应指定一个同IVI配置库中相应的逻辑名。使用IVI驱动程序的应用程序同样可通过调用Get Specific Driver C Handle函数来调用IVI类符合特定驱动程序以获得特定驱动程序会话句柄。

3 通用无线数传测试设备应用的合成仪器关键技术

3.1 基于软件无线电的信号综合测试分析技术

充分利用合成仪器软件无线电的基本思想，以射频变频组件和高速AD为最简硬件平台，基于数字化处理，实现无线数传测试设备中基带信号分析、下变频、滤波、FFT、解调等功能，从而满足武器装备测试需求。该技术可以减少功能单一、灵活性差的硬件电路，有效降低了无线数传测试设备的硬件成本和体积。

3.2 仪器互换技术

无线数传测试设备在仪器驱动方面体现了合成仪器的仪器互换技术，仪器驱动以IVI类驱动为基础，为仪器驱动制定了编程接口标准，使应用程序可以完全独立于硬件和接口，提高了仪器驱动程序的执行效率。通用的仪器标准和信号驱动增强了不同厂商仪器间的互操作性，方便了代码移植，使无线数传测试设备具有良好的可扩展性，便于增加新的测试对象。

3.3 FPGA技术

无线数传测试设备中各功能模块基于FPGA的信号处理技术提升了测试中实时分析的性能。对无线数传测试设备而言，FPGA带来了包括设计灵活性，更快的测试速度，更高准确度的处理，更低的功率以及更低的成本等诸多优点，最大限度的支持了无线数传测试设备的可重配置性。

4 总结

开篇讲述了当前军用装备测试保障领域的现状和需求，以及合成仪器技术的发展和优势，提出基于合成仪器技术开发研制无线数据传输测试设备应用于武器装备无线通讯测试中，以解决通用测试设备面临的问题。文中给出了基于合成仪器技术的通用无线数传测试设备的软硬件体系架构和实施方案。最后阐述了通用无线数传测试设备中运用和包含的合成仪器关键技术。

合成仪器技术对于测试测量解决方案是一个颠覆性的转变，将测试测量的模型从离散的硬件仪器转变成了开放式的结构，为满足具体测试需求提供了机遇，又降低了成本，具备替代众多具体应用的测试技术的潜力；会为测试测量产业带来更广阔的前景，并成为电子测量仪器技术创新的新动力。

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［4］杨玉兴.基于合成仪器的航空无线电综合测试设备［J］.电子世界，2013，243（21）：58.

［5］方葛丰.合成仪器技术的发展及应用研究［J］.计算机测量与控制，2008，16（5）：595-597.

Synthetic Instrument Technology Application in Pod General Test System

Wang Jian1，Li Shilin2，Huan Liming2，Qi Yulin2，Meng Liang2

（1.93169 Unit of the PLA，Siping 136000，China；2.Beijing Aerospace Measurement＆Control Technology Co.，LTD.，Beijing 100041，China）

To effectively solve the problems which are large numbers of test components，physical large，high cost of special test component and poor compatibility of the military test equipment in the field of wireless communications test，Synthetic Instrument technology are provided.This paper puts forward that the Synthetic Instrument technology applied to general wireless data transmission test equipment.It discussed the detailed analysis of the functional requirements and the architecture of the software and hardware platform of Synthetic Instrument，the combination and sharing scheme of each function module.It introduced the Synthetic Instrument’s key technology which are applied，and the optimization and promotion in the hardware resource utility，test index and compatibility which provided by the key technology.It helps to achieve the goal of booting the general testing equipment for the development of miniaturization，generalization and low cost.

synthetic instrument；wireless data transmission test equipment；test system architecture；key technology

1671-4598（2016）08-0067-02

10.16526／j.cnki.11－4762／tp.2016.08.018

：TP273

：A

2016-06-07；

：2016-07-16。

王 健（1985-），男，天津武清人，学士，助理工程师，主要从事复杂装备的测试性、维修性与故障诊断等方向的研究。