基于SCPI的运载火箭遥测系统自动测试平台设计

张元明，姚 迪，颜晓明

(上海宇航系统工程研究所，上海 201109)

基于SCPI的运载火箭遥测系统自动测试平台设计

张元明，姚 迪，颜晓明

(上海宇航系统工程研究所，上海 201109)

针对目前火箭遥测系统专属测试设备操作复杂、通用性差等特点，提出一种基于SCPI指令的虚拟仪器智能测试方案，利用SCPI指令完成程序对智能设备的输出控制，结合TCP/IP通信技术、数据库访问技术以及在LabVIEW程序中完成Excel动态存储技术等，实现了火箭遥测系统电性能自动测试、闭环测试、在线监测等功能，测试结果表明，测试平台极大地提高了系统测试效率，测试数据可靠性好，可满足运载火箭遥测系统电性能测试工作，具有较好的推广价值。

SCPI；自动测试；LabVIEW；遥测系统

0 引言

随着我国运载火箭进入密集发射时期，亟需一种快速、可靠的测试手段满足火箭当前大量电气测试工作的需求。运载火箭遥测系统负责整个运载火箭各系统输出信号的测量工作，由于外系统测量信号输出设备及信号输出方式不同，所以遥测系统要具备多种类型信号测量的能力，使用专用测试设备的方法迫使测试人员频繁的更换测试设备、重复调节信号输出，已严重影响系统测试进度[1]。因此希望通过对基于SCPI的自动测试平台的开发解决这一问题，自动化测试平台以Agilent智能设备为基础，通过SCPI语言控制D/A输出、数字函数发生器以及开关矩阵等设备模拟外系统信号输出，经遥测系统箭上设备采集后由测量车将数据通过网络传回自动测试平台，实现测试闭环。

1 平台总体设计

系统总体设计思路是在现有测试设备(信号发生装置、示波器、矩阵开关、程控D/A等)基础上，配合虚拟仪器技术实现遥测系统箭上信号自动测试[2]，系统基本功能包括以下五个方面：

1)程序模拟外系统待测量信号输出；

2)实现系统自动切换测量回路；

3)与外系统间阻抗匹配；

4)测试信号(源信号)采集与存储；

5)测试信号自动判读。

系统主要技术指标要求模拟外系统信号输出精度小于±0.5%，采集信号可用于事后回放，针对上述系统主要功能及技术指标，设计系统实现如图1所示。

图1 系统实现框图

2 测试平台组成及工作原理

自动测试平台测试方案如图2所示，为统一底层通讯模式，测试平台底层通讯均采用TCP/IP协议方式，各参试设备事先设置好IP地址，测试平台软件通过LAN总线方式将SCPI指令送出，函数发生器、程控D/A输出等执行设备收到SCPI指令后输出信号，开关矩阵组合在SCPI指令控制下将信号路由至目标接入点，信号输出后经过信号转接盒完成阻抗匹配及目标隔离，最终到达待测遥测设备信号接点，遥测系统箭上采集发射组合设备将信号以无线信号的形式发送至自由空间，待遥测测量车接收并解调无线信号后将遥测系统测试结果经LAN总线回传至自动平台测试程序，完成对信号的闭环测试。

图2 测试平台结构

3 测试实例

上位机软件采用LabVIEW开发，平台软件主要模块包括：(1)数据库访问：使用ACCESS数据库，在LabVIEW导入LabSQL组件，通过调用ADO Connection Creat.vi、ADO Connection Open.vi、ADO SQL Execute.vi完成数据库对象创建、连接打开、以及数据库具体的操作(如查询、插入、删除等)[3]，程序将全部SCPI指令存放在ACCESS数据库中，根据测试流程安排，从数据库中依次取出SCPI指令，实现各测试设备同步可控执行。(2) SCPI指令通信： SCPI指令发送是通过调用VISA函数库函数完成的，VISA函数库是仪器编程标准I/O函数及其相关规范的总称，适用于多种通信机制，通过VISA READ、VISA WRITE 可以完成SCPI指令发送[4-5]。(3)TCP/IP通信：在LabVIEW 应用软件中直接调用TCP 模块完成流程编写[6]，测试平台向遥测测量车发送请求，测量车根据请求将数据通过网络回传给测试平台。

以遥测系统中脉冲分频器测试为例进行说明：

图3 脉冲分频器测试原理图

如图3所示，LabVIEW主程序产生测试任务后从数据库中取出相应SCPI指令，指令经以太网送至信号输出设备执行，经短延时后程序发出SCPI开关动作指令，信号经转接盒送至待测设备输入端，主要SCPI指令[7]执行过程如下：

ROUT:OPEN :ALL 1 //测试前断开安装在Slot 1上设备的全部开关，防止误导通。

ROUT:CLOS(@1001,1002) //闭合开关s1001、1002将示波器，波形发生器接入测试通路

ROUT:CLOS(@1003) //闭合开关s1003，接通遥测分频变换器信号接入点

:APPL:SIN xxx.000000E+0 HZ,x.x00000E+0 VPP，0.000000E+0 V

//波形发生器输出xxx HZ，峰峰值为xxx mv的正弦信号，程序中此处有软件延时10ms，待设备输出稳定。

：SING；：TRIGger：SWEep NORM；：CHAN2:DISP ON；

：CHAN2 OFFSet 0；：TIM:POS 0；：CHAN2:SCAL xxxx；

：TIM:SCAL xxx；：TRIG:LEV xxx

//打开示波器2通道，并设置Y轴，时间轴分度值及出发电压等属性，程序中此处有软件延时10 ms，待示波器抓取波形。

：WAVeform:SOURce CHAN2；

：WAVeform；：FORM ASC；

：WAVeform:POINts 2000；

：WAVeform：DATA?

//设置波形数据源通道、数据格式、有效点数，并取回波形数据

4 测试结果

自动测试平台主界面如图4所示，左侧为测试流程信息，主要显示当前各智能设备在SCPI指令控制下的动作情况，右侧将各测试信号与Bool开关表示，当测试过程中测试结果超出误差范围时开关变为红色，警示用户测试过程出错，测试正常情况下Bool开关为绿色，右下方为示波器回传波形数据经LabVIEW软件二次制图结果。

图4 自动测试平台测试界面

信号测试结果及监视波形获取后，在LabVIEW主程序中使用ActiveX技术访问Excel的属性(properties)和方法(methods)，即对Excel的层次对象包括应用程序(Application)、工作簿(Workbooks)、工作表(Worksheets)、单元格(Cell)等进行操作[8]，完成测试数据写入。Excel文件中写入的数据包括输出理论值、遥测测量车回传值，示波器监测波形数据及测试结果等，图5为利用excel将波形数据作图后效果：

图5 测试结果及数据

5 结束语

自动化测试平台充分利用了数据库可在线读写的特点，将SCPI语句写入数据库，实现测试过程全自动化，省去了中间手动更换测试台及调节信号输出的时间，并且测试平台可以通过接收测量车回传数据，使测试过程从传统的开环测试变为闭环测试，变人工判读为自动判读，提升了遥测系统自动化测试水平。测试平台在测试数据存储方面采用excel文件存储数据，并将测试平台输出波形进行在线监测并存储，当测试发生问题时，可以根据示波器监视结果快速定位问题来源，实现故障过程回放。测试平台在运载火箭遥测系统电性能测试上的应用，提高了系统的智能化测试水平和数据完整性，遥测系统单台测试用时由原始的2 h缩短至十几分钟，具有一定的实用参考价值。

[1] 高 宇，朱秋明，罗艳强.遥测设备自动测试系统的设计与实现[J].数据采集与处理，2010，9，25(5):672-676.

[2] 陈佳滨.基于可编程仪器的卫星天线测试系统的研究与设计[J].南京邮电大学学报，2012，8，32(4):38-39.

[3] 唐 波，潘红兵，赵以顺,等.在LabVIEW环境下基于ADO技术和SQL语言的数据库系统实现[J].仪器仪表学报，2007，28(4):227-229.

[4] 蒋 薇，张晓波，赖青贵.基于LabVIEW的仪器通信技术研究[J].计算机测量与控制，2013，21(4):1030-1032.

[5] 雷震山，魏 丽，赵晨光.LabVIEW高级编程与虚拟仪器工程应用[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[6] 卞 娜，侯维岩.基于LabVIEW的无线传感器网络监控软件[J].测控技术，2012，31(2)：31-34.

[7] Agilent Technologies. Agilent technologies VISA user’s Guide[Z]. 2001.

[8] 陈金兰，张家精，陈 松. 基于ActiveX控件的LabVIEW动态控制Excel多工作表数据显[J].淮北师范大学学报(自然科学版)，2013，12，34(4):72-76.

Design of Automatic Test Platform in Carrier Rocket Telemetering System Based on SCPI

Zhang Yuanming, Yao Di, Yan Xiaoming

(Shanghai Institute of Aerospace System Engineering，Shanghai 201109，China)

In view of the equipments which Telemetering System used were excluded and complicated，an Automatic Test Platform based on SCPI was designed for the electrical performance test in Telemetering System，which make the best use of the intelligent instruments’ analysis capabilities on SCPI commander to realize the control of the outputs，combining with the TCP/IP、Database and Excel storage technology in LabVIEW，the Telemetering System test platform has realized automatic testing、closed loop testing and on-line monitoring. The application shows that this test method can greatly improve the efficiency of the system test，the test results are reliable to meet the system’s requirements. It is worthy using widely.

SCPI; automatic test; LabVIEW; telemetering system

2016-10-24；

2016-11-24。

张元明(1986-)，男，系统工程师，主要从事运载火箭测量系统设计方向的研究。

1671-4598(2017)03-0001-02

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.03.001

TP273

A