基于虚拟仪器技术的短波电台自动测试系统分析

张 倩，夏 萍

(南京熊猫汉达科技有限公司，江苏 南京 210014)

0 引言

自动测试系统在虚拟仪器技术支持下具备效率高、成本低廉、灵活方便等特点，采集、分析、处理数据并模拟真实仪器面板属于虚拟仪器技术的应用关键。保证虚拟仪器技术更好地服务于自动测试系统，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1 基于虚拟仪器技术的自动测试系统研究

基于虚拟仪器技术的自动测试系统近年来在我国多个领域均有着广泛应用，基于图形化编程语言的开发平台LabVIEW在这类系统的开发中发挥着关键性作用。以某基于虚拟仪器技术的自动测试系统为例，该系统用于导弹测试，系统的平台为工控机(AD-Link)，同时设置有PCI总线插槽、串口扩展卡、控制卡、多通道数据采集卡、射频合成信号发生器、导弹模拟信号源、高频头、导弹接收机，基于虚拟仪器技术的导弹接收机测试系统由此构成。导弹接收机测试系统的核心单元为工控机，负责分析和处理各个接口和通道的数据，数据的传输方向由图中的箭头方向代表。作为控制端的工控机负责目标位置、弹号、角度、频点设置，通过RS422接口将数据组帧发送给模拟信号源，基于RS422口，信号源可以向工控机反馈复位、自检等信息。通过GPIB电缆，射频合成信号发生器与工控机进行连接，基于LabVIEW开发平台中的GPIB函数，即可对射频合成信号发生器的频点和信号调制方式、输出功率进行设置，信道中传输需基于调制后的基带信号实现。接收机的信号向工控机的发送基于数据采集卡和RS422口实现，前者发送过程中的数据采集卡通道数需基于需要测量的信号种类确定。接收的数据由工控机负责分析处理，接收机的运行状态可基于协议判断[1]。

LabVIEW开发平台在数据采集与仪器控制方面的表现极为优秀，提供有丰富的接口处理控件，可简单便利地实现接口读写操作，能够满足多接口的数据处理需要。如基于虚拟仪器技术的导弹接收机测试系统的软件设计与实现需关注RS422接口的数据处理、GPIB设备的程控实现、DAQ多路数据采集。RS422接口的数据处理需基于串行接口扩展板卡和全双工差分物理接口实现，通过针对性地制定通信协议，传输数据的分析处理可更好地开展；GPIB设备的程控实现需得到GPIB接口技术的支持，以此保证自动测试系统能够更好地由各种不同的仪器设备组成，发射信号的调制方式、工作频点、功率可通过射频合成信号发生器设置，以此实现调制信号输出，射频合成信号发生器的控制基于GPIB函数实现，GPIB设备地址的针对性设定需得到重视；DAQ多路数据采集需通过A/D转换、数据采集卡分析处理采样数据，工控机负责最后的分析处理，辅以16路模拟输入通道、低成本的数据采集卡，即可最终通过系统自动生成测试报表，基于虚拟仪器技术的自动测试系统应用价值可见一斑[2]。

2 基于虚拟仪器技术的短波电台自动测试系统的设计与实现

2.1 硬件组成

基于虚拟仪器技术的短波电台自动测试系统硬件由RS232串口线、衰减器、电台、射频频谱分析仪、PC机组成。频谱分析仪与被测电台的连接需基于衰减器实现，PC机与被测电台的连接需基于串口实现，同时需要在局域网内接入频谱分析仪和PC机。通过对被测电台进行控制使其进入无调制单载波发射状态，短波电台自动测试系统即可通过接收并显示电台信号的控制频谱分析仪开展输出载波频率、载波功率测试。载波频率正常性属于测试的重要内容，存在较大误差的输出载波频率会导致正常通信无法实现。载波功率正常性也属于测试的重要内容，过小的载波功率会导致通信效果受到影响，过大的载波功率则可能损害设备。

2.2 软件构成

软件属于基于虚拟仪器技术的短波电台自动测试系统核心，硬件与软件的紧密结合方可满足短波电台自动测试需要，系统的实时性、实用性可靠性直接由软件决定。基于多方面因素考量，最终选择Win7系统作为开发环境，开发平台选择LabWindows/CVI2019，采用C语言作为编程语言。本文选用的开发平台属于应用自动测试、仪器控制、数据采集系统的可视化开发环境，由此即可顺利开发虚拟频谱分析仪软面板，这种开发环境在控制、测试、信息处理、故障分析软件的开发中具备显著优势，尤其适合复杂、大型的测试环境，优良的测试性能可由此实现。基于虚拟仪器技术的短波电台自动测试系统软件由两个模块组成，分别为频谱分析仪和短波电台的控制模块。短波电台控制模块负责设置信道带宽、跳频模式、电台定频，以此保证短波电台能够顺利进入信号无调制单载波发射状态。频谱分析仪控制模块负责电台载波信号的接收显示并测试电台载波信号的频率、功率，该模块属于基于虚拟仪器技术的短波电台自动测试系统关键，需实现对频谱分析仪的科学控制。基于虚拟仪器技术的短波电台自动测试系统具备自动测试和手动测试两种功能，前者可自动完成测试且无须手动干预，后者需要手动控制频谱分析仪和短波电台，参数的设置需结合具体需求[3]。

2.3 对电台的程控

基于SLIP协议实现对手持电台的通信，SLIP属于在串行线路封装IP数据包的简单形式，属于应用较为广泛的一种协议。计算机上的RS232串行通信端口属于常用的总线形式，可较好地用于仪器控制和测试测量，本文采用SLIP协议建设短波电台自动测试系统，为实现程控，与电台的通信需基于串口实现。具体的实现过程需要将串口打开并对串口的通信参数进行设置，他公司需要禁止硬件握手、清楚串口输入输出队列、向串口写入命令，具体的程控命令存储于buf中，最终将串口关闭。

2.4 对频谱分析仪的程控

作为虚拟仪器的重要组成部分，软件界面在短波电台自动测试系统中发挥着重要作用，由于软件需要实现测试结果显示、仪器参数设置等功能，因此需要设计便于使用、简单直接的软件界面，软件界面由测试结果显示区、手动参数设置区、波形显示区组成。频谱分析仪的频谱可基于波形显示区实时跟踪显示，采用自动分格的频率作为横坐标，采用分为10格的幅值作为纵坐标。基于测试需要，用户可通过手动测试参数区实现对频谱分析仪参数的快捷设置，手动设置完成按钮需在设置完毕后点击。在测试执行过程中，被测电台载波信号可由测试波形显示区显示，发射机载波功率、频率测试结果可由测试波形显示区直观显示。完成测试后，退出虚拟测试界面需点击右下角退出按钮。在短波电台自动测试系统的自动测试下，系统设置可基于默认参数开展，此时存在不可控的手动参数设置区，完成测试后自动返回虚拟测试界面，自动测试下完全不用人为干预测试过程，自动测试功能由此顺利实现。

2.5 软件实现

短波电台自动测试系统的软件实现须首先建立UDP连接，UDP连接负责实现与频谱分析仪的通信，网络数据流量可基于UDP协议压缩成数据包的形式，由此即可得到二进制数据的传输单位(典型数据包)。每一个数据包的报头信息由前8个字节包含，具体的传输数据由剩余字节包含。TCP与UDP操作不同，计算机不需要建立一个连接，一个UDP应用可同时作为应用的服务器方或客户。由于无须建立明确的连接，UDP协议具备较高的通信效率。在UDP连接建立的过程中，IP地址设置准确性和频谱分析仪接收程控命令端口正确性必须得到保障。短波电台自动测试系统的程序流程可概括为：“系统自检并初始化→自动测试？→是/否→按默认参数进行设置/手动开展参数设置→产生Timer消息/产生控件信息→数据采集解析显示波形/控件消息处理→退出程序？→是/否→返回测试结果/自动测试？”。短波电台自动测试系统包括数据采集解析波形显示模块、控件消息处理模块、结束程序模块、自动测试判断模块、自检并初始化模块，其中的采集解析波形显示模块、控件消息处理模块属于特殊控件的消息处理范畴。定时器属于一类特殊控件，其隐藏于开发平台的用户界面上，不断产生消息可基于预先设置的时间间隔通过定时器实现，需要重复执行的代码也可通过对消息回调函数处理的利用实现。初始化成功的短波电台自动测试系统需首先开展手动测试和自动测试的执行判断，以此开展频谱分析仪参数的针对性设置，初始化参数设置在这一过程中具备较高必要性，波形数据在测试过程中的采集、解析和显示直接受到影响。在完成参数设置后，需完成UDP通信协议的首先建立，以此频谱分析仪的波形数据即可实时采集，对于采集、解析和显示频谱数据的过程来说，为实现实时数据获取，数据采集执行过程需要设置周期循环为5 s。在送做显示前，数据的解析处理须基于频谱分析仪发出的数据报定义和格式，虚拟面板上需显示数据处理后的波形，辅以针对性选择的波形显示函数，短波电台自动测试系统即可更好满足实际需要。

3 结语

综上所述，基于虚拟仪器技术的短波电台自动测试系统具备较高推广价值。在此基础上，本文涉及的硬件组成、软件构成、对电台的程控、对频谱分析仪的程控、软件实现等内容，则直观展示了基于虚拟仪器技术的短波电台自动测试系统实现路径。为更好地开展短波电台自动测试，系统的针对性开发、技术人员的重点培训同样需要得到重视。