基于C#的瞬时测频一键式多套并行编码平台设计

李 洋，王兆麒，谭 杰

（中国电子科技集团公司第二十九研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

瞬时测频技术可用于侦察敌方雷达载波频率或测量频率，在电子战中具有重要意义。根据机理的不同，可将其分为模拟测频和数字测频两种[1]。模拟测频将信号的频率信息转换成幅度信息，然后通过对幅度信息的测量获得频率信息，其关键在于编码电路；数字测频将信号通过采样变成数字信息，然后通过数字的运算获得频率信息，其关键在于采样量化电路及测频算法[2,3]。传统瞬时测频系统由放大器、鉴相器、编码器组成，多采用自相关技术，优点是瞬时性能好，缺点是测频精度不够高。数字瞬时测频系统利用高速模拟数字转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）以及数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）芯片强大的数据采集能力和分析能力，再辅以适当算法，可实现更高的测频精度[4]。

在实际工程应用中，某类瞬时测频产品的实现是利用不同长度的电缆对射频输入信号进行延迟处理，产生多对正余弦信号，然后通过电阻环、比较器或ADC芯片采样量化配合FPGA芯片进行编码。编码数据作为频率表的寻址地址，将对应频率码存放于频率表，然后将频率表固化至产品中，测频时以查表方式获取频率值，通过此方法可实现快速测频[5,6]。根据实际工程应用需求，为减小环境温度对部分产品测频精度的影响，还需在不同温度下通过编码获得不同频率表，按照温度分区查表测频。传统的编码平台每次只能对单套产品进行编码，需手动对软件和仪器进行反复操作，生产效率低、周期长且大量耗费人力，无法满足批量的科研生产需要[7]。因此，在保障产品质量的基础上设计多套并行自动编码平台和软件是非常必要的。

1 方案设计

计算机通过通用并行接口总线（General-Purpose Interface Bus，GPIB）与电源、信号源、频谱仪进行连接，采用I/O96卡与产品进行数据通信[8]。在编码过程中，先使用GPIB控制信号源和频谱仪完成输入端插损测试，然后控制电源完成产品上电，同时控制信号源输出所需信号并通过信号功分器到达产品射频接收端口，再通过I/O96接口将多套产品输出数据帧报送至上位机软件中。完成全部指定工作频点数据上报后，上位机软件控制电源自动进行产品断电，从而完成编码过程，整个编码过程为一键式自动运行。上位机软件保存接收数据并校验、处理，生成与产品对应的频率表，将此频率表固化至瞬时测频产品即可实现快速测频。

2 系统硬件设计

一键式多套并行编码平台硬件结构主要由计算机（含上位机软件）、程控直流电源、信号源、频谱仪、GPIB总线、I/O96卡、加电通信电缆以及信号功分器等组成。其中直流电源根据瞬时测频产品工作电压、功耗，可使用Itech、Keysight等常见品牌；信号源根据编码平台信号工作频率、调制参数需求，可使用Agilent、Anritsu以及Rohde&Schwarz等常见品牌；频谱仪根据产品工作频段，可使用Agilent、Anritsu等常见品牌；加电通信电缆需根据产品接口关系特性进行定制；信号功分组件根据瞬时测频产品工作频段及并行数量，可选择2功分、4功分、8功分等[9]。

瞬时测频编码过程中，使用上位机软件对仪器进行初始化，然后通过GPIB总线控制信号源和频谱仪根据编码工作频点等参数对输入的射频电缆及信号功分器的插损进行测试并保存为插损文件。按照实际并行编码产品套数设置电源的输出电压及限流值后，使用上位机软件通过GPIB总线控制开启电源为产品供电，然后根据指标需求及测得插损信息控制信号源输出既定参数、频率的射频信号，通过信号功分器将信号同时输入至各套产品射频接收端口。对输入信号进行处理、编码生成对应工作频率的编码数据，通过定制通信电缆传输，经由软件控制I/O96卡采集多套产品所输出的数据帧，并实时并行上报至上位机软件进行数据存储。在整个工作频段编码完成后，上位机软件通过GPIB总线控制直流电源断电，然后对采集的多套编码数据表进行单调性校验后生成相应频率表。

3 系统软件设计

一键式多套并行编码平台的核心部分是上位机软件，软件开发环境选择的是Microsoft Visual Studio 2010，控件库较完善且与微软系统有较好的兼容性。开发语言选择C#，灵活高效[10]。在上位机软件进行自动测试前，需要对I/O96卡、信号源、电源以及频谱仪等仪器进行初始化。按照实际需求对需要编码的瞬时测频产品数量及产品编号信息进行配置，并选择数据表保存路径。编码过程中，软件自动读取设置的产品信息，采集的编码数据和生成的频率表会自动按照设定的编号命名并按照指定路径保存。为了灵活应对不同参数的瞬时测频产品，上位机软件界面上有信号参数配置模块，可以根据产品指标要求对射频信号的工作频段、频率步进、信号幅度、调制参数等进行配置，控制信号源自动输出信号。

为保证射频接收端口的输入信号能满足技术指标要求，需考虑输入的射频电缆及信号功分器的插损，因此设计插损测试模块，包括配置界面和数据显示界面。在配置界面，可配置信号源工作频段、频率步进、信号幅度、频谱仪参考电平等参数，根据使用需求进行插损测试；在数据显示界面，同步测试结果并实时显示测试频点与测得插损值。输入插损测试完成后，测得数据会自动保存在上位机软件工程配置文件夹中，在瞬时测频产品编码过程中自动调用相应插损文件。

编码模块主要是控制仪器和产品的状态，通过I/O96卡读取产品回传的编码数据并保存。点击开始后，软件自动加载产品信息参数、编码信号参数及插损参数，按照加载信息设置信号源依次输出既定幅度、调制参数的频点，同时读取I/O96卡采集的多套产品并行上报的编码数据，进行数据处理并记录。上位机软件编码流程如图1所示。整个编码过程为全自动运行，逻辑层次分明，能够确保每套产品每个频点编码、数据保存的完整性，高效可靠地完成瞬时测频产品多套并行编码。

图1 编码流程

此外，设计频率表生成模块。上位机软件在自动编码过程完成后，通过频率表生成模块对每套产品采集的数据进行解析，并按照瞬时测频产品延迟线特性依次对每套产品进行单调性检查，检查完成后再对采集的编码数据进行处理转换生成地址码，最后将频率值写入相应地址形成频率表[11]。

4 结果分析

为验证编码平台的准确性和稳定性，随机抽取10件某类瞬时测频产品作为验证对象。在相同的仪器环境下，分别按照2件、3件、5件为一组使用平台进行一键式并行多套编码。与手动单套编码生成的频率表进行对比，其码表一致率为98.3%以上。将使用两种方式编码所得频率表固化至产品进行频率测试，测得频率准确度皆满足要求。经验证，使用一键式并行多套编码平台可满足某类瞬时测频产品生成质量要求，同时大大缩短生产周期，显著提高生产效率，达到设计预期。

5 结 论

基于C#高级编程语言与Visual Studio 2010编译环境开发一键式并行多套编码平台，采用积木式架构并依托GPIB及I/O96卡搭建硬件平台，结合上位机编码软件实现了多套类瞬时测频产品并行全自动编码，用户界面简洁、友好，降低了操作难度，有效缩短了产品生产周期，满足瞬时测频产品批量生产需求。本平台采用模块化设计，预留了部分功能开发接口，具备良好的可配置性和可拓展性，可为其他类似产品的软硬件平台设计提供一定的参考。