基于LabVIEW的短波电台测试系统分析

摘要：短波电台在军事、航海、航空、广播等特殊场合和特殊领域发挥着重要的作用，是保证通信的主要手段之一。短波电台通话质量好坏、通信距离长短等受到多方面因素影响，因此需要测试的性能指标多、频率范围广、标准要求严格，对测试人员的专业性要求高，而手工测试耗时、费力、操作步骤烦琐、存在测量误差等问题。为解决上述问题，该项目设计了一种基于LabVIEW的短波电台测试系统，从软件结构设计、软件实现、测试验证等多个方面来分析，对其他电台测试系统的设计研发具有一定的参考意义。

关键词：短波电台；测试系统；射频；LabVIEW

中图分类号：TP206 文献标志码：A

0 引言

短波电台是指工作频率为3～30MHz的无线电通信设备，其设备较为简单，能以较小的功率实现几百千米的无线通信，主要采用调幅、单边带调制和调频等，应用于传送话音、等幅报和移频报等领域［1］。工程师不能仅凭经验来判断电台性能，须要测试具体的数据来验证是否满足指标要求。对电台设备关键技术性能指标的测试是确保其工作状态优良、通话质量顺畅的主要方法之一［2］。短波通信电台的通信质量主要包括射频和音频2个方面，除了基本的性能指标测试外，还须要测试环境参数，包括电磁干扰、高低温、振动测试、压力测试等。测试任务是由硬件工程师凭借专业知识和丰富的经验，使用通用仪表手工测量来完成［3］。测试过程不仅操作时间长、步骤烦琐，手工测量不可避免地会带来主观误差，增加了时间成本和人力成本，也带来了较大的测试误差［4］。该项目_{Wp2EgH/wERR4pfPxF8OOEA==}所设计的短波通信电台测试系统集成手工测试和自动测试2种测试方式，满足产品开发初期的调参，后期的指标性能验证以及生产测试等不同需求。工作人员通过操作测试软件，选择不同的产品文件，该系统自动执行测试任务，读取测试结果与每一个性能指标的标称值进行对比，判断产品是否合格，有利于工作人员将更多时间和精力放在产品性能提升上。

1 射频自动化测试概况

短波电台测试需要大量的仪器仪表，是一个复杂的过程。射频指标关系到一个产品的性能优劣，短波电台往往测试的指标多，时间紧，任务重，对射频工程师的要求高，而采用手工测试难度较大，所需设备较多且协同困难，数据不便于记录、存储，为此在研究自动测试技术的基础上，设计了短波电台测试系统。目前，自动测试技术是测试技术领域主要的发展方向之一。短波通信电台测试系统由安装了测试软件的计算机、测试仪表和待测电台共同组成。工作人员提前将测试软件安装到对应的测试计算机上，选择短波电台产品测试文件，新建工程和选择测试结果保存位置，点击“启动”，自动执行测试用例；仪器仪表完成对被测电台的参数测量；被测电台为短波电台，分为便携式、车载式、固定式，所需测量的性能指标略有差异。测试计算机与仪器仪表的连接方式有通用接口总线（General-Purpose Interface Bus，GPIB）和网线2种方式，与电台连接有通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）和网线。短波电台测试音频和射频2种信号，需要2种连接线，电台测试连接如图1所示。

按照图1测试人员搭建测试环境做好测试前准备工作，待测设备为不同型号电台产品。仪器仪表的选择是以硬件测试大纲为依据，选择不同型号的仪器，如网络分析仪、频率计、频谱仪、信号源、综测仪等。对于射频发射性能测试，测试人员须要选择合适大小的衰减器，以免发射高功率损坏仪器仪表。在测试之前，被测电台的射频接口与外部的大功率射频衰减器和仪器相连接，测试系统的控制线与电台自身的控制端口相连接，此时测试连接完毕。测试人员检查所有连接完成后，在自动化测试软件中打开对应测试项目，勾选指标测试项，自动完成待测电台产品的连接、电台参数配置、测试仪器的连接、仪器的参数设置和读取最终测试结果。测试结果记录分为在测试界面实时显示和保存在Excel表格2种类型，根据指标要求自动判定该测试项是成功还是失败，方便射频工程师分析产品问题提出改进方案。

2 短波电台测试系统分析

2.1 软件开发环境介绍

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是由美国国家仪器NI公司研制开发的一种程序开发环境，相较于C和Python等文本编程语言，LabVIEW使用的图形化编程语言——G语言，让用户能够较快掌握。其程序的框架易于读取，后期维护较为方便［5］。LabVIEW是一种具有极高可用性的图形化编程语言，在工业、学术以及研究领域的应用已经深入人心，成为一种普遍的、高效的数据收集与仪器控制软件。LabVIEW拥有一种强大的交互性，可以实现GPIB、VXI、RS-232、RS-485等多种协议，使得用户之间的数据交换变得更加便捷、高效［5］。该软件具备丰富的库函数，能够支持多种不同的软件标准，如TCP/IP和ActiveX，具有出色的性能和高度的可扩展性。其图形化界面让编程和操作变得更加简单、高效。通过运用专业的术语、图形符号以及概念，该系统最大限度地发挥出其优势［6］，同时，也能够轻松地实现仪器编程和数据采集，从而显著提升工作效率。

2.2 软件结构分析

短波电台测试软件采用分层结构设计，模块化编程，从上到下分别为应用层、功能层、传输层和物理层。其中，应用层是软件与用户交互的人机接口层，用于测试系统软件的显示与控制，简洁、美观、友好的界面方便用户快速掌握使用方法，提高工作效率。用户在软件界面配置测试参数、系统参数，测试结果实时显示到软件界面上。功能层是测试软件最核心与基础的部分，包含了3个主要的模块，主要有自动化执行模块、仪器仪表控制模块、测试结果管理模块。自动化执行模块：主要是接收应用层下发的测试任务，控制仪器仪表的自动连接和参数配置，调用不同的测试函数，自动配置电台参数，如频率、模式、功率等，执行测试任务，分2部分显示和保存测试结果。仪器仪表控制模块：主要完成仪器仪表的控制，仪器驱动层的安装、调用、封装，写入测试参数和读取测试结果。根据测试项的不同，测试系统可灵活扩展新的仪器仪表，控制多台仪器完成测试任务。测试结果管理模块：测试函数读取仪器测试结果后，实时显示到测试软件界面上，红色标注异常结果，绿色标注测试合格，同时，将测试结果存储到对应Excel文件中，方便查看历史数据记录。传输层则负责短波电台测试系统、待测电台、测试仪器仪表的通信问题，完成各个部分的数据传输工作。测试环境是测试工作顺利开展的前提和基础，物理层设备包括测试所用仪器仪表、待测设备、连接线缆（如射频线、音频线、GPIB线缆、网线等）、大功率衰减器、转接头等，测试人员需完成测试前环境的搭建和准备工作。短波电台测试系统如图2所示。

2.3 软件实现

该系统的功能是完成射频信号和音频信号的收发测试。发射机主要测试音频和射频的发送性能，接收机主要测试音频和射频的接收性能。测试人员使用控制线连接待测电台、仪器、测试系统，在测试系统界面配置电台的IP地址和端口号，输入测试频率、调制方式、发射功率、音量大小等，同时在测试仪器上选择对应的中心频率和模式进行设置，人工读取并记录测试结果，再次调整低、中、高不同等级的发射功率来完成测试。当测试频率较多时，该系统需要测试人员多次切换频率、功率等来达到全面测试的目的，手工设置射频输入输出、音频输入输出，读取和记录仪器显示结果，便于后续比较和衡量电台性能。手工测试对测试人员要求较高，须要花费大量的时间、精力来完成对电台的全面测试。因此，手工测试一般适用于电台开发初期，对产品参数进行调整的阶段，只须要测试部分频点和关键性能指标。

自动测试与手工测试相比较，整个流程更加简捷。测试人员搭建测试环境后，勾选指标测试项，点击“启动”按钮，开始自动测试，测试结果会实时显示在界面上，测试结束后会自动停止，也可手动停止。

测试人员通过Excel表格查询测试结果，也可以通过历史数据查询测试结果。短波电台测试系统界面如图3所示。

短波电台测试系统自动测试的实现流程是：首先建立电台的连接，测试软件与电台之间通过UDP协议建立连接，连接成功后，会一直发送心跳信息，每隔0.5s发送一条心跳，保证双方连接的可靠性。自动测试软件与仪器连接可以通过GPIB建立，借助VISA（Virtual Instrument Software Architecture） 软件包和SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments）指令集实现对可编程仪器的控制。LabVIEW自带的VISA库包含各种VISA函数，可以方便快捷地与频谱仪、信号源等硬件进行通信。在一个端口通过VISA写入函数发送“*IDSN？”指令，另一个端口使用VISA读取函数读取响应。该系统根据返回结果检测是否连接成功。VISA调用写入函数和读取函数，向仪器发送参数和读取测试结果。电台和仪器连接完成后才能进入下一步执行测试。测试完成后，测试结果分为2种显示，一种是通过波形图显示到界面上，另一种是存储到Excel表格中。该测试系统使用LabVIEW中的ActiveX控件，调用“Write to SpreadSheet File”函数写入Excel文件，数据完成存储后关闭Excel文件。

3 测试结果与分析

短波电台须要测试的关键性能指标项较多，通话质量好坏、通信距离长短等受到多方面影响，测试人员将分别使用短波电台测试系统自动测试和手工测试2种方式对电台进行测试，以调制灵敏度测试项为例，对短波电台测试系统进行分析和验证。

3.1 实验步骤

调制灵敏度是使发射机产生规定调制的输入信号电压。在通信原理角度看，调制灵敏度就是已调载波的变化量与调制信号的比值。测试连接如图4所示，测试流程如图5所示。

第一步，按照测试大纲要求，测试人员选择测试仪器为综测仪，将射频口RF与电台的天线口相连，综测仪的HI和OUT端口与电台的音频口通过音频连接线AF相连。避免工作人员误操作打开发射开关，高功率毁掉仪器仪表，发射机测试项在仪器射频口必须连接合适大小的衰减器，同时接收机测试项也要连接衰减器。

第二步，通过测试系统设置电台的工作频率为2.5MHz，调制方式为CW、打开接收开关、最大音量等参数。

第三步，配置综测仪（模式为接收RX）、滤波器以及测试频率，待信号稳定后读取信纳比。

第四步，信纳比与标准值比较，如果信纳比≥12 dB，则测试成功，判定测试合格；否则，测试失败，判定不合格，都将测试结果存储到Excel文件。

第五步，重复测试以下频率：3.5MHz、5.5MHz、7.5MHz、11.5MHz、 15.5MHz、20.5MHz、29.9MHz。

3.2 结果分析

在短波电台测试中，以调制灵敏度测试项为例，通用测试仪器R&S CMW-500、短波电台作为被测信号源，测试人员通过该系统对8个频点进行手工和自动测试，记录测试结果如表1所示。8个测试点全部测试完成，手工测试花费25min，自动化测试花费5min。经过分析比较，手工测试和自动测试可以满足短波电台产品不同研发设计阶段的使用需求，手工测试使用在产品研发初期，各项指标参数和性能不确定的阶段，调试产品最优参数，而自动测试主要使用在产品参数确定的阶段，尤其是生产阶段，可以节约测试时间，提高测试精度，极大地提高工作效率。

4 结语

基于LabVIEW的短波电台测试系统摆脱了以往手工测试费人、费时、费力的缺点，提高了频率测试范围、测量精度，缩短了测试时间。该测试系统包括手工测试和自动测试，满足了短波通信电台产品不同研发阶段的使用需求，极大地提高了工作效率，其未来的发展也是非常可观的，为其他产品测试系统的开发提供了一些参考。

参考文献

［1］门海蛟.浅谈短波通信技术应用和发展［J］.中国新通信，2017（3）：17.

［2］赵江炜，吴亚超，姜学民.短波超短波电台在应急通信中的应用［J］.中国新通信，2019（2）：19.

［3］张宏亮.民航甚高频地空通信系统中的问题与处置技术分析［J］.数码世界，2017（12）：331.

［4］金慧琴，王正磊，宋斌斌.窄带短波数据通信调制解调性能测试［J］.电子设计工程，2018（16）：95-98.

［5］王许鹏，邱力军，张世清.基于LabVIEW的示波器采集系统设计［J］.无线互联科技，2021（18）：29-30，47.

［6］刘俊杰.军用短波电台测试系统［D］.武汉：武汉轻工大学，2023.

（编辑 王永超）

Analysis of short-wave radio test system based on LabVIEW

YANG Xiumei， SUN Yue

（Nanjing Vocational College of Information Technology Jiangsu Province， Nanjing 210000， China）

Abstract： Shortwave radio plays an important role in military， navigation， aviation， broadcasting and other special occasions and special fields， and is one of the main means to ensure communication. Shortwave radio call quality， communication distance and other factors are affected by many factors， so the need to test more performance indicators， wide frequency range， strict standard requirements， high professional requirements for testers， and manual testing time， effort， cumbersome operation steps， measurement errors and other problems.In order to solve the above problems， this project， a short-wave radio test system based on LabVIEW is designed， which is analyzed from the aspects of software structure design， software implementation， testing and verification， and has some reference significance for the design and development of other radio test systems.

Key words： shortwave radio; test system; radio frequency; LabVIEW