CN103248444A

CN103248444A - 一种基于单元组合面向测试参数的***集成装置及方法

Info

Publication number: CN103248444A
Application number: CN2013101805643A
Authority: CN
Inventors: 杨志兴; 陶芳胜; 黄珍元; 邱畅; 李龙
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CETC 41 Institute
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: CN103248444B

Abstract

一种基于单元组合面向测试参数的***集成装置及方法，其中装置包括：主控计算机、交换机，其中，还包括开关单元、下变频发生单元、数字化仪发生单元、基带信号发生单元、上变频发生单元相互连接及相互通讯；所述下变频发生单元与所述数字化仪发生单元相互配合，用于测试信号的接收及测试；所述基带信号发生单元与所述上变频发生单元用于相互配合，用于产生激励信号及发送。采用上述方案，易于构建高性能、低成本的测试***，只要最大程度地利用尽可能少的标准通用单元，就可以实现不同的仪器功能。

Description

一种基于单元组合面向测试参数的***集成装置及方法

技术领域

本发明属于自动测试技术领域，尤其涉及的是一种基于单元组合面向测试参数的***集成装置及方法。

背景技术

由于传统仪器构建的自动测试***虽然在武器装备中起很重要的作用，但是也暴露出很多问题：1）由传统仪器构建的综合测试与故障诊断***体系封闭，平台单一，因此标准化、通用性、灵活性、可扩展性较差。不同公司的同类仪器缺乏统一的接口标准，仪器之间兼容性很差；2）由传统仪器构建的综合测试与故障诊断***硬件成本较高、体积大、升级和维护困难。传统仪器就是具有完整仪器功能的测试仪器，具有固定的硬件资源和专用的总线接口，不同仪器的内部包含众多的相同功能的硬件组件，冗余度很高。不同厂家的传统仪器互换性较差，通常情况下无法互换，严重影响到综合测试与故障诊断***的升级和维护；3）针对被测对象的综合测试***与被测对象之间的距离受限制，不能太远，如果两个被测对象距离较远就很难统一到一个测试***中，因此基于台式仪器的综合测试***无法实现分布式同步测试、远程测试和故障诊断***。

现有测试***的集成方法，主要由主控计算机、测试仪器（如台式或插卡式）、接口适配器构成。***组建者根据***需要选择相应的仪器和适配器，主控计算机通过GPIB、VXI、PXI等标准总线控制多台传统台式仪器（如频谱仪、信号源、功率计、示波器、网络分析仪及噪声分析仪等）来完成***所需的参数测试。

***硬件方面主要是面向仪器的测试***，基于传统仪器的自动测试***现在具有很多标准，包括具有标准总线接口的台式仪器和基于VXI、PXI总线的卡式仪器。测试***根据功能和参数测试需求增加相应的仪器设备，组成***的仪器内部包含众多的相同功能的组件，例如，大部分传统台式仪器都包含有面板和显示器，而在综合测试***中，仪器的面板和显示器通常都是不使用的，而对于微波测量仪器来说，其内部也包括了众多的相同组件，例如下变频组件、中频处理组件、上变频组件和基带信号发生组件。

在***实现方面，首先需要将被测参数转换成通常的仪器参数（比如频谱参数、噪声参数、功率参数、频率参数等），然后选取相应的测量仪器（如台式仪器或卡式仪器）通过标准总线与主控计算机连接到一起，由主控计算机通过标准的SCPI命令实现对仪器的控制完成对应的仪器参数测量，之后由主控计算机根据得到的仪器参数完成相应的计算或转换来完成最终的被测参数测量。综上所述，现有测试***集成方式无论在硬件搭建还是***实现上都是面向仪器的，虽然在***实现上相对比较简单，但是硬件成本较高，难以满足现代测试发展的需要。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于单元组合面向测试参数的***集成装置及方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于单元组合面向测试参数的***集成装置，包括主控计算机、交换机，其中，还包括开关单元、下变频发生单元、数字化仪发生单元、基带信号发生单元、上变频发生单元相互连接及相互通讯；

所述下变频发生单元与所述数字化仪发生单元相互配合，用于测试信号的接收及测试；

所述基带信号发生单元与所述上变频发生单元用于相互配合，用于产生激励信号及发送。

所述的***集成装置，其中，所述下变频发生单元，用于实现测试信号中的射频信号到中频信号的频率变换，将输入的射频信号下变频至固定的中频输出到数字化仪发生单元；

所述数字化仪发生单元用于实现输入测试信号的数字下变频、分辨率带宽滤波、视频滤波以及视频检波。

所述基带信号发生单元，用于产生测试信号的基带信号通过所述上变频发生单元的模拟调制产生调制信号、点频信号或扫描信号。

所述的***集成装置，其中，所述相互连接方式采用总线标准LXI来连接。

一种基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：将被测信号变换成固定中频信号后输出；

步骤B：将所述固定中频信号调理、采样及数字下变频后得到IQ信号，并进行幅度及频率计算，将计算结果输出并显示；

步骤C：产生的基带信号通过模拟调制产生调制信号、点频信号或扫描信号；

步骤D：经上变频发生单元产生激励信号并输出。

所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其中，所述步骤A还具体执行以下步骤：

步骤A1：在0 波段，被测信号经程控步进开关衰减器、毫米波SYTX、宽带微波SYTX、低通滤波器进入0 波段变频组件中的基波混频器，与第一本振的基波混频，经开关放大器和带通滤波器到0 波段变频器组件中的第二变频器，第二本振差频得第一中频，在1、2、3 波段，被测信号依次经程控步进开关衰减器、毫米波SYTX 到达宽带微波SYTX，在经过预选后与第一本振相应的谐波差频得第一中频信号，在4波段，信号依次经程控步进开关衰减器、在毫米波SYTX 内首先经过预选，然后在混频器内与第一本振的二倍频进行相应的谐波混频，经开关放大器和带通滤波器到0 波段变频器组件中的第二变频器，与第二本振差频得第一中频；

步骤A2：第一中频信号和外混频输入信号经开关选择后合成后，进行平坦度补偿，补偿后信号经过功分器，一路输出到宽带选件板，一路与本振单元输出的第三本振混频输出第二中频信号，同时第三本振信号与梳状波信号上混频产生梳状波校准信号，用于校准中频处理通路的增益、带宽和平坦度，第二中频信号再经过模拟预滤波器与第四本振信号混频产生第三中频信号，经低通选择后输出。

所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其中，所述步骤B还具体执行以下步骤：

步骤B1：将第一中频信号、第二中频信号及第三中频信号通过输入衰减、程控增益放大、滤波和缓冲放大后，经ADC电路转换输出；

步骤B2：经FPGA 进行数字滤波、I/Q分解处理后存储到本地存储器，再通过DSP进行幅度、频率及信号脉宽计算后，进行显示。

所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其中，所述步骤C中具体执行：基带信号经DDS电路产生D/A转换器的转换时钟，最高频率达到存储器的波形数据，将按照转换时钟频率经过D/A转换器转换成产生调制信号、点频信号或扫描信号。

所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其中，所述步骤D中，所述上变频发生单元产生的激励信号为高波段信号时，由信号发生器内部的YIG振荡器及数字下变频器的方法实现。

所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其中，所述步骤D中，所述上变频发生单元产生的激励信号为低波段信号时，由信号分频和信号混频的方法实现。

所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其中，所述输出的方式为采用总线标准LXI。

采用上述方案，具有以下优势：

1、小型化测试单元,硬件结构由最低开放标准硬件单元组成。

2、易于构建高性能、低成本的测试***。只要最大程度地利用尽可能少的标准通用单元,就可以实现不同的仪器功能,而不必要在重复的功能块上增加花费,这样就可以集中精力提高每个功能块的性能,这使得在提高***性能的同时降低整个***的成本成为可能。

3、便于升级,使用寿命长。当测试***需要升级或出现老化过时情况时,只需添置或替换直接受影响的功能单元而不是整套仪器。这就降低了处理老化过时仪器的成本,同时也减少了相关的技术风险。

4、非常长的产品和***支持周期，将不再依赖于特定的硬件设备。

5、由于抽取了测量仪器的共性，因此和传统的自动测试***相比，本发明提出的测试***集成方法将具有很小的***体积。

附图说明

图1为本发明基于单元组合面向测试参数的***集成装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明通过对通用测试仪器的原理进行归纳，以信号的产生和接收为研究对象，将整个测试***划分为最低开放标准的硬件测试单元：即基带信号发生单元、上变频发生单元、下变频发生单元、数字化仪发生单元和开关单元，其中基本测试单元是组成测试***的最小单元和基础，它既不是以往具有完整仪器功能的单元化仪器，也不是一种简单的符合某种标准总线的接口卡，而是根据现代测量仪器基本原理组成，按实现功能、采用技术完整性、接口的规范性和标准性设计出系列具有完整结构和独立功能的系列单元。这些单元单个并不能直接完成通用仪器的功能，但通过对多个单元联接可构成实现一种通用仪器完整功能的硬件组成。同时为了扩展测试***的应用范围，适应新形势下对分布式测试和远程测试的需要，各个单元之间的连接总线采用新一代总线标准LXI来连接。在进行***集成时，只要针对需要测试的参数选用相应的测试单元，并辅以对应的测试方法即可实现完整的参数测量。这就将测试***的集成从面向仪器过渡到直接面向参数的测试***集成，相对于前者本发明方法则更为直接。

综上所述，本发明按照激励信号发生和接收两个过程进行的单元化设计具有很强的灵活性和可配置性，不但可以实现微波毫米波频段的信号产生和测量，对于低频段信号的产生和测量也很方便。本发明所述的装置及方法既能兼顾测试性能和费用，又可以得到性价比优良的测试***。

进行***的集成时,需要选择能满足测试功能要求的测试单元,然后通过配置合适的数据和触发总线组装成高性能的测试***。本发明的目标就是提出一种基于单元组合的面向参数测试***集成方法，下面说明如何利用上面划分的测试单元来实现信号源和频谱分析的***集成。

1、硬件平台的搭建

1.1、频谱测量功能的构建

频谱分析仪作为一个接收机实现的是对被测件输出信号的测试，因此在进行构建时，所示的测量通路上根据实际需要选择相应的单元即可构建，具体选择：下变频发生单元104、数字化仪发生单元103和计算机101即可构建，如图1所示。

其中：下变频发生单元104实现射频信号到中频信号的频率变换，将输入的射频信号下变频至固定的中频输出到数字化仪发生单元103；数字化仪发生单元103则是实现数字下变频、分辨率带宽滤波、视频滤波以及视频检波的操作。计算机101在这里起到两个作用：一是通过LXI总线对三个单元进行扫描参数控制；二是频谱分析和显示功能。具体工作流程如下：LXI下变频发生单元104将被测信号变换成固定中频信号之后送入LXI数字化仪发生单元103。由数字化仪发生单元103对其进行调理、采样和数字下变频之后得到IQ信号之后，再通过DSP进行幅度、频率的参数计算，最后将计算结果通过LXI总线传给计算机101进行显示，从而实现频谱仪的功能。

在0 波段，信号由输入端依次经10dB 程控步进开关衰减器、60dB程控步进衰减器、毫米波SYTX、宽带微波SYTX、4GHz 低通滤波器进入0 波段变频组件中的基波混频器，与第一本振(YIG 振荡器)的基波混频，经开关放大器和带通滤波器到0 波段变频器组件中的第二变频器，第二本振4.6GHz 差频得第一中频。在1、2、3 波段，信号依次经10dB 程控步进开关衰减器、60dB 程控步进衰减器、毫米波SYTX 到达宽带微波SYTX，在经过预选后与第一本振相应的谐波差频得第一中频信号。在4波段，信号依次经10dB 程控步进开关衰减器、60dB 程控步进衰减器，在毫米波SYTX 内首先经过预选，然后在混频器内与第一本振的二倍频进行相应的谐波混频，经开关放大器和带通滤波器到0 波段变频器组件中的第二变频器，与第二本振差频得第一中频信号。

各个波段第一中频信号和外混频输入信号经开关选择后，合成一路信号进行平坦度补偿，补偿后信号经过一个功分器，一路输出到宽带选件板，一路与本振单元输出的第三本振混频输出第二中频信号。同时第三本振信号也与梳状波信号上混频产生梳状波校准信号。该校准信号用来校准中频处理通路的增益、带宽和平坦度。第二中频信号再经过模拟预滤波器与第四本振信号混频产生第三中频信号，该信号通路2MHz 带通和12.5MHz 的低通选择后进入数字化仪发生单元。

第一中频信号、第二中频信号及第三中频信号由前面板中频信号输入端口输入，通过中频信号处理电路处理，包括输入衰减、程控增益放大、滤波和缓冲放大等，使得ADC电路接收的信号具有足够的带宽及合适的幅度，进而确保ADC转换的精度。经过ADC量化的数字信号送入FPGA 进行数字滤波、I/Q分解等处理后存储到本地存储器，再通过DSP进行幅度、频率、信号脉宽等参数计算，最后将计算结果由CPU通过LXI总线传给计算机101进行显示。

数字化仪发生单元103中所有的控制都是由嵌入式CPU单元通过PCI总线来完成，包括：通道衰减、增益、滤波带宽选择、采样时钟电路控制、基于FPGA及DSP的数字信号处理、数据存储及数据传输控制。

1.2、激励信号发生***的构建

信号发生作为用途广泛的现代智能微波测量仪器，主要是提供各种测试激励信号。在本发明中的单元体系结构中，应选取基带信号发生单元、上变频发生单元以及主控计算机来构成。

具体工作流程如下：基带信号发生器根据用户设定的波形格式，通过内部的FPGA电路和波形发生器产生需要的波形数据，当然这些数据也可由主控计算机仿真软件（如Matlab）或其他LXI设备产生，然后通过LXI总线下载到基带信号发生单元105中，通过DDS的方式产生DAC的转换时钟，存储器的波形数据将按照转换时钟的频率经过DAC转换成模拟信号，从而输出IQ调制信号。在基带信号发生单元105中，通过采用数字电路也可实现各种最基本的调制功能和各种序列功能。基带信号发生单元105产生的基带信号通过上变频发生单元106内部的模拟调制产生所需的各种调制信号、点频信号或扫描信号。

LXI基带信号发生单元105的工作原理如下：CPU根据设定的波形格式，通过FPGA的硬件电路产生D/A转换器的输出数据并存放在存储器中，当然这些数据也可由主控计算机仿真软件（如Matlab）或其他LXI设备产生，然后通过LXI总线下载到基带信号发生单元105中；DDS电路产生D/A转换器的转换时钟，最高频率达到，存储器的波形数据将按照转换时钟频率经过D/A转换器转换成模拟信号，最后经过滤波后从连接器输出。

上变频发生单元106高波段信号主要由信号发生器内部的YIG振荡器、数字下变频器的方法实现，低波段信号采用信号分频和信号混频的方法实现，分频时YIG振荡器调谐到相应频段，数字下变频器输出分别为YIG振荡器的2、4、8、16分频。混频时由本振信号的分频后信号与参考环来的信号相混频得到。

YIG振荡器的输出进入倍频器。倍频器的主要作用是将YIG振荡器输出信号进行2倍频。倍频器的另一个作用是功分，即是将振荡器的输出分别耦合出来送到数字下变频器和取样放大。

倍频器的输出进入调制放大滤波组件，实现信号的预稳幅功分、放大、线性调制、脉冲调制和谐波抑制。因信号谐波抑制可采用开关低通滤波器实现。调制放大滤波组件的另一个作用是将数字下变频器产生的低波段信号合并到主路输出。

频率稳定度和准确度指标由频率合成部分完成。它包括高性能参考环、高分辨率小数环、高纯本振环、取样变频以及YO鉴相和误差驱动。CPU首先通过YO驱动上的预置DAC将YIG振荡器的输出频率进行粗略设置。高纯本振环将YIG振荡器输出的千兆赫兹级的微波信号无失真地取样变频到十兆赫兹级的中频信号。中频信号与小数环输出的高分辨率信号进行频率/相位比较，得到的误差电压来精确调节YIG振荡器的输出并使之锁定在指定频率上。

整机的功率控制和幅度调制由两个ALC环构成。当输出高波段频率时，由耦合检波器将射频输出信号耦合出一小部分并将它转换为对应的直流电压，此电压与ALC环板中的参考电压相比较，得到的误差电压去驱动调制功分放大滤波组件中的线性调制器，来调节射频功率直到检波电压和参考电压相等，从而实现功率控制。当输出频率低波段频率时，相应的耦合检波和调制器均在数字下变频器内部。整机的幅度调制和脉冲调制由射频部分和ALC环实现。频率调制和相位调制在频率合成部分实现。

在本发明中，单一测试单元已经无法实现某一完整的参数测量功能，只有将相关测量单元结合起来才能完成一个完整的参数测量。这就从根本上改变了测试***结构方案及方法，传统测试***面向的是仪器，即通过仪器的相应功能来完成某一参数的测量，属于间接式测量方式。而本发明的装置及方法直接面向被测参数，在测试方法上则更为直接。在进行参数测量时，首先需要根据测量实现要求，选取对应的测试单元并选择相应的测试方案即可完成参数测量。

本发明中采用开放、通用、可扩展的软件体系结构，提供面向测试对象、基于ATML的测试信息建模环境，提供面向信号的TPS开发和运行环境，实现TPS移植和测试资源硬件的无关性，实现测试数据的共享和测试信息的融合。同时在TPS的基础上，针对本发明LXI测试单元组成的测试***，开发信号分析和信号产生软件单元，实现面向参数的测试***软件集成。

本发明实现方法上分为用户接口层、中间层、核心层、插件层、驱动层与单元设备层。为了实现单元最大程度上的互换性，从根本上实现测试驱动程序与程控接口总线的无关性，在驱动层中采用了基于可互换虚拟仪器测试驱动程序（IVI-TD）的思想，通过制定统一标准、符合特定规范的测试驱动程序接口，解决了测试程序与硬件设备的无关性。如果需要添加或更换新的测试单元，只需提供符合规范标准的驱动程序，然后在仪器搭建单元中进行简单的配置即可。

为了兼容的测试要求，在核心层上面设计了转换层，采用适配器和动态连接库技术，将测试方法进行读取及转换，使其能够直接执行，提高了通用性和灵活性；核心层主要包括仪器搭建、测试方法生成、仪器校准和计量、测试程序执行和数据分析与显示5个插件。其中测试方法生成是进行测试程序开发的主要工具，在本发明中测试方法采用“测试计划+基本操作”模式，即几个基本操作组合来完成一比较完整功能单元为一测试计划，几个测试计划组合起来实现一个完整参数测量功能为一测试程序。基本操作是测试方法生成编辑的最小单元，通常等效为单元驱动程序的操作函数。资源管理子***提供了以单元构建完整综合化仪器搭建管理平台，并且完成单元自测试、单元接口设置、单元标识符、校准数据编辑等。单元设备层是综合化仪器的软件最低层，是单元驱动软件的硬件载体，测试方法中每个操作最终都通过调用单元设备功能来实现。中间层将在核心层的基础上提供针对武器装备参数的各种单元，以及频谱分析单元、S参数分析单元和信号产生单元，用户可通过这些单元实现面向参数各种信号分析和各种格式的信号产生。

本发明的测试***软件集成除了可以实现传统测量仪器的功能之外，最主要的特征其可直接面对被测参数，比如电台的发射功率、接收灵敏度、频率准确度，天馈线的驻波比等。这样要完成某一种参数的测试工作，就不能再像控制传统仪器那样通过简单的命令即可完成，而要根据被测参数和相应的测试方法产生对应的测试程序，测试程序通过对多个测试单元进行控制才能完成被测参数的测试。

本发明在具体实现时通过测试程序生成技术和图形化设计环境来实现面向被测参数测试。首先，根据测试参数生成面向信号的测试描述，建立面向信号的测试需求模型以及使用一种统一的标准格式对测试需求模型进行描述是生成测试程序的关键。ATML标准中的测试描述部件为面向信号的测试需求描述提供了标准定义。ATML测试描述标准列出了在一个特定的UUT上执行的测试程序的信息，包括测试设定、分组和序列步骤，以及测试结果的评定步骤、测试界限等，为测试程序的生成、执行以及诊断推断等提供开放式结构标准。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种基于单元组合面向测试参数的***集成装置，包括主控计算机、交换机，其特征在于，还包括开关单元、下变频发生单元、数字化仪发生单元、基带信号发生单元、上变频发生单元相互连接及相互通讯；

2.如权利要求1所述的***集成装置，其特征在于，所述下变频发生单元，用于实现测试信号中的射频信号到中频信号的频率变换，将输入的射频信号下变频至固定的中频输出到数字化仪发生单元；

3.如权利要求2所述的***集成装置，其特征在于，所述相互连接方式采用总线标准LXI来连接。

4.一种基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：将被测信号变换成固定中频信号后输出；

步骤D：经上变频发生单元产生激励信号并输出。

5.如权利要求4所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其特征在于，所述步骤A还具体执行以下步骤：

6.如权利要求5所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其特征在于，所述步骤B还具体执行以下步骤：

7.如权利要求6所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其特征在于，所述步骤C中具体执行：基带信号经DDS电路产生D/A转换器的转换时钟，最高频率达到存储器的波形数据，将按照转换时钟频率经过D/A转换器转换成产生调制信号、点频信号或扫描信号。

8.如权利要求7所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其特征在于，所述步骤D中，所述上变频发生单元产生的激励信号为高波段信号时，由信号发生器内部的YIG振荡器及数字下变频器的方法实现。

9.如权利要求7所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其特征在于，所述步骤D中，所述上变频发生单元产生的激励信号为低波段信号时，由信号分频和信号混频的方法实现。

10.如权利要求7所述的基于单元组合面向测试参数的***集成方法，其特征在于，所述输出的方式为采用总线标准LXI。