（通信与信息系统专业论文）航天测控与通信分系统自动化测试系统研制.pdf

华中科技大学硕士学位论文随着科学研究和工业生产的发展，自动化测试系统已经得到了很广泛的发展和应用。而在航天领域，测试工作具有精度高，时间长，重复工作多的特点。因此在这个领域进行自动化测试技术改造显得十分必要。本文将围绕着“堕丞型蝰与通信分系统的自动化测试系统”的设计而进行阐述“航天测控与通信分系统的自动化测试系统”主要包括两个部分：通信设备电源的自动控制和指令状态的实时采集部分，无线通信信道的性能指标测试部分。前一部分采用串行总线作为系统接口，利用单片帆电路录分别完成电源控制和数据采集功能，和主机通讯方式分别采用中断和查询。主机控制程宁基于v c 月：发，使用系统的通信功能控件，可以方便实现串行通信编程。后一部分使用h p i b 作为接口总线，串接计算机，可编程仪器，以及信号切换箱。软件选择v e e 作为开发环境，充分利用其图形化，组件化的特点，实现快速编程。仪器的控制采用底层语言，提高程序执行效率。整体软件结构采用模块化、层次化的设计思想，本系统具有结构明确，易于维护、移植、扩展的特点。关键词：自动化测试系统，串行通信，v e e ，h p - - i b华中科技大学硕士学位论文竺! ! ! i l l l = ! i ii 竺竺竺竺! ! ! ! 竺a b s t r a c tw i t ht h ed e v e l o p i n go fs c i e n c er e s e a r c ha n di n d u s t r yd e m a n d ，a u t o m a t i ct e s ts y s t e ma t s ) h a v eg a i n e db r o a dd e v e l o p m e n ta n db e e na p p l i e di nm a n yf i e l d s w i t ht h ec h a r a c t e r so fh i g hp r e c i s i o n ，l o n gt i m ea n dr e p e t i t i v eo ft e s t i n gw o r ki nt h es p a c e f l i g h tf i e l d i t sv e r yi m p o r t a n tt oi m p r o v et e s t i n gm e t h o dw i t ha t s t h i sa r t i c l ew o u l de x p o u n dt h ed e s i g no f 。a u t ot e s t i n gs y s t e mf o rc o n t r o l l i n ga n dc o m m u n i c a t i o ns u b s y s t e mo fs p a c e f l i g h t ”t h ea u t ot e s t i n gs y s t e mf o rc o n t r o l l i n ga n dc o m m u n i c a t i o ns u b s y s t e mo fs p a c e f l i g h ti n c l u d e st w op a r t s ：a u t o m a t i cc o n t r o lt h ep o w e ro fc o m m u n i c a t i o ni n s t r u m e n ta n dr e a l - t i m es a m p l i n gd i r e c t i v e ss t a t e ；t h eo t h e ri st e s t i n gt h ec a p a b i l i t yi n d e xo fc o m m u n i c a t i o nc h a n n e l t h ef o r e p a r tu s e ss e r i a lb u sa ss y s t e mi n t e r f a c ea n dd e s i g n st w os i n g l e c h i pc i r c u i t st or e a l i z et h ef u n c t i o no fc o n t r o l l i n gi n s t r u m e n t s p o w e rs u p p l ya n ds a m p l ed i r e c t i v e s s t a t e o n ec o m m u n i c a t e sw i t hc o m p u t e rb yi n t e r r u p t i o n ，t h eo t h e rb yi n q u i r y t h ec o n t r o lp r o g r a md e v e l o p e du n d e rv c 6 0i se a s yt or e a l i z et h ef u n c t i o no fs e r i a lc o m m u n i c a t i o nu s i n gs y s t e m sc o m m u n i c a t i o nc o n t r 0 1 t h eo t h e rp a r tu s e sh p i bb u sa ss y s t e mi n t e r f a c et ol i n kc o m p u t e r , p r o g r a m m a b l ei n s t r u m e n t sa n dm i c r o w a v es i g n a l ss e l e c t i o nb o x t h et e s t i n gs o f t w a r ec h o o s e sh pv e ea si t sd e v e l o p i n gl a n g u a g ew h i c hh a sf e a t u r eo fv i s u a l i z a t i o na n dm o d u l et h a tc a nl e s s e nt h ep r o g r a m m e r s b u r d e n t oi m p r o v ep r o g r a m sp r o c e s se f f i c i e n c y w ec o n t r o li n s t r u m e n t sb yl o w e rl e v e rl a n g u a g e b e c a u s eo fd e s i g n i n gi nm o d u l ea n dl a y e rm e t h o d ，t h ew h o l es o f t w a r es t r u c t u r ei sv e r yc l e a ra n ds u i t a b l ef o rm a i n t e n a n c e ，t r a n s p l a n t a t i o na n de n l a r g e m e n t k e yw o r d ：a u t o m a t i ct e s t i n gs y s t e m s e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，h p i b h pv e ei i i华中科技大学硕士学位论文x 上 j 一日舀作酱在渎研期间，主要承担了两个科研项目的研究和开发工作：个是“航天测控与通信分系统的自动化测试系统”，另一个是“网络信息技术发展趋势研究”“航天测控与通信分系统的自动化测试系统”是为航天科技集团做的一个项i j ，任筹是设计开发一个能完成无线通信信道性能测试的自动化测试系统，并能实现筹个通信设备电源的自动控制和对天指令状态的自动采集。“航天测控与通信分系统的自动化测试系统”是基于目前航天测试系统进行向动比，智能化的要求，利用测控专用总线，将汁算饥技术、自动测试技术激入到；州试系统，实现对航天通信设备的自动化控制和通信信道的自动化测试。作者在这个项目中，改造了系统的“微波信号切换箱”，完善了电源控制板和状态采集板的单片机驱动程序，设计编写了主机端的控制程序，完成了自动化测试系统的软件设汁，实现了系统功能。本系统已经在航天测控中得到使用“网络信息技术发展趋势调研”是为- - f 工n 络信息所做的一个发展战略的调查，主要是对信息技术领域做一个全面深入细致的调查，分析各种发展动向的技术和市场情况，为企业的发展起一个定位的作用。作者在这个任务中负责整个调查的计划的实施和信息综合分析工作。本文将围绕着“航天测控与通信分系统的自动化测试系统”的设计实王兕，详细讲述其总体结构的考虑，硬件平台的搭建和相关设备的设计，软件设计的具体功能实明。华中科技大学硕士学位论文第一章：综述随着科学技术和生产的发展，对电子测量提出了越来越高的要求。特别是六十年代以来，电子计算机的广泛应用，在测试领域引起一连串深刻的反响。在这种形势f ，传统的人工测试已经很难满足要求，自动化测试应运而生。通常把在人工最少参与的情况下，能自动进行测量，数据处理，并以适当的方式显示或输出测试结果的系统称为自动测试系统“( a t s - - a u t o m a t i ct e s ts y s t e m ) 。在这种系统中，整个测试工作通常都是在预先编制好的测试程序统一指挥下自动完成的。在自动测试系统中的各种设备大多可以程控，称为自动测试设备。或可程控设备。采用这种系统进行测试时，人的作用主要是根据测试任务组建系统和编制测试软件。系统一旦开始正常工作，它的各种操作般都由系统本身自动完成。对自动化测试的迫切需要主要表现在以下几个方面：1 测试参数复杂，工作量大，对测试系统的功能和性能要求越来越高。自动测试系统中的计算机控制，具有很强的实时逻辑判断、记忆存储和运算处理能力。这种系统可按事先编好的程序自动切换测试点和进行巡回检测，适合于测试内容复杂、工作量大的应用场合。利用计算机，还可以把复杂的测试简化，降低测试的复杂性。2 要求测试速度快。在现代科技和生产领域，对测试速度要求越来越高。且不说像空间对抗、宇宙航天等要求速度极快的测试，就是在生产领域，现代化大生产的控制系统，监视系统也往往要求很高的测量速度。在传统的人工测试中，一般只能先取得测量数据，再经过人工分析数据，最后才能根据分析的结果去调整或改进过程。但是现代化的生产线往往要求实时检测和自适应处理。在自动测试系统中，用计算机指挥，还可以自动校准，自动调整测试点，自动切换量程和频段自动记录和处理数据，测试速度通常比人工测试快几十到几百倍，这样才能进行实时测量实时处理和实时控制，使测试分析和测试结果的应用融为一体。3 要求测量的精确度高。自动测试系统首先是在那些对测试要求严格的军事部门发展起来的。在这些部门中，测试人员的疏忽可能造成严重的后果。采用自动测试系统，可避免操作人员由于测试技术、生理分辨能力及偶然疏忽造成的误差。4 要求长期进行定时或不间断测试。为了发现一些偶然出现的异常现象或间歇故障，或者为了监测某些不定期出现的客观现象，在生活和科技领域常要求长期进行定时或不间断测试。即使测试人员责任心很强，这种测试也是很困难的，例如曾l华中科技大学硕士学位论文经舒过某石油化工厂由于电磁阀间歇短路造成较大损失的报道。类似的故障只有采用自动测试才能及时发现、及时报警或及时转入处理故障的中断服务程序。5 对危险或测试人员难于进入测试场地的测试。随着人类活动或探索领域的扩疑，要求测试的范围也不断扩大。其中某些具有定的危险性或有损测试人员健康的地芎及有些测试人员难于进入的场合。例如对核爆炸现场、海底、高寒山区、高驴、营道内部的测试，均可以通过自动测试取得结果。客观的需要是科学发展的最大动力，正是上述迫切需要促进了自动测试系统的，“生和。筻展。汁锋机技术、微电子技术、现代通信和现代信息处理技术的发展为测试技术的自功二提哄r 必要的技术条件和手段。1 1自动测试系统的工作模式自动测试系统包括硬设备和软设备，系统也可大可小。小的自动测试系统可以f z 由一台智能测试仪器组成，它可以通过标准接口与其他测试设备进行连接。大的系统可以由一台计算机控制下的许多台自动测试仪器组成。不论哪种情况，其工作模式3 1 大体相同，这就是：( 1 )用传感器将电的或非电的被测物理量变换成电信号，进而进行必要的放大和预处理，使之达到自动测试仪器所能接受的水平。( 2 )实现被测信号的自动采集和数据处理。( 3 )按规定的方式对测试结果作出必要的判别和反馈，并能将测试结果自动显示出来。( 4 )系统有必要的自检能力。( 5 )有标准接口，可随时参与组建成更大规模的测试系统。自动测试技术与仪器设计就是要研究可以实现自动测试任务的各种测量技术和自功测试仪器及其系统的设计和组建方法。1 2 自动化测试的发展六十年代以来，自动化测试系统得到了迅速的发展和普及。z华中科技大学硕士学位论文i 2 1 第一代自动测试系统早期的测试系统多为专用系统，是针对某项具体测试任务而设计的，通常称为第一代系统。它主要用于大量重复测试、可靠性要求高和工作人员难于达到的测j 式场合。常见的主要有产品自动检验系统、自动分析及自动监视系统等等。没计和组建第一代自动测试系统存在不少困难，主要是系统组建者需自行解决仪器与仪器、仪器与计算机之间的接口问题。当这种系统比较复杂，需要键控的没子较多时，研制工作量很大，所需费用亦较贵。更重要的是，这种系统适应性j ：强，变测试内容一般需要重新设计电路，即它的接口电路不具备通用性。1 2 2 第二代自动测试系统七十年代，自动化测试系统解决了标准化的通用接口总线问题，从而使自动测试进入了目前应用最广泛的第二代【4 i 。在这种自动测试系统中，各设备按积木形式连接起来。这种系统组建方便，功能实现灵活。目前普遍使用的一种可程控测量仪器的接口系统，是在1 9 7 2 年由h p 公司正式提出来的，后来定名为h p i 旷。以后这套系统陆续为美国电气与电子工程师学会( 1e e e ) 及国际电工委员会( i e c ) 接受，并正式颁布了标准文件。这套系统在美国称为i e e e 一4 8 8 、g p i b 或h p i b ，在欧洲、前苏联和日本称为g p i b 或 e c 一6 2 5 。名称不尽相同，但基本内容是一样的，只是作为国际电工委员会的标准 e c 一6 2 5 的总线系统比i e e e - - 4 8 8 标准及h p i b 多了一条地线。作为可程控测量仪器的一种接口系统，我国原电子工业部等几个中央部先后颁布了部级标准，以后又正式定为国家标准( g b2 4 9 1 2 4 9 2 - 8 5 ) ”，于1 9 8 6 年1月l 同开始实施。在我国科技人员中，通常把这套系统称为g p i b 或 e e e 一4 8 8 。h p r b 主要用于受干扰较少的实验室及生产测试条件下的自动测试系统。它可以把世界上不同国家、不同厂家生产的仪器设备，用通用的标准接口和总线连接起来，避免了以往每次组建系统时都要设计一套专用接e l 的重复劳动。在这套系统中采用华中科技大学硕士学位论文i i i i比特并联、字节串连的方式传输信息，便于用计算机控制。同时由于它通用性强、对被联仪器设备没有什么苛刻要求，结构简单，性能可行，操作灵活，方便，体积小，价格也较低廉，因此作为一项国际标准，它获得了世界各国的广泛承认和采用a近年来作为系统的控制者的微型计算机价格大幅度下降，同时作为h p - - 1 8 系统的接口电路，已生产出多种大规模集成电路芯片，这些都促使这套系统快速地得到普及，与这套系统兼容的仪器、设备的品种和数量也迅速增长。目前世界重要电子仪器厂家的大量产品都带有h p i b 接口。我国制造的些微计算机和电子仪器也开始配备与h p i b 兼容的功能，已经生产出带这种接口的微计算机、计数器、数字多用表、电压标准源、多功能校准器、打印机和逻辑分析仪等多种仪器设备，还生产了母线控制器和用于 b mp c 机、a p p l e i 【机及其兼容机的h p i b 接口板和相应的软件。h p f b 系统虽然主要是为把电子测量仪器组成自动系统而研制出来的，但是它的应用范围正在扩大。在自动控制、数据交换、计算机、雷达、导航、通讯、电视、宇航、核物理、过程控制、医疗保健、生物工程和环境保护等很多领域都得到应用。h p 1 8 的有关原理和使用方法不仅成为仪表、测试领域的基本知识，而且也成为整个电子科学技术领域科技人员的必备知识。除了h p i b 接口系统，还存在一些其它的通用接口系统。例如c a 眦c 系统( 即 e e e - - 5 3 8 系统) ，又称为计算机辅助测量与控制接口系统，它主要用于核物理中的电子测量系统或其它较大型的自动测试系统，也可以和h p i b 系统结合起来共同使用。此外，r s - - 2 3 2 也是种串行接口系统。这种接口除用于设备间传递信息外，还可与通讯线路等连接，经过一定的变换进行远距离数据传送。为便于现场维修，近年来还发展了些便携式的接口系统，有代表性的是惠普公司的便携式h p i l ( h pi n t e r f a c el o o p ) 接口，它是一个比较简单的串行系统，用手持计算机作控制器，对于现场测试和维修比较方便。采用标准化通用接口总线是第二代自动测试系统的主要特点，也是目前应用最广泛的系统。1 2 3 第三代自动化测试系统第三代自动化测试系统和计算机更紧密地结合起来，它就是虚拟仪器( v i r t u a li n s t r u m e n t ) 技术。虚拟仪器就是通用计算机上的一组软件和硬件，使用者操作计算机就像是操作一台传统电子仪器。虚拟仪器技术的实质是充分利用最4华中科技大学硕士学位论文新的计算机软硬件技术来实现和扩展传统仪器的功能。在虚拟仪器系统中，强调“软件就是仪器”，软件是系统的关键所在。第三代自功测试系统的出现给电子测量带来了真正革命性的冲击在测量原理、仪器设计等很多方面都产生了重大影响。但是第三代自动测试系统还处在开始发展的阶段，同时它还存在工作频率不够高等重要缺点，因此它的应用不如第二代那么普遍。但是，充分发挥计算机的作用，用计算机的硬件资源代替测量仪器中的大量硬件，无疑是电子测量发展的一个重要方向。自动化；0 1 4 试的软件方面，目前国际上已经开发出可视化编程语言，其代表产品-有h p 公司的v e e l ”、n i 公司的l a b w i n d o w s c v i 及l a b v i e w 等。可视化自动测试孜忙范圩发挥了计算机的图形功能，仪器控制、数据分析等都采用“可 见化”编程：询? j 式贰实观，从而提高了阡发效率。相对于h pv e e l a b v i e w 主要面向r 、篚拟议器软p i - j f 技l a b w i n d o w s c v l 是一个用c 语言构建仪器系统的交瓦式软件门：发环境，适台填商经验的专业设计人员使用。此外也有人使用a t e a s y ，t e s t p o i n t 和a t l a s 。华中科技大学硕士学位论文第二章：自动测试系统总体方案2 1 自动测试系统任务说明2 1 1 系统功能要求测控与通信分系统例的测试设备包括通用仪器7 台，专用设备1 2 台，分别对分系统的s 频段应答机系统，数传系统，超短波系统，短波系统，信标机等系统进行测试。要求按照测试大纲的要求，搭建个自动化测试系统，通过编制测试软件和进行系统集成，能够自动进行系统指标测量，将测量数据进行处理并与标准数据进行比较，对越限数据进行声音报警，并给出故障定位和说明，提供数据给系统仿真软件进行故障排查。2 1 2 系统硬件组成系统由通用仪器、专用设备、控制工作站组成通用仪器包括：微波频率计：h p5 3 5 1 b ；微波功率计：h p4 3 8 a ；无线综合测试仪：h p8 9 2 0 b ；通用频谱仪：h p7 1 9 1 0 a ；矢量信号分析仪：h p8 9 4 4 1 a ：存储示波器：h p5 4 6 1 0 b 。专用设备包括：s 频段发射机：s z c d 0 0 1 a b 1 ；s 频段接收机：s z c d 0 0 2 a b l ：s 频段数传接收机：s z c d 0 0 3 a ，b 一1 ；华中科技大学硕士学位论文c 频段应答机测试仪：s z c d 0 0 4 a ，b - 1 ；遥控处理设备：s z c d 0 0 5 - 1 ；遥测处理设备：s z c d 0 0 6 - l ：图象编解码器：s z c d 0 0 7 1 ；语音处理设备：s z c d 0 0 8 1 ；扩频接收机：s z c d 0 0 9 1 ：超短波通信机：s z c d 0 1 0 一l 。其中s 频段发射机、接收机含计算机一台：遥控和遥测处理设备各含计算机一台。其他辅助设备包括：h p i b 驱动卡、微波开关、功分器、开关驱动器和驱动电路、程控可变衰减器以及测试天线等。2 1 3 系统集成将测试设备根据自动化测试的要求组成系统，研制必要的辅助设施(参见图21 ) ，具体包括：2 1 3 1 信号的分配和衰减将s 频段发射机、超短波通信机和无线综合测试仪发射的射频信号连接到功率计、频率计和频谱仪进行功率、频率和频谱的测量和分析。同时将信号送天线。将船上s 频段发射机、数传发射机、超短波通信机、短波通信机和c 频段应答机发射的信号( 各有相应的天线接受) 进行必要的功率衰减后送功率计、频率计、频谱仪和峰值功率计等设备进行频率、功率频谱特性的测量。同时将信号送测试设备进行功能捡查 3 8 1 。将地面s 频段接收机输出的遥测副载波和遥控、语音设备输出的副载波信号连到示波器上检测波形特性。信号的分配和衰减见图2 1华中科技大学硕士学位论文2 1 3 2 供电及连接控制将分系统联试用配线箱进行改造，使其能够接受控制，给设备加电或断电。配线箱结构图参见测控与通信分系统配线箱加工技术要求。2 1 4 系统软件要求系统的软件包括设备管理软件部分和测试软件部分，前者完成系统设备电源的开启和指令状态的采集：后者完成信号的性能自动化检测；两者要求可以独立远行，世能集成。必要的通用连接电缆和连接嚣h f 天战s 天线c 天线v i - i f 天蟪s 襞天线s 收天线圈2 1 信号的分配和襄藏示意圈2 1 4 1 测试系统之人机接口主界面a 完成对各软件模块的控制，进程的调度，数据的交换，接收键盘和鼠标的控制信号，并响应。8华中科技大学硕士学位论文b 界面汉化处理，美观、友好。随时显示系统的工作状态和测试情况，出现异常采用声音或闪烁等方式予以提示，并给出问题的说明、部位、原因以及可能采用的措施等。c完成数据库文件的编辑和测试流程的编辑。数据文件包括参数的正常值及类型，测试结果及存储处理方法等；测试流程的编辑是用户可以方便调用各种模块，编辑测试计划和流程。2 1 4 2 测试任务要求系统的测试任务包括：虚答帆测试模块、数传机测试模块、v h f 测试模块、h f_ 9 1 j 试漠块等。具体测试项目和性能指标包括：1 s 频段应答机测试模块直答机测试模块应对应答机的各种状态进行测试，包括：1l 性能指标测量a 接收频率，发射频率；b 信道主侧测音和次侧音频率：主侧音：1 0 0 k h z ：次侧音：2 0 k h z ，1 6 k h z ，1 6 8 0 0 k h z ，1 6 1 6 0 k h z ，1 6 0 3 l k h z ，1 6 0 0 8 k h z c 上行与下行信道测距音的线性相位一频率关系的偏差，在测距转发器带宽( 1 0 k h z ll o k h z ) 内不超过6 。：d 上行信道测距音通过测距信道转发时，其幅度一频率特性的均匀性应在0 5 d b内：e 发射功率：0 5 w ：fk q ：? 下行载波相干转发比：2 2 1 2 4 0 ：g 发射机频谱特性：不加调制时，在5 m h z ( 即f 。2 5 m h z ) 的频谱纯度应优于5 0 d b ：h 信标状态短期稳定度，长期稳定度及频率精度：秒稳应优于2 l o ( 采样时f u j0 4 s ) ；i 应笞机下行载波的调制指数：主测距音：0 4 - 0 4 5 r a d ：次测距音0 3 - 0 3 5 r a d ：；遥测副载波0 9 5 - 1 0 3 r a d ：调制线性度1 5 r a d 内优于3 ；残留调幅2 ：9华中科技大学硕士学位论文j 下行遥测副载波频率及波形：3 8 4 k h z ，正弦k 上行副载波频率及波形：指令及数据副载波8 k h z ，正弦：话音副载波2 5 6 k h z ，正弦：2 数传信道测试a 载波频率：2 2 4 0 t 州z ：b 在f 。6 5 t “h z 内，带外抑制优- t + 6 0 d b ( 镜像，谐波抑制优于+ 4 0 d b )c 发射功率3 w ：d 两e 交载波的相位差3 。：e 载波相位与数字信号的关系0 。代表”o o ”9 0 。代表“0 l ”1 8 0 。代表”1 1 ”2 7 0 。代表”l o ”3 超短波信道测试超短波信道包括通信机和着陆搜寻信标机3 1v h f 通信机信道测试a 工作频率：上行2 5 9 7 姗z ，下行2 9 6 8 m h z ：b 发射功率：大于 3 w ：功率计c 频率稳定度：优于1 1 0 4 4 , 时：d 发射机杂波抑制大于4 0 d b ( 不加调制，在f o 5 埘- z 内)e 镜频抗拒比：大于4 0 d b ；3 2 着陆搜寻信标机测试a 发射频率：2 4 3 m h z ：b ，频率稳准度：优于1 1 0 一：c 发射功率：大于l w ；功率计d a m 调制度：0 5 0 2 ；e 调制信号：单音1 0 0 0 h z ，话音3 0 0 3 0 0 0 h z ；4 短波通信机测试华中科技大学硕士学位论文a 发射频率：2 0 0 1 5 z ：b频率稳准度：优于2 1 0 - 5 ：c发射功率：大于3 w ：da m 调制度指数测试：0 8 0 1 5 ( 调制方式为f s k a m )e 调制信号：g p s 信息f s k ，t 0 5 0 b z 为“l ”，2 l o o h z 为“0 ”，话音3 0 0 3 0 0 0 h z ：5 遥控，话音，遥测副载波测量5 1 遥控副载波由遥控处理设备产生其幅度可变，通常为2 5 v ( p p ) ，频率为8 k h z 调制方式为p s k 。数据速率为2 k b s 。( 用示波器监测波形)5 2 话音副载波由话音处理设备产生，其幅度正常为3 v ( p p ) ，频率为2 5 6 k h z ，调制方式为d p s k ，数据速率为3 2 k b s 。( 用示波器监测波形15 3 遥测副载波频段接收机产生，其幅度正常为3 v ( p p ) ，频率为3 8 4 k h z 调制方式为d p s k 数据速率为1 6 k b s 。( 用示波器监测波形)上述各指标的测量，必须根据测量原理选用合适的仪器设备和测量方法进行测量，编制成测试表格，每测完一个指标则与正常值比较，如不满足要求则分析原因并报警。测试程序可以按事先编程确定测试计划，程序确定后即可进行自动测试或手动测试，自动测试是自动完成全部测试过程，形成表格。手动测试则是进行每一步都给出提示，确定后再进行下一个指标的测试。2 2 系统的功能分析从前面的客户任务要求来看，系统的设计需要考虑两个基本功能模块实现：“系统管理功能”模块和“系统测试功能”模块的。“系统管理模块”负责实现各个通信设备的开启和关闭，遥控指令状态的实时采集，完成对整个系统的管理功能；t 系统测试模块”需要完成测试模块的硬件连接，编程实现系统要求的性能指标测试功能。系统在功能实现上利用了计算机的两个接口，一个是串行传输口，用于“系统华中科技大学硕士学位论文i i管理模块”，进行“电源管理”和“指令状态采集”；另外一个为h p - - i b 接口，用于。系统测试功能控制信号切换箱和各种测试设备，完成各种指标测试。相应的系统具有两个相对独立的部分，具有独立工作的性能，我们在主控制程序中将他们集成在一起。系统管理模块：本模块所涉及的设备均为系统的自制设备，并无标准的对外接口，因此，我们需要根据系统的具体接口情况，自行研制相应控制设备。在“电源管理”功能的实现上，我们考虑利用原有的“手动电源开关箱”提供的电源控制接口，加载我们的自动控制板，来完成对各个设备的电源进行开启；在“指令状态采集”的功能实现上，我们也是利用原有的“指令状态采集箱”所提供的信号接口，加鲅我们自行研制的采集板，完成指令的实时采集。各自的控制功能体现在控制软件的发计上。系统测试模块：本模块所使用的测试设备为a g i l e n t 公司的标准微波测试设备，只需要为自动化测试系统设计所需要的信号切换设备：这些设备均有h p i b 接口，从而可以很方便的和计算机连成自动化测试系统，构成“系统测试模块”的硬件平台。而自动化测试的实现就体现在测试软件的设计上。通过测试软件的编写，实现任务要求中各种性能指标的测试。整个系统的硬件连接框图如下图2 2 所示：2 3 系统管理模块自动化测试系统的“系统管理模块”部分包括有：硬件电路和主机控制软件。硬件电路包括3 个硬件电路板：电源控制板、继电器板和指令采集板。其中：“电源控制板、继电器板”对应于电源管理功能，安装于“测控配线箱l ”，用于设备电源的开启；“指令采集板”对应于指令采集功能，安装于“测控配线箱2 ”，用于采集2 5 6 个指令状态。华中科技大学硕士学位论文2 3 1 设计方案图2 2系统硬件连接框图我们选择使用单片机电路进行控制，主控计算机和单片机之间使用串行通信方式。对应的电源控制板和状态采集板均为一个单片机系统，各自完成相应的控制和采集功能( 分别称之为单片机a ，单片机b ) 。对于电源控制板，我们用8 2 5 5 a 进7 亍并口扩展，每个8 2 5 5 a 有三个八位并口，在方式0 下约定控制电源的通断。这样一片8 2 5 5 a 可以控制2 4 个开关，故选择两片，就可以完成对4 8 个设备电源的歼启。状态采集板也是用8 2 5 5 a 进行并口扩展，因此2 5 6 个指令采集点，就需要1 l 片8 2 5 5就町以完成。方案的总体框图如下图2 _ 3华中科技大学硕士学位论文审口图2 3 总体框图f 图2 4 是电源控制功能的硬件设计方框图图2 4 电源控制功能硬件设计示意图单片机选用8 0 c 3 1 1 9 1 。8 2 5 5 扩展并口均为8 位输出口，每位控制一个开关。每个并口都有自己的地址。单片机根据主机的命令在不同的口输出8 位控制信号。图2 5 是状态采集功能的硬件设计示意图图2 5 状态采集功能硬件设计示意图单片机不停的查询采样点的状态，同时等待主机命令。主机在需要时通过串口旦苎苎垫垄些查塑鱼全：苎苎塑二达堡整；! ! 盛丛查土焦绝圭扭：1 4华中科技大学硕士学位论文2 3 2 电源控制过程 地址数据l数据2数据3数据4数据5数据67 b h表2 1 主机电源控制命令格式地址7 b h 为单片机a 的地址，数据l 到数据6 是_ f 关控制信息，共4 8 位，每位控制一个丌关，命令数据单元共7 个字节。单片机a 收到控制命令，若无传输错误则分别向6 个并行口发控制指令，地址分别为4 0 0 1 h ，4 0 0 2 h ，4 0 0 3 h ，8 0 0 1 h ，8 0 0 2 h ，8 0 0 3 h ，然后向主机发回确认信息；若出现传输错误则直接返回出错信息。返回信息格式如下：第一字节为地址：7 b h第二字节为：b 6 h成功b 3 h出错2 3 3 状态采集过程状态采集过程我们制定如下图2 7华中科技大学硕士学位论文主帆单片机b图2 7 状态采集过程查询命令的格式如下表2 2 所示【地址命令l8 a hb 8 hb a h 为单片机b 的地址。表2 2 主机状态采集查询命令格式单片机b 返回状态信息格式：起始燃, g ( 3 2 b y t e )【8 a hi每位对应一个采样点如果单片机收到的指令有传输错误，则只返回( 8 ab 3 h ) ，表示出错。表2 3 状态采集单片机返回信息格式2 3 4 主控机与单片机通信协议差错控制：1 主机发出命令2 秒后无任何响应信息，认为命令丢失，重发命令。2 重发3 次失败，认为单片机故障或连接出错。3 收到8 ab 3 h 时，表明传输错误，重发命令。串行通信协议：1接口：采用r s 2 3 2 ，九芯接口2 速率：2 4 k b p s 3采用1 1 位异步通信1 6华中科技大学硕士学位论文起始位：1 b i t数据位：8 b i t校验位：1 b i t ( 偶校验)停止位：l b i t由于通信距离很短( 不到1 5 米) ，传输速率低，差错率很小，一般单个位出错的溉睾不到1 0 一，有两位出错的概率就更小了，所以通信中采用奇偶校验。当一个命令或响应出错时，全帧重发。由于速率2 4 k b p s ，发送最长的帧为主控计算机向单片虮a 技的控制帧，此时用时最多，约为1 1 7 2 4 0 0 = 0 ，0 3 5 秒，接收最长的帧为单片机tb 返回采集的状态帧，此时用时最多，约l i * 3 3 2 4 0 0 = 0 1 5 秒，故一次通信的全过程咖寸4 i 超过0 2 砂，而控制与采集过程对时矧的要求并不是很高( 可容忍数秒) ，昕以采耳j “见错误即重发全帧”的协议虽然降低了有效性，对时侧的利用度不高，f 鬯2 经足以满足要求，在此前提下方便了编程。定时采用2 秒，可以有效地避免死锁。2 4 系统测试模块航天通信子系统是一个非常复杂的系统，涉及多个通信设备，使用了多个信道，包括有：s 频段信道，短波信道和超短波信道( 其中s 频段含有5 个载频) ，频率范围涵盖了从短波段的2 0 m h z 到微波段2 2 4 0 m h z ；有些载频上负载多个基带信号，各个基带信号所使用的调制方式也各不相同，包涵了模拟调制和数字调制以及混合调制，所以通信信道性能需要测试的指标内容和要求也不相同，涵盖了从频率、功率、调制度和频率稳定度等多个指标，需要将多种测试设备串接在一起，一起完成系统所需要的功能2 4 1 测试进程设计从上面的介绍，我们可以知道本测试系统的涉及面很广，而且由于加上航天测试的特殊要求，实时性要求很高，我们需要根据系统测试的实际情况，恰当的制定其测试进程，并且使之合乎日常测试习惯：先由测试人员根据实际的需要制定测试计划，再根据相应的计划选择合适的测试仪器参数，再进行测试，测试过程中对测试数据进行实时监测，如遇过限，便给予声音提示：所得测试数据最后都汇成数据报表，存于数据文件中。华中科技大学硕士学位论文图2 8 测试流程图8华中科技大学硕士学位论文2 4 2 硬件平台系统的“- 陛能指标测试”部分包括有硬件部分和指标测试软件部分，硬件部分指通过h p i b 总线实现连接的各种测试设备，包括有：h p i b 总线，h p i b 接口卡，微波信号切换箱及其控制部件h p 7 0 6 1 1 ，测试设备( h p 系列，如频谱仪，频率计等) ，如下图2 9 所示图2 9 性能指标测试组成框图主控计算机与h p 7 0 6 1 1 以及各个测试设备通信均在h p i b 总线上进行，测试时，主控计算机通过h p i b 总线向各个设备发出控制命令，先通过h p 7 0 6 11 控制微波信号切换箱进行信号的选取，并对信号进行必要的衰减之后，把被测的信号输入到相应的测试设备中：再控制测试设备进行所需项目的测量，完毕后将数据通过h p i b总线回传给主控计算机：然后主控计算机进行必要的数据分析，得出测试结果。主控计算机的h p i b 接口卡使用h p 8 2 3 4 0 接口卡，适合i s a 插槽，可以适用f通常所用的工控机，在进行软件配置以后就可以实现h p i b 接口功能( 利用a g i l e n t公司提供的i ol i b r a r y 软件包进行配置) ，频谱仪等测试设备均具备陔接口，通过h p i b 电缆实现互联。信号切换箱：这个设备需要自己进行根据提供的微波开关和器件进行组合，实现从多路信号( 对应l o 个发射、接收天线) 里选择一路送交测试设备，同时对所用信号进行必要的衰减( 实现范围可以达到o d b , 一1 1 9 d b ) 。华中科技大学硕士学位论文2 4 3 软件平台选择在自动化测试领域，可视化的编程语言已经成为其软件开发的主要编编程环境，其代表产品有h p 公司的v e e 。可视化自动测试编程技术充分发挥了计算机的图形功能在仪器控制、数据分析等功能上都采用“可视化”编程的方式来实现，能够提高开发效率。h pv e e 全称为h pv i s u a le n g i n e e r i n ge n v i r o n m e n t ，为h p 公司开发。开发环境由前面板( 用户界面) 、编程平台以及图标与联结器等部分组成，能够实现程序开发与执7 亍的集成化。可根据测试任务利用图形化和结构化的框图来构筑测试方案及流程、进行程序的编写、选择相应的仪器库函数、对其进行设置和结果分析，从而完成测试应用软件的自动生成的快速编程方式，其编程效率是传统编程方式的数倍。还提供了数据流和程序流的图形显示，方便调试程序。其优点还包括：a h pv e e 支持w i n d o w s9 5 、w i n d o w sn t 、以及w i n d o w s3 1 、h p u x 系列3 0 0和s o l a r i s 平台，并提供跨接w i n d o w s 和u n i x 基本操作系统的能力；b h pv e e 支持多种接口，包括：g p i b 、v x i 、s e r i a l 、g p i o 、p cp l u g i n 、l a n g p i bc h pv e e 支持非并行的l d o 和联网功能，可以作为服务器或挂号的用户用；d h pv e e 支持集成语言标准，如c 、c + + 、v i s u a lb a s i c 、h pb a s i c 和f o r t r a n ，来优化和扩展应用开发过程，接口语言包括：d l l s 、d d e 、u n i xs h a r e dl i b r a r i e se h pv e e 具有丰富的网络接口，支持t c p h p ，s o c k e t 以及基于w e b 的远程监控特性：由于h pv e e 具有如此好的性能，我们利用它作为我们的来发平台。2 4 4 测试软件结构系统软件的结构层次如下图2 1 0 所示：这是系统软件结构的一个层面示意图，可以看出系统大概考虑有三层分工如下：上层模块：上层为系统的界面，提供人机交互的功能，并能够调用第二层面的系统功能模块。第二层模块：其主要是一些系统所要求的功能实现模块，说明如下：2 0华中科技大学硕士学位论文电源管理模块：主要是实现电源管理的功能，使用v i s u a i c + + 编写，买珧与早片机的通信，要求编译成可执行程序，以供v e e 调用。状态采集模块：主要是实现状态采集的功能，使用v i s u a lc + + 编写，实现与单片机的通信，要求编译成可执行程序，以供v e e 调用参数设置模块：为测试项目提供所需的参数设定，这里的参数主要是测试中可能需要改变的参量，其他测试中必须设定的、不能改变的参量将固化在程序中，不让操作员对之改变。测试项目选择模块：让操作员可以根据需要，进行测试任务选择。自动测试模块：功能是实现测试任务，根据先前的项目选择，进行所选项目的测试，测试功能的实现主要是通过调用第三面层面的各个具体项目的测试子模块来完成，但测试过程不停顿，从开始到结束，一直测完。手动测试模块：功能也是实现测试任务，调用的子程序同于自动测试，所不同的是：在测试过程中，手动测试允许人工的介入，可以再次选择测试项目，如果遇到不需要的，可以选择跳过。数据保存模块：提供测试数据的保存功能，把测试数据以特定的格式保存在文件里，以供以后的查看，要求必须在进行了测试之后才能进行这个操作。数据显示模块：在测试完成以后，把测试的数据以适当的形式显示出来，并且也提供打印功能。历史数据显示模块：显示以前测试过的，保存在文件里面的测试数据，并且也提供打印的功能。第三层的模块t 此层的模块主要是完成具体测试任务的，对应于测试任务要求中的具体的每个子项。关系是一一对应，所以总共有3 3 个子模块。组成如下：s 频段应答机测试有1 4 个子模块，再加上3 个副载波测试模块，共1 7 个子模块。数传信道测试有4 个子模块，v h f 通信机测试有6 个子模块，v h f 信标机测试有3个，短波( h f ) 通信机测试有3 个子模块。由于在各个信道的测试指标有一些相同之处，所以可以把这些测试模块的公共部分再次模块化，主要是频率测试，功率测试，稳定度测试，a m 调制度测试，频谱特性测试，副载波测试。这样可以减少编程工作量。另外在每个信号测试中均需要信号的自动选择和衰减，即使用系统集成要求中的信号切换装置，所以可以作为一个单独的模块供上层测试模块调用。华中科技大学硕士学位论文圈2 1 0 系统软件结构圈华中科技大学硕士学位论文测试子模块的结构如下图21 1 所示：兰个子部件在测试模块中独立完成信号的切换、测试的进行、数据的检测这三个功能，其中的测试指令部分包括了数据的采集和数据的分析，如果这个部分是测试些公共的指标，则可以调用这些模块，减轻编程工作量。在测试指令部件中，v e e 对仪器的操作有两种方式，d i r e c ti o 和d r i v e rp a n a l ，前者直接操作仪器因而时延小，测量迅速，但对开发人员难度大，需要开发者能够熟悉每台测试仪器的语句语法；后者通过仪器面板对仪器操作，灵活直观，但由于增加一个命令转换过程，测量耗时较大，根据实际测试统计，同样的测量，较d i r e c t1 1 0 方式多出一倍。基于效率上的考虑，测试子模块的测试指令部分采用d i r e c ti o 方式2 4 5 软件的变量和数据结构2 4 5 1 测试结果报表测试结果保存在文件中，可以随时查看、进行数据分析处理等，为方便地存取，采用如下数据结构。根据测试程序软件模块的划分，数据文件采用层次型数据结构一树型结构，共使用三层记录来实现：第一层为测试程序模块组，第二层为测试子模块，第三层为测试结果模块。如下所示：华中科技大学硕士学位论文a 测试程序数据结构r e c o r dm e a s u r e m e n tt e x tm o d u