数据通信设备ATS的设计与实现

数据通信设备ATS的设计与实现数据通信设备ATS的设计与实现

中图分类号：TN915.05《34；TM417文献标识码：A文章编号：1004《373X〔2022〕13《0067《05

Abstract：Thetraditionalmeasurementandcontrolinstrumentisunabletomeetthedemandofthedevelopmentofmodernscienceandtechnologyduetoitsmainstructureofhardwareorfixedsoftware，sotheconceptofvirtualinstrumentcameintobeing.Aimingatthissituation，thedesignofanautomatictestsystem〔ATS〕basedonAgilentTestExecSLisdescribed.FourmodesofATSdesignareputforward，andtheircharacteristicsandapplicableoccasionsareanalyzed.ThetestdesignbasedonAgilentTestExecSLisdescribedindetail.ThedesigntakesfulladvantageoftheavailableresourceofTestExecSLtestplatform，whichcanreflectthecharacteristicsofhighefficiencyandflexibilityofusingthetestplatform，reusabilityofthetest，andseparationoftestlogicandtestoperation.

Keywords：TestExecSLtestplatform；ATS；vitualinstrument；systemdesign

越来越复杂的测试条件、高度自动化的工业化大生产迫切需要功能更强大、本钱更低廉、系统更灵活的新一代测试仪器[1]。从模拟技术向数字技术的过渡、从单台仪器向多种功能仪器组合过渡、从完全由硬件实现仪器功能向软硬件结合方向过渡、从简单的功能组合向以个人计算机为核心的通用虚拟测试平台过渡，从硬件模块向软件包形式过渡，代表了今后电子仪器的开展方向。

1基于AgilentTestExecSL的ATS设计

1.1系统描述

本系统基于AgilentTestExecSL自动测试平台，运行于PC机的数据通信设备自动测试系统。系统包括PC机、测试仪器与被测设备，通过PC机控制仪器自动对连接的设备的参数进行测量，并对反应数据进行汇总、统计和分析[2]。主要实现下列功能：

〔1〕数据通信设备自动测试系统通过GPIB总线与通用测量仪器相连，完成仪器的管理与控制、测试方案库管理、测试方案控制与运行、数据存储管理、数据分析、记录打印等功能[3]。

〔2〕实现对下列几种设备参数指标的自动测量：地面站杂散抑制度；地面站饱和输出功率；地面站功率稳定度；地面站功率准确度；地面站频率准确度；地面站频率稳定度；地面站幅频特性。

1.2系统设计

〔1〕系统结构

ATS为基于PC的单机独立运行系统，不使用网络环境，所有程序及数据信息均保留在本地。系统功能结构如图1所示。其中数据库子系统、用户管理模块、系统配置模块、指令集模块以及测试方案管理模块属于系统管理模块，真正执行测试工作的是Testplan，系统通过测试方案管理模块管理并运行Testplan。

系统中大局部信息的读取和保留由数据库子系统负责提供操作效劳，这些信息用于保留系统的当前配置、状态及系统使用的历史记录，主要内容有：用户信息、系统配置信息、仪器指令集信息、系统使用记录信息、测试方案库，测试方案信息、测试运行记录信息。

〔2〕用户管理

参与本系统操作的有三种角色：系统管理员、测试开发项目师、测试操作项目师，对这三者分别赋予各自的权限，而实际的用户可以同时身兼三种角色[4]。用户信息包含用户名、密码、权限、用户描述信息等，信息经加密保留在数据库中。

〔3〕测试管理

Testplan在TestExecSL环境中可以直接运行，但做为产品的自动测试系统，Testplan的运行应置于自动测试系统的统一管理之下[5]。首先，建立测试方案库；其次，为Testplan的一个运行实例建立一个测试项目，测试项目用于保留Testplan使用的参数和配置信息；再者，Testplan的维护分为两局部，一局部在系统中完成，对Testplan进行维护应尽可能在系统内完成以简化Testplan维护过程；另一局部由测试开发项目师在TestExecSL开发环境中进行修改、调试，再重新加载到系统中。〔4〕指令集

指令集对Action来说不是必需的，Action使用指令集依照下列规那么：内部提供一套缺省的指令集〔一般是某种仪器实际的指令〕，在无法获取系统提供的指令集信息或系统不为Testplan提供指令集时使用，这样做的目的是为了Testplan可以离开系统独立运行，最大程度的提高Testplan的可重用性。系统为Testplan提供指令集时，应使用该指令集[6]。

2测量办法设计

2.1地面站杂散抑制度

2.1.1测量办法

仪器：功率计：HP436或HP437B；频谱分析仪：Agilent8563EC〔9kHz～26.5GHz〕；射频衰减器HP8494B/95B。

杂散抑制度测量原理框图，如图2所示。步骤如下：

〔1〕按照测量原理图连接测试系统；

〔2〕用一调制器发出一个未调制载波，将功率计接在卫星地面站系统射频输出监测口，确认该未调制载波电平为正常EIRP；

〔3〕取下功率计，接入频谱分析仪；

〔4〕设置频谱分析仪，起始频率为5925MHz〔或14000MHz〕，终止频率为6425MHz〔或14500MHz〕，分辨带宽为3kHz，视频带宽和扫描时间为适宜值；

根据测量计算公式计算出杂散辐射EIRP；

〔6〕察看是否存在单频信号。如果存在，关闭载波并检查该载波是否消失，如果消失那么认为与载波有关，如果不消失那么认为与载波无关。

杂散抑制度是比值，单位为dB。

2.1.2测试方案

〔1〕输入输出

仪器/设备：频谱分析仪；需要设置的参数：扫频带宽、中心频率、参考电平；输出参数：载波电平，带外噪声电平最大值。

〔2〕测量操作建模

测量活动图如图3所示，本活动图描述的是一次参数测量过程。

2.2地面站饱和输出功率

2.2.1测量办法

仪器：射频信号源、功率计。

饱和输出功率测量原理框图，如图4所示。测量步骤如下：

〔1〕自动测试仪器连接是否正常；

〔2〕设置射频信号源和功率计工作参数，假设需要，把DUT内部衰减器置零或最小；

〔3〕程序不断读取功率计测量值到输出饱和判决数组〔数组循环使用〕，同时控制射频信号源输出功率按特定步长不断增加，直至判断出DUT输出饱和，记录饱和输出功率电平一次测量结束；

〔4〕进行屡次测量并记录相应的饱和输出功率电平

〔5〕计算饱和输出功率

2.2.2测试方案

〔1〕输入输出

仪器/设备：射频信号源；频率计。需要设置的参数：初始输出功率、信号递增步长、输出饱和判决规范、输出饱和判决数组长度。输出参数：饱和输出功率。

〔2〕测量操作建模

饱和输出功率测量活动图，如图5所示。

2.3基于参数权值的启发式含糊测试平台实现

2.3.1测量办法

仪器：功率计，计算机。功率稳定度测量原理框图，如图6所示。

测量步骤如下：

〔1〕自动测量仪器是否连接正常；

〔2〕控制信号源发送未调制纯载波信号，设定信号频率，设置信号功率电平为工作电平；

〔3〕根据设定的总测试时间。从功率计中读数，每间隔10min读数一次〔也可以设置读数间隔时间〕，并记录；

〔4〕记录数据的同时对数据进行所需的处理；

〔5〕输出保留所需结果。

2.3.2测试方案

〔1〕输入输出

仪器/设备：功率计；需要设置的参数：发信电平、测试总时间、读数间隔；输出参数：稳定度和准确度。

〔2〕测量操作建模步骤如下：

①TestPlan参数设置〔〕；

②连接状态检查〔〕；

③判断仪器连接是否正常，如果正常，那么进入第④步；如果不正常，那么异常处理，结束；

④设置功率计度数总时间；

⑤设置功率计度数间隔时间；

⑥判断仪器反馈是否正常，如果正常，那么进入第⑦步；如果不正常，那么异常处理，结束；

⑦计时，计数读取；

⑧判断计时截止或者人为截止，如果是，那么进入第⑨步；如果不是，那么异常处理，结束；

⑨数据处理〔〕；

⑩输出结果，结束。

2.4频率稳定度与准确度

2.4.1测量办法

仪器：频率计，计算机。

频率稳定度、准确度测量原理框图，如图7所示。

测量步骤如下：

〔1〕自动测量仪器是否连接正常；

〔2〕控制信号源发送未调制纯载波信号，设定信号电平，设置信号频率为工作频率；

〔3〕根据设定的总测试时间从频率计中读数，每间隔10min读数一次〔也可以设置读数间隔时间〕并记录读数；

〔4〕记录数据的同时对数据进行所需的处理；

〔5〕输出保留所需结果。

2.4.2测试方案

〔1〕输入输出

仪器/设备：频率计；需要设置的参数：发信频率、测试总时间、读数间隔；输出参数：稳定度和准确度。

〔2〕测量操作建模步骤如下：

①TestPlan参数设置〔〕；②连接状态检查〔〕；

③判断仪器连接是否正常，如果正常，那么进入第④步；如果不正常，那么异常处理，结束；

④设置功率计度数总时间；

⑤设置功率计度数间隔时间；

⑥判断仪器反馈是否正常，如果正常，那么进入第⑦步；如果不正常，那么异常处理，结束；

⑦设置信号源电平、频率；

⑧判断仪器反馈是否正常，如果是，那么进入第⑨步；如果不是，那么异常处理，结束；

⑨计时，计数读数；

⑩判断计时截止或者人为截止，如果是，那么进入第11步；如果不是，那么进入第⑨步；

11输出结果，结束。

2.5地面站幅频特性

2.5.1测量办法

仪器：网络分析仪。幅频特性测量原理框图，如图8所示。

测量步骤如下：

〔1〕自动测试仪器连接是否正常；

〔2〕设置网络分析仪输出的扫描频率范围，选择适宜的发信电平；

〔3〕如果需要，设置DUT的输出频率和电平；

〔4〕设置网络分析仪的接收频率和电平；

〔5〕从网络分析仪上读取幅频特性曲线的信息；

〔6〕计算某频率范围内的幅频特性指标。

幅频特性测量指标为：在“中频±扫描带宽〞范围内幅度均值±方差。

2.5.2测试方案

〔1〕输入输出

仪器/设备：网络分析仪；需要设置的参数：扫频频带、发信电平、参考电平；输出参数：幅度频率特性曲线。

〔2〕测量操作建模步骤如下：

①TestPlan参数设置〔〕；

②连接状态检查〔〕；

③判断仪器连接是否正常，如果正常，那么进入下一步；如果不正常，那么异常处理，结束；

④设置NA扫描范围；

⑤判断仪器反馈是否正常，如果正常，那么进入下一步；如果不正常，那么记录日志，提示异常，结束；

⑥设置NA输出电平；

⑦判断仪器反馈是否正常，如果正常，那么进入下一步；如果不正常，那么记录日志，提示异常，结束；

⑧设置NA接收频率；

⑨判断仪器反馈是否正常，如果正常，那么进入下一步；如果不正常，那么记录日志，提示异常，结束；

⑩读取NA幅频曲线；

11保留幅频特性数据，指标。

3测量误差及数据处理

3.1粗值剔除

常用的粗值剔除有3σ〔拉依达〕准那么、肖维勒〔Chauvenet〕准那么、格拉布斯〔Grubbs〕准那么。经过比拟可以发现，3σ准那么办法简单，但不够严格，一般用于数据较多〔n>30〕时；肖维勒准那么考虑了观测次数的影响，判别较严格；而格拉布斯准那么既考虑了观测次数，又考虑了不同水平，鉴别能力强，值得推荐[7]。

上述三种办法可以统一用下式表示：

当时，该数据应舍弃。

式中：