基于虚拟仪器技术的某型雷达性能测试系统的设计与实现

摘要：基于虚拟仪器技术，设计和实现了某型雷达的性能测试系统。该系统采用PXI总线与GPIB总线相结合的方案，按照以PXI卡式仪器为主，GPIB程控分立仪器为辅的原则设计了系统的组成结构。系统的软件采用Measurement Studio For Visual Basi开发完成，在软件设计中采用数据库技术记录PXI资源分配情况及设备测试流程，有效地提高了自动测试软件的可维护性和可扩展性。

关键词：虚拟仪器；性能测试系统；PXI；GPIB；数据库

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)23-1052-02

Based on the Virtual Instrument of a Certain Type of Radar Technology Performance Test System Design and Implementation

DAI Zhang-min1, HUANG Sheng-ye2

(1.Leiyang in Hunan 95320 Troops, Leiyang 421851, China; 2.Hunan University School of Computer and Communication, Changsha 410082, China)

Abstract: Based on the Virtual Instruments technology, an auto measurement system of radar is developed. This measurement system employs a combination of PXI bus with GPIB bus. Using Measurement Studio For Visual Basic by way of a exploiting tool, we accomplished the design and programme of automotive testing software and predominated the means about system integration based on the virtual instrument.

Key words: virtual Instruments; measurement System; PXI; GPIB; database

1 前言

虚拟仪器(Virtual Instruments，VI)技术通过应用程序将通用计算机与仪器硬件结合起来，它以透明的方式把计算机资源和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，通过软件对数据进行分析处理，并实现了图形化用户接口。虚拟仪器是一种功能意义上的而非物意义上的仪器概念，它的软硬件具有开放性、互换性、模块化及可重复使用等特点。

虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件组成，有以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的C-DAQ测试系统，以GPIB、VXI、Serial 和Fieldbus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、VXI系统、串口系统和现场总线系统等多种形式。

2 系统测试需求

该型雷达由天线、发射机、接收机、数据处理机、显示处理机、监视器等分机组成。本测试系统定位于“冷台”测试，即能够在脱离雷达整机的情况下，对雷达各分机独立进行测试，它涉及的被测信号和激励信号有：

1） 数字量：

27V输入若干路，27V输出若干路；

5V输入若干路，5V输出若干路；

2） 模拟量：

电压输入信号若干路，电压范围为±10V；

电压输出信号若干路，电压范围为±10V；

3） 脉冲信号：

高精度脉冲输入信号若干路，要求测量脉冲信号的脉宽、上升时间、下降时间、脉冲幅度、脉冲与脉冲之间的延迟时间等。

4） ARINC－429协议通信线路：

要求接收和发送通道各1路，电气特性如下：

a 传输码制：双极性归零制三态码；

b 额定电平：高电平+10V，低电平-10V；

c 输出电平：差动输出±10V±1V；

d 输入电平：差动输入±6.5V~±13V；

e 传输速率：位速率100k±1%bps;

f 字长：32位；

g 字间隔：≥12位；

h* 传输线：一对双绞屏蔽线，阻抗60~80Ω。

5） RS232协议通信线路：

要求4对收发通信线路，其中1对通信线路负责上位机与下位机之间的通信，其余3对供测试各分机之间的信号交联关系。

6） 高频脉冲信号（为了完成发射机发射功率以及接收机灵敏度的测量，要求选用GPIB总线接口的功率计和信号源各1台）。

3 系统结构设计

目前虚拟仪器主要形成了四种体系结构：GPIB、PC-DAQ、VXI和PXI。不同体系结构所能达到的性能指标和系统能力不同。

GPIB体系结构是通过GPIB总线将具有GPIB接口的传统仪器连接起来，实现基于PC机和传统仪器基础之上的自动测试系统，能充分利用已有传统设备，降低构建自动测试系统费用，但是其总线吞吐率较低（标准GPIB方式只能达到1MB/s），所构建的系统过于分散和庞大，不便于移动和运输，同时系统扩展能力受到一定的限制。

PC-DAQ体系结构是虚拟仪器体系结构中最简单易用的一种，其实现方式是在通用的PC机上插入通用的数据采集卡，通过软件编程控制数据采集卡来完成测试系统的功能。优点是系统构建成本最低，便于在实验室中使用；缺点是系统噪声较大，电磁兼容性和系统可靠性较差。主要用于组建成本低、测试精度要求不高的测试系统。

VXI体系结构是虚拟仪器体系结构中性能最高的一种，其实现形式是建立在广泛应用的VME总线之上，通过增加模拟总线、触发总线、局部总线、冷却散热标准、电磁兼容规范等硬件规范和VPP联盟所规定的软件规范，提高了硬件模块的通用性、兼容性和软件系统的互操作性和易集成性。

PXI体系结构是一种新的虚拟仪器体系结构，来源于Compact PCI（PCI总线在工控领域的应用版本），与VXI总线类似，是在现有流行计算机总线的基础上，扩展相应的仪器总线，形成标准化的测控平台。

GPIB总线技术经过多年发展比较成熟，其优越性是通用性、易扩展性；另一方面，PXI总线系统以容易承受的价格提供了其它昂贵测试平台（如VXI）上高精度仪器才具有的同步、定时特性，能提供高性能的测试、测量和数据采集，具有传输速率高、即插即用、方便灵活等突出优点。

为满足系统测试需求，雷达自动测试系统由主控计算机、PXI测试平台、GPIB总线台式仪器、测试仪器柜、设备适配器等组成。共同完成提供自动测试系统的激励能力、测量能力、通道转换能力和数据处理能力。

4 自动测试软件的设计与实现

软件是影响虚拟仪器系统成本和开发时间的重要因素，它最终决定了测试系统的功能和质量。本系统的软件开发基于National Instruments公司的Measurement Studio For Visual Basic，采用了通用的测试软件设计框架。

中央数据库模块是一个通用数据库，主要记录测试流程、PXI模块的资源分配关系和测试结果。PXI模块资源分配关系库记录每个PXI模块的所有通道代表的具体信号；测试结果库记录每一次测试工作的测试对象、测试项目的测试结果、完成测试的日期、时间、使用者姓名等信息。

本测试软件完成的功能有：

1）性能测试：完成雷达各分机的通电运行和测试流程的执行。当用户选择了被测雷达分机以后，通知接口适配器给雷达分机通电，然后按照测试流程或用户选择的测试项目进行测试，最后给出测试结论。

2）虚拟仪器配置：该模块包括两项内容，第一项内容是实时监测PXI机箱的状态，并显示监测结果；第二项是将系统中预留出来的一部分测试资源（通道）出让给用户，用户可根据需要对资源进行配置，完成自选信号的测量。

3）台式设备配置：该模块与虚拟仪器配置模块的功能相近，只不过针对的对象为本系统中所使用的GPIB总线台式仪器。

4）系统维护：只有享受最高权限的系统管理员用户才可以使用本模块的内容。该模块的第一项内容是对使用本系统的操作人员的管理；第二项内容为日志维护；第三项内容为报表管理。

5 结束语

本文在对虚拟仪器技术进行研究的基础上，设计了某型雷达的性能测试系统，探讨了PXI总线结构和GPIB总线结构在测试系统中的应用。本文所设计的测试系统已在若干个单位中与该型雷达配套使用，对及时掌握雷达技术性能和快速排除故障起到了很好的辅助作用，大大提高了技术人员的工作效率。

参考文献：

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