基于VXI总线技术的RWR自动测试诊断系统构建
时间：2010-03-25 12:43:24
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[导读]该系统用户界面友好、操作方便，可对RWR各种功能、性能参数快速、准确地测试，并依据测试数据，进行故障诊断，进而给出维修策略，大大提高了测试和排故效率，节省了维护保障费用，具有较高的军事和经济价值。
0 引 言
随着新型电子器件在雷达告警设备(RWR)中的应用，其智能化程度越来越高，结构越来越复杂而紧凑，这大大加重了测试和诊断的难度。而在实际使用中，为保证RWR功能有效发挥，要求能对其进行以性能测试和故障诊断为主的技术保障：既能快速、准确、高精度地对设备各种参数进行测试，又能为排除故障提出指导性建议。因此，研制和开发适合RWR技术保障要求的测试诊断系统具有重要意义。
本文采用VXI总线技术组建了一个RWR自动测试诊断系统。该系统是一个以工控机为核心，以VXI总线仪器为依托，以适配器为桥梁，集控制、数据采集和处理、存储、分析、显示、打印于一体的系统。它既可以完成RWR整机性能、功能的测试，又能单独对每一个外场可更换单元(LRU)进行定性和定量检测及故障诊断。
1 系统硬件结构
本系统硬件设计思路：按照模块化、通用化、标准化原则选用VXI总线结构，根据测试需求确定测试资源种类，依照性价比要求选择资源型号，考虑短研制周期要求优先使用熟悉的硬件产品。在上述思路指导下，设计系统硬件结构如图1所示。
1.1 测控计算机
测控计算机(TCC)是系统的核心。本系统采用研华军用加固笔记本，外设包括Agilent的USB／GPIB接口转换器82357A、鼠标、打印机、UPS电源等。
1.2 VXI总线仪器及模块
VXI仪器具有高速率、高精度、易扩展、小型、轻便等特点，因而在自动检测设备(ATE)领域得到了广泛应用。本系统的VXI仪器采用外置控制器方式，因此，VXI总线仪器有：13槽C尺寸VXI主机箱1261B，用于承载所有VXI模块，并提供电源及控制接口；IEEE1394 VXI零槽控制器E8491B，用作VXI零槽及资源管理，它通过IEEE1394总线与TCC进行通讯；48通道TTL数字I／O模块VM1548，用于被测RWR输入／输出TTL电平信号的提供／测量和适配器内继电器的控制；4通道串口接口模块VM6068，用于RS 422通讯信号的模拟和接收；矩阵开关E1466A用于完成各个测量通道的切换；6.5位多用表E1412A用于测量各种电压、电阻；示波器E1428A用于测量各种视频脉冲及SA2U同步信号的采样；同轴开关SMP6101用于完成视频信号的切换；脉冲／码型发生器E8311A，用于模拟各种脉冲雷达的视频脉冲；任意函数发生器E1445A，用于产生锯齿波信号，驱动功率放大电路输出具有一定电流驱动能力的X，Y偏转信号。
1.3 GPIB总线仪器及附件
由于大功率、特高频的VXI总线仪器比较少，系统选用了GPIB总线仪器作为补充，以适应被测件的特殊需求。本系统的GPIB总线仪器有：微波信号源E8257D及微波开关8766K、喇叭天线附件，用于模拟各种雷达信号；转台控制仪及转台，设置转台参数(转速、转向、旋转)以转动被测件，达到测量RWR测向误差的目的。
1.4接口适配器
接口适配器(TUA)是被测RWR信号的预处理和转接装置，完成被测件与VXI总线仪器、GPIB总线仪器及附件接口的机械、电气连接。接口适配器主要由电源组件、信号调理板、资源分配板、继电器控制板等组成。电源组件将220 V／50 Hz交流转换成28 V／3 A，5 V／5 A，6 V／0.5 A，12 V／1 A，15 V／0.5 A，24 V／0.5 A，-6 V／0.5 A，-12 V／1 A，-15 V／0.5 A直流电源，给被测RWR、微波开关等提供电源；信号调理板主要完成各种VXI模块资源信号的放大、匹配、调理；资源分配板将各VXI模块资源分配至适配器前面板的被测件接口及信号调理板中。继电器控制板主要完成对七种LRU的电源供给控制。
1.5 连接电缆
连接电缆有四种：第一种是仪器控制电缆，如IEEE1394总线电缆、GPIB总线电缆等；第二种是仪器和接口适配器间的输入／输出电缆；第三种是连接接口适配器和被测件的测试电缆；第四种是附件连接电缆。
2 系统软件设计
系统软件部分以Windows XP为操作系统、以GPTS 3.0为测试程序开发和运行环境、以INCON 2.0为故障诊断推理平台进行设计，负责完成测试和诊断流程的管理、程序的运行、数据的分析、结果的记录等功能。系统软件采用模块化设计，主要包括：系统管理模块、系统自检自校模块、性能功能测试模块、故障诊断模块、仪器驱动模块、数据库与知识库模块、交互式操作手册模块等，其软件结构如图2所示。
系统管理模块：负责进行系统用户的身份验证、管理、状态的设置、各程序模块的调度等功能，是各个功能模块的管理中心。
系统自检自校模块：主要完成系统构造检查、仪器自检控制、信号转接中枢逻辑可靠性和准确性检查以及检测接口连接可靠性检查。
性能功能测试模块：完成RWR、整机及各LRU性能、功能指标的测试，它是决定测试是否满足需求、测试结果是否准确可靠的重要因素。性能功能测试模块采用面向信号的ATLAS标准化测试语言编写，TPS(测试程序集)开发较规范，通用性、兼容性好，与硬件平台无关。
仪器驱动模块：测试程序与系统物理仪器的桥梁。主要包括：类仪器虚拟资源驱动、类仪器ACM驱动、IVI仪器驱动。类仪器虚拟资源驱动用于控制某一类仪器(如DMM类仪器)的共同行为方式，是用COM实现的DLL形式的软件模块。它的主要功能是将ATLAS程序对测试需求的描述转换为对仪器的设置。类仪器ACM驱动是针对某类仪器的软件模块，它将类仪器虚拟资源驱动对仪器的设置传递给IVI驱动层。IVI驱动用于实现与物理仪器的交互，通过VISA软件I／O层与硬件直接交互，具有COM和C两种方式。
故障诊断模块：用于RWR各LRU的故障诊断和定位，给出维修的专家建议。故障诊断模块采用基于神经网络、模糊逻辑、专家系统的推理方法，实现了故障诊断的智能化。
数据库与知识库模块：用于保存软件要用到的各种数据，包括专家系统中的领域知识、测试数据及分析结果等。系统中的数据库包括专家知识库、测量结果数据库、诊断结果数据库、用户权限数据库、系统日志数据库等。
交互式操作手册模块：用于用户自我培训、巩固性学习、信息查询，使用方便、灵活。
3 系统测试诊断流程
根据RWR的特点和用户需求，本系统采用了并行分级的测试思想。用户可根据需要选择进行整机性能测试还是LRU测试。第一级对整机进行性能和功能测试和诊断，故障定位到LRU；第二级对LRU进行功能、性能测试和诊断，故障定位到内场可更换单元(SRU)，LRU接口信息丰富的可定位到功能电路，个别可定位到元件级。图3为RWR的测试诊断流程。
测试诊断流程如下：
(1)开机，用户身份验证。
(2)系统自检。系统自检通过，进入RWR测试环境，用户可选择进行整机指标测试还是LRU测试。若系统自检失败，启动系统自校功能对系统进行软件校准。校准完成后，再次进行系统自检。
(3)若用户选择整机测试，系统将提示用户连接整机测试电缆。
(4)启动RWR的BIT(机内检测)功能，并将自检结果输入系统。
(5)RWR自检通过后，用户可灵活选择整机测试项目和测试次数，设定后系统自动逐一测量。
(6)根据整机指标测试结果判断RWR性能是否符合要求。若指标符合要求，给出RWR功能、性能正常的结论，输出测试结果，测试结束；若指标不符合要求，则进行LRU测试。
(7)若第(4)步中RWR、BIT报告有故障，则略过整机测试，直接进行LRU测试。LRU测试包括测向接收机、连续波接收机、指令信号接收机、数字分析器、字符显示器、控制盒、电源滤波器等测试。
(8)进行测向接收机测试时，用户可灵活选择测试项目和测试次数，设定后系统自动逐一测量。若指标正常，给出测向接收机正常的结论，测试结束；若指标不正常，则调入相应故障诊断软件进行诊断，给出诊断结果和指导维修的专家建议。
(9)其他LRU测试方法同(8)。
4 结 语
基于VXI总线的RWR自动测试诊断系统的设计，从技术方案的确立、硬件集成到软件开发等方面都遵从了通用性、标准化、模块化的设计思想，它具有很强的通用性、开放性，可根据用户需要进行功能扩展。若要实现对其他同类被测对象的测试和故障诊断，则只需设计相应的接口适配器、编写相应的测试和故障诊断程序。实践表明，该系统用户界面友好、操作方便，可对RWR各种功能、性能参数快速、准确地测试，并依据测试数据，进行故障诊断，进而给出维修策略，大大提高了测试和排故效率，节省了维护保障费用，具有较高的军事和经济价值。
随着新型电子器件在雷达告警设备(RWR)中的应用，其智能化程度越来越高，结构越来越复杂而紧凑，这大大加重了测试和诊断的难度。而在实际使用中，为保证RWR功能有效发挥，要求能对其进行以性能测试和故障诊断为主的技术保障：既能快速、准确、高精度地对设备各种参数进行测试，又能为排除故障提出指导性建议。因此，研制和开发适合RWR技术保障要求的测试诊断系统具有重要意义。
本文采用VXI总线技术组建了一个RWR自动测试诊断系统。该系统是一个以工控机为核心，以VXI总线仪器为依托，以适配器为桥梁，集控制、数据采集和处理、存储、分析、显示、打印于一体的系统。它既可以完成RWR整机性能、功能的测试，又能单独对每一个外场可更换单元(LRU)进行定性和定量检测及故障诊断。
1 系统硬件结构
本系统硬件设计思路：按照模块化、通用化、标准化原则选用VXI总线结构，根据测试需求确定测试资源种类，依照性价比要求选择资源型号，考虑短研制周期要求优先使用熟悉的硬件产品。在上述思路指导下，设计系统硬件结构如图1所示。
1.1 测控计算机
测控计算机(TCC)是系统的核心。本系统采用研华军用加固笔记本，外设包括Agilent的USB／GPIB接口转换器82357A、鼠标、打印机、UPS电源等。
1.2 VXI总线仪器及模块
VXI仪器具有高速率、高精度、易扩展、小型、轻便等特点，因而在自动检测设备(ATE)领域得到了广泛应用。本系统的VXI仪器采用外置控制器方式，因此，VXI总线仪器有：13槽C尺寸VXI主机箱1261B，用于承载所有VXI模块，并提供电源及控制接口；IEEE1394 VXI零槽控制器E8491B，用作VXI零槽及资源管理，它通过IEEE1394总线与TCC进行通讯；48通道TTL数字I／O模块VM1548，用于被测RWR输入／输出TTL电平信号的提供／测量和适配器内继电器的控制；4通道串口接口模块VM6068，用于RS 422通讯信号的模拟和接收；矩阵开关E1466A用于完成各个测量通道的切换；6.5位多用表E1412A用于测量各种电压、电阻；示波器E1428A用于测量各种视频脉冲及SA2U同步信号的采样；同轴开关SMP6101用于完成视频信号的切换；脉冲／码型发生器E8311A，用于模拟各种脉冲雷达的视频脉冲；任意函数发生器E1445A，用于产生锯齿波信号，驱动功率放大电路输出具有一定电流驱动能力的X，Y偏转信号。
1.3 GPIB总线仪器及附件
由于大功率、特高频的VXI总线仪器比较少，系统选用了GPIB总线仪器作为补充，以适应被测件的特殊需求。本系统的GPIB总线仪器有：微波信号源E8257D及微波开关8766K、喇叭天线附件，用于模拟各种雷达信号；转台控制仪及转台，设置转台参数(转速、转向、旋转)以转动被测件，达到测量RWR测向误差的目的。
1.4接口适配器
接口适配器(TUA)是被测RWR信号的预处理和转接装置，完成被测件与VXI总线仪器、GPIB总线仪器及附件接口的机械、电气连接。接口适配器主要由电源组件、信号调理板、资源分配板、继电器控制板等组成。电源组件将220 V／50 Hz交流转换成28 V／3 A，5 V／5 A，6 V／0.5 A，12 V／1 A，15 V／0.5 A，24 V／0.5 A，-6 V／0.5 A，-12 V／1 A，-15 V／0.5 A直流电源，给被测RWR、微波开关等提供电源；信号调理板主要完成各种VXI模块资源信号的放大、匹配、调理；资源分配板将各VXI模块资源分配至适配器前面板的被测件接口及信号调理板中。继电器控制板主要完成对七种LRU的电源供给控制。
1.5 连接电缆
连接电缆有四种：第一种是仪器控制电缆，如IEEE1394总线电缆、GPIB总线电缆等；第二种是仪器和接口适配器间的输入／输出电缆；第三种是连接接口适配器和被测件的测试电缆；第四种是附件连接电缆。
2 系统软件设计
系统软件部分以Windows XP为操作系统、以GPTS 3.0为测试程序开发和运行环境、以INCON 2.0为故障诊断推理平台进行设计，负责完成测试和诊断流程的管理、程序的运行、数据的分析、结果的记录等功能。系统软件采用模块化设计，主要包括：系统管理模块、系统自检自校模块、性能功能测试模块、故障诊断模块、仪器驱动模块、数据库与知识库模块、交互式操作手册模块等，其软件结构如图2所示。
系统管理模块：负责进行系统用户的身份验证、管理、状态的设置、各程序模块的调度等功能，是各个功能模块的管理中心。
系统自检自校模块：主要完成系统构造检查、仪器自检控制、信号转接中枢逻辑可靠性和准确性检查以及检测接口连接可靠性检查。
性能功能测试模块：完成RWR、整机及各LRU性能、功能指标的测试，它是决定测试是否满足需求、测试结果是否准确可靠的重要因素。性能功能测试模块采用面向信号的ATLAS标准化测试语言编写，TPS(测试程序集)开发较规范，通用性、兼容性好，与硬件平台无关。
仪器驱动模块：测试程序与系统物理仪器的桥梁。主要包括：类仪器虚拟资源驱动、类仪器ACM驱动、IVI仪器驱动。类仪器虚拟资源驱动用于控制某一类仪器(如DMM类仪器)的共同行为方式，是用COM实现的DLL形式的软件模块。它的主要功能是将ATLAS程序对测试需求的描述转换为对仪器的设置。类仪器ACM驱动是针对某类仪器的软件模块，它将类仪器虚拟资源驱动对仪器的设置传递给IVI驱动层。IVI驱动用于实现与物理仪器的交互，通过VISA软件I／O层与硬件直接交互，具有COM和C两种方式。
故障诊断模块：用于RWR各LRU的故障诊断和定位，给出维修的专家建议。故障诊断模块采用基于神经网络、模糊逻辑、专家系统的推理方法，实现了故障诊断的智能化。
数据库与知识库模块：用于保存软件要用到的各种数据，包括专家系统中的领域知识、测试数据及分析结果等。系统中的数据库包括专家知识库、测量结果数据库、诊断结果数据库、用户权限数据库、系统日志数据库等。
交互式操作手册模块：用于用户自我培训、巩固性学习、信息查询，使用方便、灵活。
3 系统测试诊断流程
根据RWR的特点和用户需求，本系统采用了并行分级的测试思想。用户可根据需要选择进行整机性能测试还是LRU测试。第一级对整机进行性能和功能测试和诊断，故障定位到LRU；第二级对LRU进行功能、性能测试和诊断，故障定位到内场可更换单元(SRU)，LRU接口信息丰富的可定位到功能电路，个别可定位到元件级。图3为RWR的测试诊断流程。
测试诊断流程如下：
(1)开机，用户身份验证。
(2)系统自检。系统自检通过，进入RWR测试环境，用户可选择进行整机指标测试还是LRU测试。若系统自检失败，启动系统自校功能对系统进行软件校准。校准完成后，再次进行系统自检。
(3)若用户选择整机测试，系统将提示用户连接整机测试电缆。
(4)启动RWR的BIT(机内检测)功能，并将自检结果输入系统。
(5)RWR自检通过后，用户可灵活选择整机测试项目和测试次数，设定后系统自动逐一测量。
(6)根据整机指标测试结果判断RWR性能是否符合要求。若指标符合要求，给出RWR功能、性能正常的结论，输出测试结果，测试结束；若指标不符合要求，则进行LRU测试。
(7)若第(4)步中RWR、BIT报告有故障，则略过整机测试，直接进行LRU测试。LRU测试包括测向接收机、连续波接收机、指令信号接收机、数字分析器、字符显示器、控制盒、电源滤波器等测试。
(8)进行测向接收机测试时，用户可灵活选择测试项目和测试次数，设定后系统自动逐一测量。若指标正常，给出测向接收机正常的结论，测试结束；若指标不正常，则调入相应故障诊断软件进行诊断，给出诊断结果和指导维修的专家建议。
(9)其他LRU测试方法同(8)。
4 结 语
基于VXI总线的RWR自动测试诊断系统的设计，从技术方案的确立、硬件集成到软件开发等方面都遵从了通用性、标准化、模块化的设计思想，它具有很强的通用性、开放性，可根据用户需要进行功能扩展。若要实现对其他同类被测对象的测试和故障诊断，则只需设计相应的接口适配器、编写相应的测试和故障诊断程序。实践表明，该系统用户界面友好、操作方便，可对RWR各种功能、性能参数快速、准确地测试，并依据测试数据，进行故障诊断，进而给出维修策略，大大提高了测试和排故效率，节省了维护保障费用，具有较高的军事和经济价值。
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