VXI总线在通信导航系统测试中的设计

摘要：在分析VXI(VME bus Extensions For Instrumentation)总线技术基本原理与基本结构的基础上，从分析测试需求出发，给出了基于VXI总线飞机通信导航设备自动检测系统的硬件结构、测试资源配置、接口关系以及软件模块的设计。实验数据表明，与使用分离测试仪器相比，该系统在保证测试质量的同时，减少了无线电维护人员50%的工作量，并具有操作简明快捷、数据采集准确、处理速度高和防止误操作等优点，由于只需改变数据处理软件即可在VXI总线仪器中增加某个测试功能，该系统具有潜在的价格优势和很大的发展空间，对其他相关电子系统测试具有一定的扩展性。

关键词：测试系统；VXI总线；通信导航设备测试

引言

VXI总线技术是当今计算机测控技术发展的主流技术之一，也是自动检测设备(ATE：Automatic Test Equipment)标准化技术的核心。VXI(VME bus Extensions For Instrumentation)总线是VME总线在仪器领域的扩展，它将各种测试仪器做成模块式，通过VXI总线进行控制。

目前，我军的电子设备测试紧跟国外自动测试的主流技术，引进、开发了一些VXI总线测试系统。笔者所在单位长期从事电子设备的自动测试系统研究，并且在近两年开发、研制成功一套VXI总线混合式通用通信、导航测试系统，开发了一些专用的模块。笔者以VXI为主流的数据采集、测试系统应用于航空通信导航设备测试的问题作一些探讨。

测试系统硬件设计

通信导航设备测试需求分析
例如：导航设备无线电高度表的测试，高度表通电首先要有直流27V、交流115V电源供电，需要直流27V、交流115V程控电源；高度表要有激励信号，提供高度模拟电压为0～30V信号或带有斜率每秒变化约±0.1V和±1V的锯齿波电压信号；高度表工作频率4.2～4.4GHz，需要任意波形产生器或者射频信号源；高度表还要有控制信号，高电平+27V、低电平0V，需要通用开关或高频转换开关；作为响应信号如对高度表测高精度的测试，电压范围为直流0～46.7V，需要数字万用表或者数字示波器；对工作频率范围(本振频率4.2～4.4GHz)的检查需要频率计或微波频谱分析仪；接收机灵敏度的测试，约为87dB，需要程控衰减器和标准延迟线；对发射机发射功率的测试，约为100W，需微波功率计，如果要求高度表有高度数字电压输出还应有数字I/O。同样对通信设备电台的测试：比如测量电台接收灵敏度其指标约为3ηV，将电台加上调制度为30%，频率F=1000Hz，信号调制，需要调制测量仪、高频信号发生器或无线电综合测试仪等，如果电台、高度表进行时域分析还需要时模块。

测试系统硬件设计
VXI总线测试系统是一种计算机控制的测试系统。系统硬件部分主要由主计算机、VXI总线模块仪器、电源以及适配器部分组成。共同使自动测试系统具有提供电源、激励能力、测试能力、通道切换能力和数据处理能力。测试系统硬件组成如图1所示。

在分析通信导航设备测试需求的基础上，笔者选用外挂式主控计算机作为整个测控平台的控制中心，通过PCI-MXIVXI接口完成对机箱内各模块、程控电源、适配器的自动控制，完成测试过程中复位、自检、流程控制、数据采集、数据处理及显示功能，并提供良好的人机界面。

图1　测试系统硬件组成

在设计通信导航自动测试系统中，VXI主机箱选用C尺寸13槽机箱，各模块适当选配并留有余度包括：18GHz射频信号源、60Msa/s采样频率的任意波形发生器、5位半数字万用表、500MHz带宽的数字示波器等。为达到整个系统的电器性能上的协调一致，各模块可采用泰克公司的产品。例如任意波形发生器采用VX4792模块，数字I/O采用32通道差分模拟/数字信号输入模块的VX4287模块，5位半数字万用表采用VX4234模块。

通用测试平台提供系统与测量对象之间的连接。由于被测设备的信号形式、幅度、频率等均有较大差异，利用通用测试平台适配器对信号进行处理可以很方便地将测量对象与测量仪器连接。测试对象可以是单部件，如高度表的收发机或指示器也可以是整个通信导航设备如无线电高度表的联机测试。如果是单部件测试，通常只需连接一条专用电缆就可完成自动测试。

图2　测量系统软件组成

测试系统软件设计

测试软件是为了有效地运用硬件系统资源，实现各种测控功能而提供的程序系统及有关资料的集合。通信导航自动测试系统的开发环境选用NI公司的LabWINDOWS/CVI，它是一种基于C语言的集成开发平台。根据电台、高度表等设备测试需要设计的仪器主要包括：虚拟激励源、信号源，用以提供测试需要的激励信号；虚拟的数据分析和处理；虚拟显示仪器(如示波器、万用表等)，用以对测试结果的虚拟显示；此外还设计了虚拟控制器，以便用户能对整个测试进行管理和干预。软件的总体结构如图2所示。下面针对信号程序进行重点分析，测量程序流程如图3所示。

图3　测量程序流程图

测量功能设置是根据测量要求，针对被测电台、高度表等设备的相关信息，调用相关子程序，完成对应VXI仪器模块的初始化设置，如首先应当完成32通道差分模拟/数字信号输入模块VX4287和任意波形发生器VX4792模块的设置。

测试包括数据采集和数据处理两部分：数据采集就是通过A/D变换，完成模拟信号的抽样量化；数据处理就是调用相应的子程序完成诸如时域分析中相关分析、差分积分运算，统计分析中的均值估计、数字滤波等[8]。

标准指标数据库存储了被测对象如电台、高度表等所有的标称技术指标，包括被测对象的综合信息、故障数据库、专家辅助诊断数据库和被测对象需显示的信息等，以作为电台、高度表等设备测试结果合格与否的标志，最后将测试结果打印出来。

结束语

在该系统设计过程中，充分发挥了VXI虚拟仪器的优势。利用设计的该自动测试系统对某型飞机机载通信导航系统电台、高度表等设备进行了综合测试，所得测试结果与常规仪器测试结果完全一致，但在操作和处理上更为方便、更为快捷，大大提高了数据采集和处理质量。更为重要的是，在VXI总线仪器中增加某个测试功能所需的经费比传统的增添仪器需要的经费少得多，因为它通常只需改变数据处理软件，所以，VXI总线自动测试系统具有潜在的价格优势和很大的发展空间。