| 标题 | 柔性测试技术在复杂装备测试中的应用 |
| 范文 | 窦赛,陈国顺,贾彪 摘 要：为了解决现有复杂装备自动测试系统结构复杂、灵活性差的问题，将柔性测试技术引入自动测试系统中，构建复杂装备的柔性测试系统。首先介绍柔性测试技术的基本概念及特点，对其发展现状进行跟踪；然后依据复杂电子装备测试的特点，为提高其通用性和灵活性，构建复杂装备柔性测试系统；最后对复杂电子装备柔性测试系统的关键技术进行了分析研究。 关键词：柔性测试技术； 复杂装备； 系统构成； 关键技术 中图分类号：TN87-34 文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2011)09-0141-04 Application of Flexible Testing Technology in Complicated Equipment Test DOU Sai1,CHEN Guo-shun2,JIA Biao1 (1.Institute of Ordnance Engineering,Shijiazhuang 050000,China; 2.Research Institute of Ordnance Technology,Shijiazhuang 050000,China) Abstract： In order to solve problems such as complicated structure and poor flexibility of complicated equipment testing system,applying flexible testing technology to the ATS and constructing a flexible testing system to the complicated equipment. Firstly，the basic concept,features the development status of flexible testing technology are introduced. Then,a flexible testing system is constructed for improving the universality and flexibility of complicated electronic equipment. Finally,the key technology of the system is analyzed and studied. Keywords： flexible testing technology; complicated equipment; system construction; critical technology 0 引 言 随着现代军用电子装备的更新加快、复杂程度加深，军用测试系统面对着测试种类繁多、多种技术的高交叉性以及技术更新速度加快等新挑战。如何构建一套通用、灵活、可升级的测试系统，已成为困扰装备保障的一大技术难题。 传统的装备测试系统很难既能考虑到测试的高效率同时又兼顾测试的低成本，不具备能够根据被测装备测试需求的变化而对自己本身进行调整的灵活性，且可扩展性差。因此将柔性测试技术应用于自动测试系统的设计中，构建柔性测试系统，使自动测试系统可以根据测试需求的变化柔性组建，从而达到提高测试系统通用性与灵活性的作用。 1 柔性测试技术概念及特点 柔性测试技术以多种相关技术为基础，是可满足复杂、多样化的测试测量需求的系统化技术。它整合了虚拟仪器、测试测量、机电一体化、网络通信及软件等多种技术；既面向应用，又专注于测试系统的创建和发展。 柔性测试技术是测试理念的一种转变，它不是针对某一个或一类具体的测试对象来具体构建通用型的测试系统，而是根据测试要求和测量对象，从应用出发来规划完整的测试平台，将测试测量解决方案或系统的实现作为一个整体来考虑，通过分析测试需求，站在全局的高度来构建整个测试系统，为各种测试测量需求提供完整的解决方案。 柔性测试技术具有适用性，灵活性，扩展性三个特性。它能够满足多种测试环境要求，提供多种测试性能，并可以根据需求的改变，重构测试系统的功能以满足测试要求，而且还能伴随相关技术的发展，使原有系统的能力得到扩展，保证应用系统的先进性，实现测试能力的不断提升。 2 柔性测试技术的发展现状 随着现代科学技术的发展，测试技术对电子装备发展的作用越来越突出。自动测试技术(ATS)作为测试技术中的一项重要技术与手段，更加受到世界各国的重视。自动测试系统的发展可分为三代：第一代自动测试系统是针对测试任务而研制的专用型测试系统；第二代自动测试系统是在具有标准接口总线的台式程控仪器的基础上，以积木堆叠方式组建而成的；第三代自动测试系统是基于VXI，PXI等测试总线，主要由模块化的仪器/设备所组成的自动测试系统［1］。 当今复杂装备的测试系统存在以下不足：专用型测试系统对测试资源配置具有很强的针对性，系统研制工作量大、成本高、适应性不强，不同的测试系统间很难实现互操作。通用型测试系统由于要满足一定的通用性和参数覆盖面，一方面导致测试系统仪器设备种类众多、体积庞大、结构复杂、灵活性差，另一方面系统各测试资源间存在冗余，增加了测试系统的体积和功耗。 为弥补现有装备自动测试系统的诸多不足，下一代自动测试系统的主要目标包括［2］： (1) 显著降低自动测试系统的维护和使用费用； (2) 通过提高测试系统的通用性，使用户获得最大限度的测试灵活性，以满足不同测试用户需要； (3) 提高自动测试系统新技术的注入能力，即使系统存在一定扩展性，能够随着新技术的发展进行升级，以满足不断发展的用户需求。 由此可见，下一代自动测试系统对测试系统的灵活性提出了更高的要求，即测试系统应该具有相应的适用性与灵活性，以满足快速变化的不同测试需求的需要。同时还应该具有扩展性，以提高测试系统对新技术的纳入能力。基于柔性测试技术构建的自动测试系统能够很好地解决现有测试系统存在的结构复杂、体积庞大、灵活性差、扩展性差、升级困难等问题现状，很好地满足下一代自动测试系统的各项目标要求。 国外方面，美国等西方军事发达国家，已经注意到了柔性测试的战略意义，加快了这方面的研发，尤其是在柔性仪器方面。 (1) 在2003年3月美国总审计署(GAO)发表《美国国防部需要更好地管理自动测试设备现代化》报告后，美国国防部更加重视通用及灵活测试设备的开发与使用，这为柔性仪器的应用提供了广阔的背景。 为了降低成本，五角大楼计划制定者正试图通过采购通用、灵活的测试设备，取代目前正在使用的400多种不同类型的军事与航空测试设备。为尽快实现这两个目标，测试设备制造商们正致力于PXI波形因数和柔性仪器等测试新技术的开发。 (2) 美国海军制定了加固自动化支持系统CASS(Consolidated Automated Support System)计划。该计划用一个标准化系统代替25部测试仪器，支持2 458种武器元器件的测试。 (3) 2008年，美国国防部ATS局推出了敏捷快速全球作战保障系统ARGCS(Agile Rapid Global Combat Support)，它是一个演示系统，提出了适合全军共用、共同遵守的标准化、通用化的规范体系，减少了各兵种自成体系的设备，避免了重复研制的浪费，结束了标准不兼容、不规范的局面，满足现代诸军兵种联合作战的需求。该系统的标准化、通用化以及开放的特性，满足柔性测试系统的三个特性要求，是柔性测试技术应用于测试系统的具体体现。 国内方面，柔性测试是于2008年提出的。经过两年的发展，柔性测试技术已经在航空航天、汽车、船舶、电子、电力等领域有了初步的应用，并取得了较好的效果。其中在汽车制造领域，柔性测试技术的应用成果更为突出:不仅在如何进行柔性测试系统的构建方面得到了深入的研究，而且还有多套基于柔性测试技术的系统产品被设计出来。如汽车仪表盘终检系统、汽车传感器通用测试系统、电路板功能测试系统、汽车保险丝盒装配检测系统以及噪声定位源分析系统等［3-7］。 综上所述，柔性测试技术作为解决现有测试系统存在问题的一种重要的新兴手段，已被初步应用于民用以及军事的相关测试领域，并在提高测试系统的通用性、灵活性与扩展性方面取得了很好的效果。 3 复杂装备柔性测试系统的构建 在对复杂装备进行测试时，传统的测试测量是用一种仪器完成一类测试功能，通过多种仪器组合实现一组完整测试。在许多情况下，不同仪器具有类似的内部功能，这就造成了冗余和浪费。将系统各功能单元进行模块化，用这些模块化的、可完成某种特定功能的单元构建测试系统，使系统能够按照测试任务与要求，快速构建出满足测试要求的自动测试系统，完成测试任务；测试任务改变时，系统能够根据新的测试要求快速地重新组建出可完成新的测试任务的自动测试系统。这样的自动测试系统就是柔性测试系统。 因此，柔性测试系统是一种能够根据测试任务需求及测试环境的变化，快速改变系统的组织模式、硬件与软件结构，以迅速调节测试功能来适应新任务和新环境的自动测试系统。 柔性测试系统的组成可大致由图1所示结构框图来表示［8］。 图1 柔性测试系统结构框图 图1中，柔性测试系统由控制器/数字信号处理器单元、信号调理单元、信号切换接口单元以及波形发生器单元、波形数字化单元(ADC)等组成。可见柔性测试系统的激励和测量功能是由激励和测量通路配合数字信号处理单元来实现的，而系统测试功能的实现以及系统的重构等都是在控制器的控制下完成的。 柔性测试系统的构成与软件无线电类似，主要的区别是把天线换成了与待测设备的接口，增加了支持更加复杂的信号调理电路，以及系统重构所要求的电路元件及信号通道。这些修改使柔性测试系统具有常规仪器所无法比拟的功能。 下面以柔性测试系统的激励通道为例来进行详细说明。柔性测试系统激励通道如图2所示。 图2 柔性测试系统激励通道 图2中，经过数字信号处理模块产生数字信号波形，然后针对UUT所需激励信号要求，如果需要数字信号则经过数字信号调理后至切换接口直接供给UUT；如果需要模拟信号则需通过D/A转换器及模拟信号调理后，经切换接口供给UUT；如果需要射频信号，那么在经过D/A转换器及射频信号调理模块后，通过频率上转换器进行频率变换，再送至UUT。 实际系统中，信号的切换接口单元由适配器及自适应测试信号接口构成。由于被测设备所需激励信号与所产生的响应信号种类繁多，因此，对应每一种被测设备就需有与之相应的适配器来与测试系统连接。接口适配器上装有辨识电路，当通过测试程序配置测试参数时，程序会自动调用与接口适配器对应的测试参数，防止误操作。信号经过适配器后，再经自适应测试信号接口送至相应的信号调理模块处理。系统的信号处理以及系统的控制等功能均是通过系统的软件来实现的。 通过如上所示系统的构建，既使柔性测试系统具有一般传统测试系统的功能，使之能够完成各项测试任务要求，还使系统具有如下优势： (1) 系统能够利用标准通用模块，通过系统的智能组建，就可以实现不同的仪器功能，具有很高的通用性。 (2) 通过消除系统冗余的功能模块，达到减小系统体积，降低系统成本的目的。 (3) 当测试系统需要升级或扩展新的测试功能时，只需添置或替换直接受影响的功能模块，升级相应的软件，而不需要更换整个系统，从而延长了测试系统的使用寿命，节约了成本。 4 复杂装备柔性测试系统的关键技术 4.1 总线技术 “测试系统的组成离不开测试总线，总线本身亦成为测试系统的主要组成部分” ［9］。方便快捷的仪器总线是柔性测试系统快速组建的保障。根据测试需求的不同，系统需要从一种构型快速转换到另一种构型。因为系统的各个功能模块是共用的，所以一个测试完成后，需要系统的各功能模块快速拆卸归库，以供再次构建系统使用，同时还要求系统能够快速组建满足新的测试需求的测试系统。构建柔性测试系统主要采用LXI，VXI，PXI三类总线。尤其是融合了GPIB总线的高性能、VXI/PXI总线构造仪器体积小以及LAN的高速吞吐率等特点的LXI总线，具有高速、灵活、无需专用机箱、可单独使用等优点，能够很好满足柔性测试系统对总线的要求。 4.2 仪器互换技术 测试仪器的可互换性直接关系到测试系统的灵活性与扩展性，因此仪器互换技术是构建柔性测试系统的关键技术。IVI (Interchangeable Virtual Instruments)是基于需求驱动的，其接口有严格的语义标准，因而易于实现仪器的互换性和软件的移植性。其实现原理为［10］：应用程序通过一个逻辑名来调用IVI类驱动器，IVI类驱动器将该逻辑名与IVI配置文件中的所有逻辑名进行匹配，得到实际的IVI类专用驱动器指针，并实现该驱动器的动态加载，然后将IVI类驱动器中的函数和属性与IVI类兼容专用驱动器的对应函数和属性进行链接，使应用程序可以间接地访问这些函数和属性。 虽然IVI技术规范目前尚在制订中，目前只有示波器、万用表、函数发生器、多路开关等9种仪器的类驱动程序的标准化，而且IVI只适合同类仪器的互换，但随着技术的进步和厂商进一步支持，IVI技术必定会在提高系统灵活性与扩展性方面得到更广泛的应用。 4.3 可重配置技术 可重配置技术作为实现柔性测试系统通用性和灵活性的关键，也是构建柔性测试系统的一项重要技术。系统的可重配置主要体现在软件与硬件两个方面。 系统软件的可重配置通过软件的分层设计实现。整个软件体系分为系统管理层、测试程序层、仪器控制层。其中，系统管理层实现整个系统的管理，包括测试需求的描述、测试功能模块的分类与管理、最优资源集合的生成等。测试程序层主要实现测试程序的管理，包括根据测试需求调用相应的测试程序、重构适于测试需求的测试软件等。仪器控制层通过解析系统管理层的配置信息和命令参数，控制各功能模块按照要求执行，完成测试功能。通过软件分层式的设计结构，能够实现系统测试程序快速有效的重新配置，进而完成测试任务。 系统硬件的可重配置体现在两个方面：一方面通过系统软件仪器控制层的程序控制，调用不同的功能模块实现；另一方面，系统主要的电路功能通过FPGA来实现，FPGA的可现场编程功能特性，支持用户现场重新下载配置信息来改变功能，从而实现重新配置。 5 结 语 柔性测试技术是多种技术的集成者，基于柔性测试技术构建的柔性测试系统具有很强的通用性、灵活性和扩展性，能很好地满足现代化战争对测试系统的各项要求，并能较大程度地减少系统冗余，节约成本，具有较好的军事和经济效益。 参考文献 ［1］ 倪玲，张琦，郭霞.自动测试技术发展综述［J］．中国制造业信息化，2007，36(13)：46-49． ［2］BURDEN Judy,CURRY Patrick A,ROBY Derec,et al. 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