在計算機的統(tǒng)一控制下，對研究對象實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理以及結(jié)果顯示輸出整個測試過程的體系稱為自動測試系統(tǒng)ATS(Automatic Test System)。ATS一般由3部分組成，即自動測試設(shè)備ATE(Automatic Test Equipment)、自動測試程序集TPS(Test Program Set)和TPS軟件開發(fā)工具。通常在標(biāo)準(zhǔn)的總線(如GPIB、VXI、PXI等)基礎(chǔ)上組建而成，具有通用性強和配置靈活等特點^[1]。

        無線電導(dǎo)航是保障航空飛行的重要組成部分，導(dǎo)航地面設(shè)備通過發(fā)送無線電導(dǎo)航信號的方式為飛機安全可靠的飛行提供所需信息，因此必須保證導(dǎo)航設(shè)備信號發(fā)生電路產(chǎn)生的信號準(zhǔn)確無誤。隨之而來的就是導(dǎo)航設(shè)備的快速保障與維護保養(yǎng)，現(xiàn)有無線電導(dǎo)航地面保障存在設(shè)備陳舊、數(shù)量和種類多、體積大以及缺少標(biāo)準(zhǔn)化與綜合化測試等缺陷^[2]。針對上述問題，在對自動測試描述語言ATML（Automated Test Markup Language）的研究基礎(chǔ)之上，研究設(shè)計基于通用儀器儀表的導(dǎo)航信號自動測試系統(tǒng)，并在實際導(dǎo)航信號的測試中得到應(yīng)用。

1 自動測試描述語言ATML

        系統(tǒng)采用自動測試標(biāo)記語言ATML標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)以可擴展標(biāo)記語言XML（Extensible Markup Language）為基礎(chǔ)，由美國國防部和眾多ATE行業(yè)人員一起制定^[3]。ATML作為測試信息數(shù)據(jù)交換的媒介，詳細描述了測試任務(wù)、資源需求、測試執(zhí)行和信息管理等內(nèi)容，包含ATML框架和ATML組件標(biāo)準(zhǔn)兩大部分。ATML組件標(biāo)準(zhǔn)定義了9個ATML組件接口，每個組件都有相對應(yīng)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)和XML格式文件，對應(yīng)關(guān)系如圖1所示^[4]。

2 導(dǎo)航設(shè)備自動測試系統(tǒng)

        依據(jù)上文對ATS的描述，導(dǎo)航設(shè)備自動測試系統(tǒng)的組成可分為ATE、TPS及TPS軟件開發(fā)工具三部分，其中ATE主要由通用儀器儀表、儀器控制軟件以及相應(yīng)的總線連接組成，如圖2所示。軟件在儀器驅(qū)動或者直接I/O的輔助下通過總線對相關(guān)儀器進行程控。系統(tǒng)涉及到的通用儀器儀表種類較多，采用XML格式文檔將儀器具體特性描述成Instrument Description.xsd文件，有利于系統(tǒng)對儀器資源進行統(tǒng)一調(diào)度。

        TPS是系統(tǒng)軟件組成的核心部分。傳統(tǒng)測試程序中，TPS信息包含在程序代碼里，關(guān)于儀器能力描述、信號格式描述以及具體測試需求描述等信息不容易分離出來，降低了TPS的靈活性和可移植性。參考ATML標(biāo)準(zhǔn)將有關(guān)測試數(shù)據(jù)的描述進行標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)了自動測試系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的共享與分配，系統(tǒng)TPS運行框圖如圖3所示。UUT描述、測試描述、測試信號需求等組件信息通過自定義測試描述表格進入人機交互接口，按照ATML標(biāo)準(zhǔn)將提供的信息轉(zhuǎn)為XML格式文件，并存入測試文檔庫，通過處理器從XML文件中提取出相關(guān)的測試信息^[5]，并送給測試執(zhí)行單元形成TPS代碼。測試結(jié)束后執(zhí)行單元按照ATML標(biāo)準(zhǔn)將測試結(jié)果規(guī)范為XML文檔以形成測試報表。XML作為一種層次化的標(biāo)記語言，具有面向?qū)ο蟮奶攸c，在描述模塊化結(jié)構(gòu)的UUT信息和各類部件關(guān)系上具有天然優(yōu)勢，采用XML語言描述測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可方便地確保數(shù)據(jù)的一致性、完整性和可靠性，簡化測試系統(tǒng)內(nèi)部以及測試系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的工作，并能與現(xiàn)存的系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)很好地兼容^[6-7]。

        測試描述組件規(guī)定了對具體導(dǎo)航設(shè)備的某一特定功能進行測試的測試級別、測試需求、測試策略以及結(jié)果診斷與分析。導(dǎo)航設(shè)備測試級別分為一線測試與二線測試。一線測試針對實際設(shè)備在開機工作狀態(tài)下進行測試，主要側(cè)重于實際設(shè)備所發(fā)射信號各參數(shù)指標(biāo)的準(zhǔn)確度；二線測試針對相應(yīng)的自研模擬器，重點在于信號測試的方法研究與實現(xiàn)。測試需求指完成測試所需的軟硬件配置信息。

        儀器描述組件主要對各個測試儀器儀表的物理特性、工作環(huán)境、性能指標(biāo)等靜態(tài)信息和對應(yīng)的資源、測試信號能力等動態(tài)信息進行定義。本系統(tǒng)涉及到的通用儀器儀表主要包括信號發(fā)生器、射頻功率計、功率檢波器、頻譜分析儀、數(shù)字示波器、通用計數(shù)器等。

        UUT描述組件對被測設(shè)備的編號、功率需求、物理特性和測試操作要求等內(nèi)容進行說明。現(xiàn)役導(dǎo)航設(shè)備種類較多，普遍采用超大規(guī)模電路和專用集成電路等，其物理特性采用新工藝技術(shù)，如多層板工藝和表面封裝技術(shù)等。

        測試適配器描述組件定義導(dǎo)航設(shè)備和測試工作站之間的接口^[7]，包括電纜、連接器、通信總線和開關(guān)等詳細信息。

        測試工作站描述組件用于描述測試系統(tǒng)的運行環(huán)境，包括端口連接、儀器儀表和測試精度、測試識別信息(如設(shè)備部件編號及不同組件的位置)、狀態(tài)信息(如時間、自測狀態(tài)和標(biāo)定日期)。

        系統(tǒng)采用Windows XP SP3系統(tǒng)自動配置底層的硬件，可兼顧實時性與靈活性；采用美國國家儀器有限公司的核心軟件產(chǎn)品LabVIEW作為TPS開發(fā)平臺，充分利用圖形化編程語言G語言(Graphical Programming Language)的高性能與靈活性。

3 項目應(yīng)用實例

        在國際民航組織通用的某型導(dǎo)航設(shè)備檢測系統(tǒng)項目中，需要對設(shè)備產(chǎn)生的脈沖信號上升沿(點a、c之間)、下降沿(點d、f之間)和脈沖寬度(點b、d之間)進行測試，如圖4所示。采用本自動測試程序，UUT描述為脈沖信號的上述3個參數(shù)；儀器選擇Agilent公司的MSO7104A型混合信號數(shù)字示波器；通過VXI總線完成設(shè)備與測試系統(tǒng)之間的連接。

        在Agilent公司官網(wǎng)上可以下載到支持LabVIEW8.0以上版本的示波器驅(qū)動程序，其中包含了示波器參數(shù)設(shè)置的初始化、參數(shù)配置、信號測試、數(shù)據(jù)傳輸?shù)热坎僮髦噶?，通過調(diào)用儀器驅(qū)動程序完成示波器的程控。

        對信號波形進行采集時，時鐘的設(shè)置可使用示波器上自帶的精度較高的時鐘，每次可讀取一批數(shù)據(jù)，提高了程序的效率。測試結(jié)果通過波形圖表和波形圖控件進行顯示。數(shù)據(jù)的存儲采用TDMS(Technical Data Management)格式。報表生成方面，系統(tǒng)采用Excel格式，在LabVIEW軟件中安裝Microsoft Office Toolkit工具包之后就可通過調(diào)用Excel報表工具進行數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

        圖5為示波器測得脈沖信號上升沿波形與自動測試程序采集的波形圖比較?？梢钥闯?，自動測試程序采集波形與示波器實際測得的波形基本一致，對波形的成功采集與保存解決了以往手動測試中對波形的細節(jié)進行查看時只能現(xiàn)場操作的缺陷，為設(shè)備的定期維修與保養(yǎng)提供了依據(jù)。

        圖6所示為自動測試結(jié)果Excle報表截圖，報表中詳細列出了測試的具體時間、測試級別、測試工程師、測試板卡位置、測試數(shù)據(jù)及診斷結(jié)果。報表以電子表格的形式保存，數(shù)據(jù)處理更加方便，并作為設(shè)備維護與保養(yǎng)的依據(jù)，可供隨時調(diào)出查詢。

        本文將自動測試技術(shù)引入導(dǎo)航設(shè)備的測試維修中，通過計算機程序控制測試流程，有效解決了以往導(dǎo)航設(shè)備手動或者半自動保障耗時耗力、效率低下、測試結(jié)果難以規(guī)范化保存的缺陷。在TPS的設(shè)計上，采用ATML標(biāo)準(zhǔn)描述測試信息，測試資源之間運用XML格式文件交互，充分考慮了系統(tǒng)對TPS的可移植性和重用性需求，方便與未來新的設(shè)備進行軟硬件兼容。系統(tǒng)在某型設(shè)備的脈沖信號測試中進行了驗證，效果良好。本文利用ATML標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計自動測試系統(tǒng)，并成功運用到航空導(dǎo)航設(shè)備的保障中，為國內(nèi)航空導(dǎo)航維修領(lǐng)域提供了一種新思路。

參考文獻

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