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摘 要：随着通信技术的发展，对微波设备性能指标自动化测试的需求日益迫切。首先总结了传统微波设备测试方法的缺 点和不足，然后介绍了 GPIB 总线的应用方式和应用领域，进行了基于 GPIB 总线的微波设备自动测试系统设计，给出了硬件 组织架构和软件功能组成，提出了一种智能化的自动测试系统方案，最后对其应用前景进行了分析。
关键词： 自动测试 ；GPIB ；微波设备
Design of Automatic Test System for Microwave Equipment
BAI Haibin, SUN Yuwei
（The 54th Research Institute of CETC, Shijiazhuang Hebei 050081）
【Abstract】： With the development of communication technology, the demand for automatic test of microwave equipment is becoming more and more urgent. Firstly, the shortcomings and deficiencies of traditional microwave equipment test methods are summarized, then the application mode and application field of GPIB bus are introduced, the automatic test system of microwave equipment based on GPIB bus is designed. The design gives the hardware organization structure and software function composition, puts forward an intelligent automatic test system scheme, and finally analyzes its application prospect.
【Key words】： automatic testing;GPIB;microwave equipment
0 引言
随着卫星、微波、短波等通信技术的发展，各种军 用、民用通信系统的需求不断提高，对各种通信设备尤 其微波设备的出厂测试、维修维护和故障定位的需求日 益增加，因此设计一种实现微波设备测试工作自动化和 标准化的系统越来越迫切 [1]。
随着各种测试仪器性能提升以及与计算机接口协议 的完善，通信设备的自动测试系统的研究已经成为一个 重要的领域。本文分析了微波设备传统的测试方法，指 出其存在的不足和问题，并提出合理的解决方法，同时 提出了一种微波设备通用测试系统的设计方案，最后对其应用前景进行了分析。
1 传统测试方法分析
目前，通用微波设备的测试工作一般由从事生产 （或研制）或维修的相关技术人员使用通用测试仪器完成，基本上靠人工操作和人工读取数据完成，未形成统 一的标准化的通用的测试系统，所测结果的准确性和测 试过程的正确性与进行测试的技术人员的测试技术水平 及当时的测试环境存在很大关系 [2-3]。
传统测试方法存在如下的问题和不足 ：
（1）测试效率低下。当前，微波设备的测试工作基 本采用人工操作方式，由测试技术人员手动接线、手动 调整测试仪器的测试参数，并由测试人员读取数据并处 理数据和分析结果，测试过程中存在大量的仪器参数重 复设置工作（对同一类参数的测试），完全可以通过计算机的控制指令自动完成，测试人员工作量大，测试效率很低。（2）测试结果的一致性差。在人工的测试中， 由于测试人员手动参与测试环节较多，测试方法和仪器 的操作使用受测试人员的工作经验和技术水平的限制， 测试数据读取和分析容易受人为因素影响等，导致不同测试人员所测结果可能存在较大的差异。（3）测试结果 的可追溯性差。由于采用了人工的测试方式，由测试人 员手动调整测试仪器的测试参数，并读取数据、处理数据和分析结果，对于测试过程测试仪器的参数设置和调 整无法做到准确跟踪，数据处理过程无法精确记录，导 致测试结果的可追溯性差。（4）测试结果的准确性差。 在人工的测试过程中，无法克服由于人为因素对测试结 果的影响，导致测试测试结果的一致性和可追溯性差，测试结果的准确性无法得到保证。
2 系统设计
随着计算机技术的发展，基于计算机技术的自动测 试系统的发展也越来越快。以往自动侧试系统一般是根 据用户的需求和其特定仪器、设备而形成的独立系统， 测试系统不通用。GPIB 总线技术的出现为自动测试系 统的设计开发提供了良好的技术基础。当前，GPIB 总 线作为一种国际通用的可程控仪器的数字接口标准，正 广泛的用作测量仪器与计算机的接口。这就为自动测试 系统的设计开发提供了很大的帮助。
2.1 GPIB 总线
GPIB 总线又称 HPIB 总线或 IEEE-488 总线， 它 是美国 HP 公司（Agilen 公司的前身）于 1965 年设计 开发的一种总线接口形式，用以将其可编程一起与计算 机相连接。GPIB 是一种 24 线的并行总线，其中 16 条 为信号线、8 条为接地线 [4]。信号线分为三类 ：握手线、 管理线和数据线。握手线有三条，用以管理挂接在总线 上各设备的数据收发时刻，确保各设备不会同时发送数 据，确保无差错的传输数据 ；管理线由五条，管理和监 视总线的运行情况，保证总线上数据的流通能够有序进 行 ；数据线有八条，为双向总线，用于传输设备之间的 数据信息，包括地址、指令和数据 [5]。
GPIB 总线的传输速率一般在 250kbps 只 500kbps 之间，最高可达 8Mbps ；连接在总线上的设备之间的 最大距离为 20m，总线总长度为 220m ；GPIB 一个重 要的特点是一个接口可连接至 15 台设备（含管理计算 机）[6-7]，这就为测试系统集成多台测试仪器提供了可能。
自 GPIB 接口出现以来，已经广泛的应用在于通信、 计量、航空航天等领域，可连接管理计算机或可编程设备，用以实现各种仪器测试数据的应用或二次处理。GPIB 总线 已经作为一种通用的数字接口标准，广泛应用于测量仪 器、仪表与管理设备的接口 [8]。
2.2 自动测试系统硬件设计
自动测试系统硬件组成建立在一般微波设备常用 测试仪器的基础上，通过硬件组合，规范化测试规程，从而开发出通用的自动测试系统。自动测试系统采用 GPIB 总线，综合通用测试仪器，通过开关矩阵搭建硬 件平台，其组成示意如图 1 所示。
该自动测试系统是一个模块化、开放式的系统，采 用了总线结构使其具备较强的扩展能力。系统由通用测 试仪器、切换矩阵、管理计算机（内置 GPIB 接口卡） 和打印机组成。通用测试仪器一侧与切换矩阵接口，通 过切换矩阵连接到被测设备上，另一侧通过 GPIB 总线 与计算机接口。操作人员通过管理计算机的软件完成对 整个测试系统的管理，实现设备的自动测试能力。
管理计算机是整个自动测试系统的大脑，实现测试系 统的调度和管理。管理计算机通过 GPIB 总线直接与测试 仪器接口，通过测试仪器的地址来实现与不同测试仪器的 信息交互。测试人员根据不同的测试需要，通过自动测试 软件制定测试方案并选择参与测试的仪器，测试过程、测 试原始数据的处理由测试软件自动执行，不需要测试人员 参与。测试完成后测试人员可通过软件查看测试结果或通 过打印机打印测试结果，若有必要可打印输出测试原始数 据或图像。测试仪器是自动测试系统的核心设备，由管理 计算机通过 GPIB 总线以不同的地址码进行控制，不同的 测试仪器通过切换矩阵与被测设备组成不同的测试组合， 用以实现同一被测设备不同测试指标对不同测试仪器的需 求。测试仪器建议采用美国安捷伦公司（原为 HP 公司） 的产品，该公司的测试仪器在测试精度、测试准确度和 可靠性方面远优于其他公司的产品。
2.3 自动测试系统软件设计
自动测试系统软件主要软件框架（主模块）和各功 能模块组成。功能模块分为数据采集模块、数据处理模块、数据库模块、测试结果输出模块、系统校正模块、 用户接口模块、测试规划模块和专家智能模块。系统软 件组成如图 2 所示 [9]。
主模块是自动测试系统软件的程序框架，主要负责 各功能软件模块的调度和管理。
数据采集模块是自动测试系统与测试仪器的接口模 块，数据采集模块通过 GPIB 总线与测试设备相连，测 试仪器的参数设置、数据采集、结果读取都通过该总线 完成。测试过程中的原始数据应存储到数据库中。该模 块采用多线程工作方式，采用时间共享的方式提高多 台测试仪器数据采集的实时性。数据处理模块对数据采 集模块所收集到的测试数据进行整理、分析，得出测试 结论并将原始测试数据、数据处理结果和测试结论记录 到数据库中。数据处理模块针对不同的测试指标设计不 同的子模块。数据库模块实现对原始测试数据、测试结 果、测试先验数据的管理和存储。系统校正模块完成测 试系统的误差校正。新建的测试系统一般都存在一定的 测试误差，我们可以通过指标已知的设备（或仪器）对 测试系统进行校正。校正时首先将设备（或仪器）接入 测试系统，按照正常程序进行测试，得到存在误差的测 试结果后，将设备（或仪器）的已知正确指标输入测试软 件的校正系统，进行系统校正。测试结果输出模块与用 户接口模块接口，为用户提供测试结果、测试结论、原 始测试数据和图片等的打印输出。
用户接口模块是自动测试系统与测试人员交互的接 口，测试人员根据测试要求通过测试规划模块制定测试 方案和测试计划，完成后交给测试系统后台自动完成。 测试规划模块根据用户提出的测试要求，分析测试系统 当前的状态，针对不同的测试要求规划测试方案，不同 的测试指标需要调用不同的测试子模块。专家智能模块 由判证知识库、模糊推理和模糊判决组成。其工作过程 模拟工程技术人员的知识、经验以及决策，使得自动测 试系统具备人的知识、经验和故障处理判定能力，从而在测试过程中被测设备指标出现偏差时，测试系统会自动对出现偏差的原因进行分析和总结，帮助测试人员进 行故障定位和问题分析 [10]。
3 应用前景分析
在通信系统高速发展的今天，自动化测试已经成为 现代通信系统发展的一个分支，并正逐步成为测量技术 研究的一个重要领域。
自动测试系统是适应单位实际工作需要，结合卫星通信微波设备及现有测试仪器现状而研制的，已经在单位的 设备生产中投入使用，替代了技术人员部分繁琐的重复工 作，取得了良好的经济效益和社会效益。自动测试系统具 有广阔的应用前景。随着卫星、微波、短波等无线电通信 技术的发展，各专业通信系统配置的微波设备会成十上百 倍的增加，这对测试人员的工作量和工作经验提出了极大 的挑战。通过本方案建设的自动测试系统，可以大大的 减小测试人员的工作量，同时可降低对测试技术人员的 测试水平的依赖，从而大大降低微波设备的生产和维护 成本。可以预见，自动测试系统将迎来大的发展，最终 形成系列化产品。自动测试系统将在我国未来的各种通 信系统装备的生产和维护中起到十分重要的作用。由此可 见，自动测试系统具有广阔的应用前景和较高推广价值。
参考文献
[1] 唐薇.卫星通信设备自动好测试系统的应用[J].遥测遥控, 2001(1):59-61.
[2] 曹毅,赵波,陈鸣.基于VEE的射频设备自动测试系统[J].计算 机系统应用,2005(3):120-123.
[3] 陈德煌,杨志平,李家良.机载通信设备自动测试系统的研制 (连载二)[J].无线电工程,2003(8):63+64.
[4] 吴军霞,罗惠谦,陈智慧.基于GPIB技术的自动测试系统[J]. 信息通信,2012(01):35-37.
[5] 张焕林,穆建成.基于GPIB技术的自动测试系统设计[J].微计 算机信息,2005(5):165+166.
[6] 张博,马宗骏.基于GPIB总线的虚拟频谱仪设计[J].物联网技 术,2011(4):56-58+61.
[7] 张立江,王晓兰.卫星通信自动测试系统[J].军事通信技术, 2004(2):47-50.
[8] 王丽红,王玲.基于VEE的信号发生器自动校准系统[J].无线 电工程,2010(2):51-52.
[9] 陈德煌,杨志平,李家良.机载通信设备自动测试系统的研制 (连载二)[J].无线电工程,2003(9):63-64.
[10] 陈雨辉,谢军,张宗恕.通信对抗设备计算机自动测试技术 [J].无线电工程,2005(4):12-23.
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