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摘 要：通过分析某型号无线电通信设备的技术指标,参考多种标准所述的各类检测目标及方法,依据无线电通信设备通 用技术架构与实现技术, 甄选通用电子测量仪器作为自动化测试系统硬件平台, 采用 C# 语言作为自动化测试系统软件开发语 言, 设计一套适用于模拟调制无线电通信设备技术指标自动化检测的测试系统。通过理解与掌握某型号无线电通信设备的工作原理 与检测技术,结合相关标准对检测项目的定义,充分验证通用电子测量仪器在测试项目中的执行效果而设计的这套测试系统,不 仅提高了模拟调制无线电通信设备的检测效率,而且可以通过自定义的故障信息库,进行故障定位导航,缩短故障排查的时间。
Design of Supporting System for Automatic Test and Fault Diagnosis of Technical Indexes of Communication Equipment
LIU Lili, DU Yongfeng
(China Coast Guard Academy, Ningbo Zhejiang 315099)
【Abstract】：By analyzing the technical indexes of a certain type of radio communication equipment, with reference to various detection targets and methods described in various standards, according to the general technical architecture and implementation technology of radio communication equipment, the general electronic measuring instrument is selected as the hardware platform of the automatic test system, C # language is adopted as the software development language of automatic test system, a set of test system is designed for the automatic detection of technical specifications of analog modulation radio communication equipment. By being familiar with and mastering the working principle and detection technology of a certain type of radio communication equipment,combined with the definition of test items in relevant standards, the test system designed to fully verify the implementation effect of general electronic measuring instruments in the test project, it not only improves the detection efficiency of analog modulation radio communication equipment, but also can perform fault location and navigation through a user-defined fault information library, shortening the time of fault diagnosis.
【Key words】：short wave communication;automatic test;analog modulation;fault location;signal communication
0 引言
工作在较低频段的无线电模拟调制通信设备因其无 需建立中继站即可实现远距离通信,且建设周期短,建 设费用低,无论在应急通信领域,还是军事通信领域, 仍然发挥着重要作用。随着这类设备使用年限的不断增 加,大批量无线电模拟调制通信设备需要得到有效、及 时的检修。由于这类设备的硬件电路在很大程度上采用 老旧的模拟元器件,加之技术指标繁杂,调制方式、输 出功率、通信模式均不一致,这些实际问题给检测与维修工作带来很大困难。因此,为了提升设备检测、维修 的效率,必须对传统的检测手段与维修流程进行创新改 进,构建一套适应性更广泛、故障定位更科学且有效的 自动测试与故障诊断系统。
1 需求分析
通信设备技术指标自动测试与故障诊断系统的测试 对象一般由收发信机(含功率放大器)、电源、自动天 线调谐器组成。根据待测设备工作原理及检测标准,可 归纳为 17 个发射机检测项目 [1], 即输出功率、相对音频互调产物电平、边带抑制、载波抑制、话路输入电平、 频率误差、频率稳定度、哼声电平、音频频率调制特性、 带内杂散电平、带外杂散电平、输入功率与总效率、群 时延、换频时间、激活时间、去激活时间、收 / 发转换 时间。27 个接收机检测项目 [2],即接收灵敏度、双信号 选择性、频率误差、频率稳定度、大信号信纳德、音频 响应、边带线性窜扰、中频选择性、反向辐射电平、谐 波失真系数、相对音频互调、边带非线性窜扰、带外互 调抑制、邻近信号选择性、阻塞、倒易混频、中频抑制 比、镜频抑制比、杂散抑制、组合音、自动增益控制特 性、自动增益响应时间、音量控制或线路电平调整、脉 冲噪声容限、发 / 收转换时间、交叉调制、换频时间。 3 个跳频功能检测项目 [3],即跳频速率、跳频带宽、跳 频频率数。3 个自动天线调谐器检测项目 [4],即调谐时 间、调谐精度、射频效率。
通信设备技术指标自动测试与故障诊断系统的测试 对象工作频率一般低于 1GHz,其调制方式以幅度调制 (上边带、下边带、单边带)为主。
通信设备技术指标自动测试与故障诊断系统的测试 对象常见故障有收发信机跳频扫描告警、屏幕显示失 效、表头指针失效、输出功率异常以及自动天线调谐器 的失谐告警之外,还有性能老化问题。
根据以上所述的需求归纳,通信设备技术指标自动 测试与故障诊断系统应依据 50 个检测项目及常见故障 信息来甄选合适的通用电子测量仪器,并设计相应的测 试工装与附件,在满足所述检测项目自动测试的前提 下,将常见故障信息与相关检测项目或内部组件进行关 联,形成基于数据分析的故障导航功能。
2 硬件设计
根据需求分析中所得的 50 个测试项目,选择集成 了多个检测功能(即频谱分析功能、模拟信号解调功 能、音频信号生成与分析功能等)的无线电通信综合测 试仪作为整套系统的核心仪器,并配套用于生成射频干 扰信号的双通道任意波形发生器、用于检测载波时域波 形幅度变化速率的数字存储示波器、用于向待测设备提 供直流电源的可编程直流电管、用于保障测量仪器始终 处于较佳动态范围内的射频无源器件及模拟天线端口驻 波恶劣场景的失配负载。将上述硬件设备与工控计算机 集成在一个机柜内,配套机柜内外连接的音频 / 射频线 缆组件,以便形成通信设备技术指标自动测试与故障诊 断配套系统硬件平台,如图 1 所示。
因为系统的硬件设计与所需检测项目密切相关,所 以要归纳不同检测项目需要测量仪器提供哪些功能。
(1) 17 个发射机检测项目需要仪器提供标准音频信号 输出、双音音频信号输出、已调载波信号功率测量、信 号频谱分析、解调信号 / 音频信号 / 载波信号的电平测 量及电源电压与电流测量 ;(2) 27 个接收机检测项目 需要仪器提供音频信号分析、射频标准信号输出、射频 干扰信号输出、信号频谱分析 ;(3) 3 个跳频功能检测 项目需要仪器提供标准音频信号输出、已调载波信号功 率测量、实时频谱分析 ;(4) 3 个自动天线调谐器检测 项目需要仪器提供标准音频信号输出、已调载波信号功 率测量。
为了降低仪器在使用过程中产生的意外损坏,提高 不同检测项目切换时测试布置的效率,为本套测试系统 设计了音频 / 射频信号测试资源箱,这里集成了同轴衰 减器、同轴负载、定向耦合器等器件,其目的是让大功 率信号得到衰减以避免仪器过载。同时将多个测量仪器 的音频 / 射频输入与输出端口通过线缆组件、转接头连 接到高度为 3U 的面板之上,便于工作人员在切换不同 检测项目的测试布置时,将操作动作集中在一小块固定 区域,这不仅提高了布置效率,而且通过面板上的文字 标识,不易发生错误的测试布置。音频 / 射频信号测试 资源箱前面板如图 2 所示。
在检测自动天线调谐器的调谐精度时,需要使用失 配负载来模拟天线端口的失配场景,通过人为制造这种 失配场景来检测自动天线调谐器对失配情况实施阻抗匹 配的精度, 即 VSWR 数值。为了模拟不同程度的失配 场景,本套测试系统的天线端口阻抗失配模拟器集成了 8 个失配负载,其 VSWR 数值从 1.5 ~ 5.0.步进为 0.5.天线端口阻抗失配模拟器前面板如图 3 所示。
将上述归纳的每一个仪器测量功能进行分解,可获 得每一个测量功能的仪器参数设置信息与步骤,再按照 不同检测项目的测试流程对多个仪器测量功能进行排列 组合,可获得检测方法,为下一步的配套软件设计提供 了依据与指南。
3 软件设计
通信设备技术指标自动测试与故障诊断系统的配套 软件是独立且可执行的。通过多线程、多任务等编程技 术与系统管理软件的有机调度,实现了配套软件的稳定 可靠运行。配套软件采用 Win10 操作系统,使用 C# 作为程序开发语言,同时配套软件的人机交互界面简 便、实用、友好,对程控仪器的控制稳定、可靠,测试 流程符合标准规定的测试步骤与结果处理要求,整体程 序结构具有层次化、模块化。
通信设备技术指标自动测试与故障诊断配套系统的 软件功能框架如图 4 所示。
通信设备技术指标自动测试与故障诊断配套系统的 软件执行流程如图 5 所示。
(1)用户管理操作流程包括注册 / 登陆、权限分配 与用户注销。值得注意的是,配套软件要承担部分教学内容,因此,需要管理员针对每个注册的用户进行角色 分配,即分配软件不同功能的使用权限。规定了学员需 要经历训练模式、考核模式之后才可以拥有测试模式的 权限 [5]。
(2)模式管理操作流程是配套软件的主体内容,以 测试模式为基础,通过仪器参数设置、测试布置与测试 限值提示以及测试结果的评判对学员的测试能力进行训 练与考核。为了提高人员在进行交互操作的效率,软件 将仪器参数与测试限值的设置划分为一个界面来显示, 如图 6 所示。
提示与考核学员检测能力的测试布置信息与路径修 正中的线缆组件信息密切相关,因此软件将其设计到一 个界面下,以便于学员或检测人员开展测试任务。
测试结果的显示与判别需要上述设置信息的准确与 可行,尤其要避免那些超过仪器测量范围的错误。软件 将自动获取每一个检测项目中对待测载波的仪器读值, 经过路径损耗补偿后形成测试结果。最后根据测试结果 与测试限值的数值大小关系来自动判定。为了考察待测 设备某个检测项目在不同载频下的响应,需要在其工作 频段范围内实施多个载频测试。因此,软件需要在不同 载频测试间隔期间,对操作人员进行信息提示,告知其 需要操作对待测设备进行相应操作。
软件中最大的应用特色是故障定位导航功能,该功 能在测试结束之后,根据测试数据与维修人员反馈的待 测设备响应信息来逐步提示故障排查内容,辅助维修人 员进行日常检修工作,导航定位流程如图 7 所示。
4 结语
总之,综合运用自动测试、虚拟仪器、面向对象设 计等多种技术,以通用电子测量仪器为基础,研制的自 动测试系统,技术先进、可靠性高、操作简便的满足使 用性能要求和指标要求,本套系统集控制、采集、分 析、处理、显示、打印、数据存储为一体,以连续、单 次自动测量或以交互测量方式对待测设备进行检测。本 套系统具有综合化程度高、实现仪器标准化等特点。
参考文献
[1] GB/T 16946-2017.短波单边带通信设备通用规范[S]. [2] GB/T 6934-2017.短波单边带接收机电性能测量方法[S]. [3] GJB 3434-1998.跳频电台性能测量方法[S].
[4] SJ 20043-1992.短波单边带电台测量方法[S].
[5] 孙宇.无线通信设备自动测试系统的设计[J].数字技术与应 用,2016(7):163.
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