合成儀器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

摘要：本文分析了合成儀器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。對(duì)LXI平臺(tái)、PXI平臺(tái)和混合平臺(tái)構(gòu)建的三種不同結(jié)構(gòu)的合成儀器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)作了介紹。

關(guān)鍵詞：合成儀器；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；系統(tǒng)平臺(tái)；LXI接口；PXI接口

引言

　　合成儀器是近年來(lái)測(cè)試測(cè)量?jī)x器業(yè)界的最熱門(mén)話題，因?yàn)槊绹?guó)國(guó)防部門(mén)放棄自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的專用采購(gòu)，改為商業(yè)現(xiàn)貨采購(gòu)，同時(shí)提倡各軍兵種的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備結(jié)構(gòu)的模塊化，利用數(shù)量有限的通用模塊綜合成各種不同應(yīng)用的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱合成儀器。實(shí)際上“合成儀器”只是一個(gè)技術(shù)名詞，作為表達(dá)一種不同于“自然儀器”的新測(cè)量學(xué)或者新的測(cè)試測(cè)量學(xué)科之用。

　　合成儀器的典型系統(tǒng)構(gòu)成可分為三個(gè)子系統(tǒng)：數(shù)字處理和控制子系統(tǒng)，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)，以及信號(hào)調(diào)理子系統(tǒng)。再由三個(gè)子系統(tǒng)形成兩個(gè)鏈路，即激勵(lì)鏈路和測(cè)量鏈路，在兩個(gè)鏈路之間連接被測(cè)器件。這些子系統(tǒng)又由數(shù)量不多的基本模塊組成，整個(gè)系統(tǒng)好像積木魔方體，每邊只有幾塊基本積木即可組合成無(wú)數(shù)多采多姿的圖案。合成儀器是由基本模塊組合而成，而且組合體的總數(shù)遠(yuǎn)大于基本模塊數(shù)，因而，有些合成儀器專家認(rèn)為使用“協(xié)調(diào)儀器”更為確切。合成儀器與軟件定義無(wú)線電有相似之處，但是后者也只有合成功能，欠缺測(cè)量和分析能力。合成儀器與虛擬儀器更為相近(實(shí)質(zhì)上虛擬儀器屬于合成儀器的超集)，前者比后者的內(nèi)容更完善。所有合成儀器都是虛擬儀器，同樣具有虛擬面板，由軟件映射和擴(kuò)展硬件的功能，由PC管理數(shù)據(jù)流、分析和表現(xiàn)結(jié)果。但是虛擬儀器的硬件來(lái)自自然儀器，而合成儀器的硬件來(lái)自基本儀器模塊，軟件起著更大的作用。

　　目前，合成儀器主要用戶是國(guó)防/航天部門(mén)，設(shè)備主要是微波/RF頻段的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(SI-ATS)，由于起點(diǎn)比較高，能夠供應(yīng)這些設(shè)備的測(cè)試測(cè)量?jī)x器公司還不多。以下介紹三種有代表性的合成儀器ATS系統(tǒng)，第一是安捷倫(Agilent)公司的SI儀器系列，第二是艾法斯(Aeroflet)公司的SMARTE系列，第三是國(guó)家儀器(NI)/相位矩陣(Phase Matrix)/BAE系統(tǒng)三家公司合作開(kāi)發(fā)的PXI合成儀器系列。

LXI合成儀器SI系列

　　安捷倫科技公司在2006年5月宣布六種獲得LXI聯(lián)合體認(rèn)證的A類LXI標(biāo)準(zhǔn)模塊，并且借助這六種LXI模塊構(gòu)成業(yè)界第一套合成儀器ATS系統(tǒng)。隨后該ATS交付美國(guó)海軍使用，作為飛行電子設(shè)備測(cè)試和維護(hù)的裝備，成為美國(guó)國(guó)防部新一代測(cè)試計(jì)劃(NxTest)試點(diǎn)工程項(xiàng)目，即統(tǒng)一自動(dòng)支援系統(tǒng)(CASS)的商用現(xiàn)貨采購(gòu)裝備，并考核合成儀器的全面性能。2007年安捷倫正式將合成儀器列入產(chǎn)品目錄，作為軍民兩用的測(cè)試測(cè)量?jī)x器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)供應(yīng)。

　　安捷倫的六種合成儀器的型號(hào)如下：

　　· N8201A數(shù)字下變頻器SI模塊
　　· N8211A模擬上變頻器SI模塊
　　· N8212A矢量上變頻器SI模塊
　　· N8221A中頻數(shù)字化儀SI模塊
　　· N8241A任意波形發(fā)生器SI模塊
　　· N8242A任意波形發(fā)生器SI模塊

　　顯然，以上六種SI模塊都是從安捷倫的GPIB總線臺(tái)面儀器作重新設(shè)計(jì)成為L(zhǎng)XI模塊，并且滿足A類標(biāo)準(zhǔn)。為了構(gòu)建成完整的ATS系統(tǒng)，還可選用安捷倫的B類或C類LXI模塊，或者采用其它儀器公司供應(yīng)的LXI模塊構(gòu)成ATS系統(tǒng)。

　　為了滿足美國(guó)國(guó)防部對(duì)合成儀器ATS系統(tǒng)現(xiàn)在和將來(lái)的測(cè)試方案，A類LXI模塊還需要經(jīng)受四種特殊測(cè)試。它們分別是飛行路線測(cè)試、中間級(jí)(I-Level)測(cè)試、庫(kù)房測(cè)試、制造商(OEM)測(cè)試，具體內(nèi)容如下：

　　· 飛行路線測(cè)試——在這種運(yùn)作下，模塊內(nèi)的接收系統(tǒng)從飛機(jī)或車輛接收消息，形成“注意”標(biāo)志。當(dāng)系統(tǒng)回到基地，立即識(shí)別和找出需要校正的子系統(tǒng)，將損壞單元記錄到中央數(shù)據(jù)庫(kù)，以便在整個(gè)處理過(guò)程中跟蹤該單元。

　　· 中間級(jí)測(cè)試——測(cè)試關(guān)鍵在于識(shí)別出子系統(tǒng)的損壞模塊，如果能夠移去該模塊，則記錄到中央數(shù)據(jù)庫(kù)，然后進(jìn)行下一步測(cè)試。

　　· 庫(kù)房測(cè)試——在集中的維護(hù)中心內(nèi)，對(duì)損壞模塊作板級(jí)的元件識(shí)別，然后將維修的單元送回備件庫(kù)進(jìn)行修理。目標(biāo)是提高飛機(jī)或車輛的可用性。

　　· 制造商測(cè)試——在標(biāo)準(zhǔn)流程中，合成儀器的ATS系統(tǒng)的板卡、模塊或子系統(tǒng)在交付部隊(duì)和進(jìn)入服務(wù)前應(yīng)該進(jìn)行OEM測(cè)試。如果制造商和部隊(duì)都采用相同的硬件/軟件測(cè)試系統(tǒng)，則測(cè)試結(jié)果具有更高的可信度。同時(shí)極大的地降低ATS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本，以及部署和支援的費(fèi)用。安捷倫公司的合成儀器ATS系統(tǒng)與具有相同特性的臺(tái)面儀器測(cè)試系統(tǒng)的對(duì)比如圖1所示，前者使用上、下變頻器、中頻數(shù)字化儀、任意波形發(fā)生器等模塊儀器為主，后者使用微波信號(hào)源和頻譜分析儀等傳統(tǒng)臺(tái)面儀器為主，突顯合成儀器具有節(jié)省機(jī)箱空間、節(jié)約功率和機(jī)動(dòng)性的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 合成儀器ATS系統(tǒng)與具有相同特性的臺(tái)面儀器測(cè)試系統(tǒng)對(duì)比

SMARTE合成測(cè)試環(huán)境系列

　　艾法斯公司是一家微波/RF測(cè)試測(cè)量?jī)x器供應(yīng)商，對(duì)合成儀器有十年以上的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，前期曾推出基于GPIB臺(tái)面儀器和基于VXI模塊儀器的合成儀器ATS系統(tǒng)，并且供應(yīng)3/6GHz的多種PXI發(fā)生器/分析器組成的測(cè)量子系統(tǒng)和完整系統(tǒng)。它的合成系統(tǒng)部負(fù)責(zé)偵察雷達(dá)、人造衛(wèi)星、電子對(duì)抗、導(dǎo)航識(shí)別、軍用ATS系統(tǒng)、通用微波測(cè)試的設(shè)備。去年底合成系統(tǒng)部公布開(kāi)發(fā)成功第五代的高性能合成測(cè)試環(huán)境SMARTE5000(合成多功能的自適應(yīng)可重配置測(cè)試環(huán)境)，并展出樣機(jī)。艾法斯公司認(rèn)為SMARTE5000是業(yè)界領(lǐng)先的合成測(cè)試系統(tǒng)，具有高度集成和完整解決方案的測(cè)試環(huán)境，而其它競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的合成儀器測(cè)量系統(tǒng)只是臺(tái)面儀器或合成儀器的集合體，系統(tǒng)級(jí)的支持卻留待ATS系統(tǒng)集成商或用戶自行解決。