数据通信设备ATS的设计与实现

越来越复杂的测试条件、高度自动化的工业化大生产迫切需要功能更强大、成本更低廉、系统更灵活的新一代测试仪器。从模拟技术向数字技术的过渡、从单台仪器向多种功能仪器组合过渡、从完全由硬件实现仪器功能向软硬件结合方向过渡、从简单的功能组合向以个人计算机为核心的通用虚拟测试平台过渡，从硬件模块向软件包形式过渡，代表了今后电子仪器的发展方向。

1 基于Agient TestExec SL的ATS设计

1.1 系统描述

本系统基于Agient TestExec SL自动测试平台，运行于PC机的数据通信设备自动测试系统。系统包括PC机、测试仪器与被测设备，通过PC机控制仪器自动对连接的设备的参数进行测量，并对反馈数据进行汇总、统计和分析。主要实现以下功能：

（1） 数据通信设备自动测试系统通过GPIB总线与通用测量仪器相连，完成仪器的管理与控制、测试计划库管理、测试计划控制与运行、数据存储管理、数据分析、记录打印等功能。

（2） 实现对以下几种设备参数指标的自动测量：地面站杂散抑制度；地面站饱和输出功率；地面站功率稳定度；地面站功率准确度；地面站频率准确度；地面站频率稳定度；地面站幅频特性。

1.2 系统设计

（1） 系统结构

ATS为基于PC的单机独立运行系统，不使用网络环境，所有程序及数据信息均保存在本地。系统功能结构如图1所示。其中数据库子系统、用户管理模块、系统配置模块、指令集模块以及测试计划管理模块属于系统管理模块，真正执行测试工作的是Testpan，系统通过测试计划管理模块管理并运行Testpan。

系统中大部分信息的读取和保存由数据库子系统负责提供操作服务，这些信息用于保存系统的当前配置、状态及系统使用的历史记录，主要内容有：用户信息、系统配置信息、仪器指令集信息、系统使用记录信息、测试计划库，测试计划信息、测试运行记录信息。

（2） 用户管理

参与本系统操作的有三种角色：系统管理员、测试开发工程师、测试操作工程师，对这三者分别赋予各自的权限，而实际的用户可以同时身兼三种角色。用户信息包含用户名、密码、权限、用户描述信息等，信息经加密保存在数据库中。

（3） 测试管理

Testpan在TestExec SL环境中可以直接运行，但做为产品的自动测试系统，Testpan的运行应置于自动测试系统的统一管理之下。首先，建立测试计划库；其次，为Testpan的一个运行实例建立一个测试工程，测试工程用于保存Testpan使用的参数和配置信息；再者，Testpan的维护分为两部分，一部分在系统中完成，对Testpan进行维护应尽可能在系统内完成以简化Testpan维护过程；另一部分由测试开发工程师在TestExec SL开发环境中进行修改、调试，再重新加载到系统中。 （4） 指令集

指令集对Action来说不是必需的，Action使用指令集依照以下规则：内部提供一套缺省的指令集（一般是某种仪器实际的指令），在无法获取系统提供的指令集信息或系统不为Testpan提供指令集时使用，这样做的目的是为了Testpan可以离开系统独立运行，最大程度的提高Testpan的可重用性。系统为Testpan提供指令集时，应使用该指令集。

2 测量方法设计

2.1 地面站杂散抑制度

2.1.1 测量方法

仪器：功率计：HP436或HP437B；频谱分析仪：Agient8563EC（9 kHz～26.5 GHz）；射频衰减器HP8494B/95B。

杂散抑制度测量原理框图，如图2所示。步骤如下：

（1） 按照测量原理图连接测试系统；

（2） 用一调制器发出一个未调制载波，将功率计接在卫星地面站系统射频输出监测口，确认该未调制载波电平为正常EIRP；

（3） 取下功率计，接入频谱分析仪；

（4） 设置频谱分析仪，起始频率为5 925 MHz（或14 000 MHz），终止频率为6 425 MHz（或14 500 MHz），分辨带宽为3 kHz，视频带宽和扫描时间为合适值；

根据测量计算公式计算出杂散辐射EIRP；

（6） 观察是否存在单频信号。如果存在，关闭载波并检查该载波是否消失，如果消失则认为与载波有关，如果不消失则认为与载波无关。

杂散抑制度是比值，单位为dB。

2.1.2 测试计划

（1） 输入输出

仪器/设备：频谱分析仪；需要设置的参数：扫频带宽、中心频率、参考电平；输出参数：载波电平，带外噪声电平最大值。

（2） 测量操作建模

测量活动图如图3所示，本活动图描述的是一次参数测量过程。

2.2 地面站饱和输出功率

2.2.1 测量方法

仪器：射频信号源、功率计。

饱和输出功率测量原理框图，如图4所示。测量步骤如下：

（1） 自动测试仪器连接是否正常；

（2） 设置射频信号源和功率计工作参数，若需要，把DUT内部衰减器置零或最小；

（3） 程序不断读取功率计测量值到输出饱和判决数组（数组循环使用），同时控制射频信号源输出功率按特定步长不断增加，直至判断出DUT输出饱和，记录饱和输出功率电平一次测量结束；

（4） 进行多次测量并记录相应的饱和输出功率电平

（5） 计算饱和输出功率

2.2.2 测试计划

（1） 输入输出

仪器/设备：射频信号源；频率计。需要设置的参数：初始输出功率、信号递增步长、输出饱和判决标准、输出饱和判决数组长度。输出参数：饱和输出功率。

（2） 测量操作建模

饱和输出功率测量活动图，如图5所示。

2.3 基于参数权值的启发式模糊测试平台实现

2.3.1 测量方法

仪器：功率计，计算机。功率稳定度测量原理框图，如图6所示。

测量步骤如下：

（1） 自动测量仪器是否连接正常；

（2） 控制信号源发送未调制纯载波信号，设定信号频率，设置信号功率电平为工作电平；

（3） 根据设定的总测试时间。从功率计中读数，每间隔10 min读数一次（也可以设置读数间隔时间），并记录；

（4） 记录数据的同时对数据进行所需的处理；

（5） 输出保存所需结果。

2.3.2 测试计划

（1） 输入输出

仪器/设备：功率计；需要设置的参数：发信电平、测试总时间、读数间隔；输出参数：稳定度和准确度。

（2） 测量操作建模步骤如下：

① TestPan参数设置（）；

② 连接状态检查（）；

③ 判断仪器连接是否正常，如果正常，则进入第④步；如果不正常，则异常处理，结束；

④ 设置功率计度数总时间；

⑤ 设置功率计度数间隔时间；

⑥ 判断仪器反应是否正常，如果正常，则进入第⑦步；如果不正常，则异常处理，结束；

⑦ 计时，计数读取；

⑧ 判断计时截止或者人为截止，如果是，则进入第⑨步；如果不是，则异常处理，结束；

⑨ 数据处理（）；

⑩ 输出结果，结束。

2.4 频率稳定度与准确度

2.4.1 测量方法

仪器：频率计，计算机。

频率稳定度、准确度测量原理框图，如图7所示。

测量步骤如下：

（1） 自动测量仪器是否连接正常；

（2） 控制信号源发送未调制纯载波信号，设定信号电平，设置信号频率为工作频率；

（3） 根据设定的总测试时间从频率计中读数，每间隔10 min读数一次（也可以设置读数间隔时间）并记录读数；

（4） 记录数据的同时对数据进行所需的处理；

（5） 输出保存所需结果。

2.4.2 测试计划

（1） 输入输出

仪器/设备：频率计；需要设置的参数：发信频率、测试总时间、读数间隔；输出参数：稳定度和准确度。

（2） 测量操作建模步骤如下：

① TestPan参数设置（）； ② 连接状态检查（）；

③ 判断仪器连接是否正常，如果正常，则进入第④步；如果不正常，则异常处理，结束；

④ 设置功率计度数总时间；

⑤ 设置功率计度数间隔时间；

⑥ 判断仪器反应是否正常，如果正常，则进入第⑦步；如果不正常，则异常处理，结束；

⑦ 设置信号源电平、频率；

⑧ 判断仪器反应是否正常，如果是，则进入第⑨步；如果不是，则异常处理，结束；

⑨ 计时，计数读数；

⑩ 判断计时截止或者人为截止，如果是，则进入第11步；如果不是，则进入第⑨步；

11 输出结果，结束。

2.5 地面站幅频特性

2.5.1 测量方法

仪器：网络分析仪。幅频特性测量原理框图，如图8所示。

测量步骤如下：

（1） 自动测试仪器连接是否正常；

（2） 设置网络分析仪输出的扫描频率范围，选择合适的发信电平；

（3） 如果需要，设置DUT的输出频率和电平；

（4） 设置网络分析仪的接收频率和电平；

（5） 从网络分析仪上读取幅频特性曲线的信息；

（6） 计算某频率范围内的幅频特性指标。

幅频特性测量指标为：在“中频±扫描带宽”范围内幅度均值±方差。

2.5.2 测试计划

（1） 输入输出

仪器/设备：网络分析仪；需要设置的参数：扫频频带、发信电平、参考电平；输出参数：幅度频率特性曲线。

（2） 测量操作建模步骤如下：

① TestPan参数设置（）；

② 连接状态检查（）；

③ 判断仪器连接是否正常，如果正常，则进入下一步；如果不正常，则异常处理，结束；

④ 设置NA扫描范围；

⑤ 判断仪器反应是否正常，如果正常，则进入下一步；如果不正常，则记录日志，提示异常，结束；

⑥ 设置NA输出电平；

⑦ 判断仪器反应是否正常，如果正常，则进入下一步；如果不正常，则记录日志，提示异常，结束；

⑧ 设置NA接收频率；

⑨ 判断仪器反应是否正常，如果正常，则进入下一步；如果不正常，则记录日志，提示异常，结束；

⑩ 读取NA幅频曲线；

11 保存幅频特性数据，指标。

3 测量误差及数据处理

3.1 粗值剔除

常用的粗值剔除有3σ（拉依达）准则、肖维勒（Chauvenet）准则、格拉布斯（Grubbs）准则。经过比较可以发现，3σ准则方法简单，但不够严格，一般用于数据较多（n>30）时；肖维勒准则考虑了观测次数的影响，判别较严格；而格拉布斯准则既考虑了观测次数，又考虑了不同水平，鉴别能力强，值得推荐。

上述三种方法可以统一用下式表示：

当时，该数据应舍弃。

式中：为实测值；为实测均值；为标准差；为由不同准则给出的系数，当采用准则时，取。当采用肖维勒准则或格拉布斯准则时，按照系数表取值。

3.2 计算步骤

（1） 计算输入数据，数据最大/最小值以及测试时间内数据数学期望和方差，剩余误差。

（2） 数据的输出是要最为原始的数据还是要经过处理的数据，这里的处理主要是去除粗值。首先将直接读取数据保留。如果选择直接输出，则是输出直接读取的数据；如果要进行过处理的数据，需要设置，是否还要将直接数据报表输出，这里提供三种剔除粗值的方法：

① 拉依达准则（建议在N>30）；执行第（3）步；

② 肖维勒准则，一般N<30；执行第（4）步；

③ 格拉布斯准则，N<30。执行第（4）步。

（3） 拉依达准则k=3。

（4） 肖维勒准则或格拉布斯准则查表确定值。

（5） 判定如果；则剔除；然后组成新的数据，执行第（1）步；否则，输出。

4 结 论

虚拟仪器利用目前计算机快速的处理能力，结合相应的硬件，克服了传统仪器在数据处理、显示、传送、存放方面能力的不足，给仪器领域带来了革命性的变化。本文描述了一个基于Agient TestExec SL的自动测试系统的分析、设计方案，论述了该方案的特点和优点，同时给出各种指标的含义、测量方法以及实际的测量解决方案。通过分析测量误差的处理，为相关研究提供重要的参考案例，解决了系统成本、体积和兼容性的问题。