一种数字式小型化信道设备自动测试装置和系统的制作方法

一种数字式小型化信道设备自动测试装置和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种信道设备自动测试装置和系统，所述装置包括接口适配器和采用通用测试仪表接口的信道设备自动测试仪；所述信道设备自动测试仪包括：主控板、数字中频板、音频板、射频板、定向耦合模块、显示输入模块和自供电模块；所述系统包括校准子系统、测试规划编辑子系统、质量管理子系统和上述信道设备自动测试装置。采用信道设备自动测试仪配合接口适配器，在测试现场通过简单的连接即可进行测试，采用数字处理方法，使得模拟器件大大减少，使得整个系统体积小，携带方便。
【专利说明】
一种数字式小型化信道设备自动测试装置和系统
技术领域
[0001] 本发明涉及自动化测试技术领域，尤其涉及一种数字式小型化信道设备自动测试 装置和测试系统。
【背景技术】
[0002] 很多舰艇都存在信道设备性能下降导致系统通信故障的现象，因此需要对信道设 备进行无线电性能测试。
[0003] 但是，目前在舰艇上进行信道设备的性能检测需要采用很多市面通用测试仪表， 包括大功率功率计、信号源、频谱仪、网络分析仪等多种仪表。这些仪表功能齐备，除了具有 测试信道设备所需要的功能外，还有其它在测试信道设备时不需要的功能。这些冗余功能， 使得这些仪表体积大、重量重，不便于外出携带。
[0004]由此，亟需设计开发一款小型化、便携式的信道设备自动测试设备。

【发明内容】

[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种数字式小型化信道设备自动测试装置和测试系统， 采用信道设备自动测试仪配合接口适配器，在测试现场通过简单的连接即可进行测试，采 用数字处理方法，使得模拟器件大大减少，使得整个系统体积小，携带方便。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
[0007] -种信道设备自动测试装置，包括接口适配器和采用通用测试仪表接口的信道设 备自动测试仪;所述信道设备自动测试仪包括:主控板、数字中频板、音频板、射频板、定向 耦合模块、显示输入模块和自供电模块;嵌入式的主控板通过数字中频板连接音频板和射 频板，射频板连接定向耦合模块，主控板还连接显示输入模块;音频板提供的音频口通过接 口适配器连接被测信道设备的音频口；主控板提供的控制口通过接口适配器连接被测信道 设备的控制口；定向耦合模块提供两个天线/负载接口和两个射频口，两个天线/负载接口 用于连接负载或相应波段天线，两个射频口分别用于连接相应波段被测信道设备的射频 口；所述相应波段包括短波和超短波；
[0008] 所述定向耦合模块包括超短波耦合器和短波耦合器，所述射频板包括开关组和射 频处理通道;射频处理通道连接数字中频板，且通过开关组连接超短波耦合器和短波耦合 器;所述开关组用于切换数字中频板、射频处理通道与超短波耦合器和短波耦合器的连通 关系;短波耦合器连接短波对应的天线/负载接口和射频口，超短波耦合器连接超短波对应 的天线/负载接口和射频口；所述超短波耦合器和短波耦合器用于将来自射频板的信号耦 合出去，将来自被测信道设备的射频信号分为两部分，一部分引入射频板，另一部分引入天 线/负载接口；
[0009] 主控板通过控制口设置被测信道设备状态;根据来自外部的测试脚本或根据显示 输入模块的输入所生成的测试脚本，产生测试信号传输给数字中频板，数字中频板根据测 试信号产生数字信号并转换为模拟信号，发送给音频板或射频板进行信号调理，经音频板 调理后的信号通过音频口向被测信道设备输出，经射频板调理的信号通过射频口向被测信 道设备输出；经被测信道设备处理后产生的输出信号经由音频板调节后到达数字中频板， 或经由定向耦合模块的取样和射频板的调节后到达数字中频板，数字中频板完成信号的模 拟数字变换、信号处理并进行测试指标计算，然后将计算结果传输到主控板，由主控板控制 显示输入模块进行显示；
[0010]自供电模块为音频板、主控板、数字中频板和射频板提供电源。
[0011]优选地，所述数字中频板采用FPGA实现，将FPGA逻辑划分为发射机测试单元和接 收机测试单元；
[0012] 发射机测试单元根据来自主控板的测试信号，产生数字信号，通过音频板转换为 音频信号后向被测信道设备发送;被测信道设备发射机输出的射频信号，由定向耦合器耦 合出一部分信号传输到射频板，由射频板进行低通滤波并做一次功率调整后，返回数字中 频板的发射测试处理单元;该发射测试处理单元进一步采用带通采样的方法，直接采集来 自射频板的射频信号，将其转换成数字信号，并用数字方法对转换后的信号进行自动增益 控制、正交下变频、抽取滤波、解调计算的处理，完成被测信道设备发射机测试；
[0013] 接收机测试单元根据来自主控板的测试信号，采用数字方法生成两路正交的数字 信号，再进行数字插值滤波、数字正交上变频、数字模拟变换的处理后，经射频板调理功率 并输出至被测信道设备;被测信道设备的接收机产生的音频信号经由音频板返回数字中频 板的接收机测试单元;该接收机测试单元将音频信号数字化后，进一步进行测试指标的计 算，完成信道设备接收机测试。
[0014] 优选地，所述FPGA的发射机测试单元和接收机测试单元在执行测试流程时共用计 算模块，所述计算模块包括自动增益控制模块、数字插值滤波模块、抽取滤波模块、解调计 算模块、正交下变频模块和数字正交上变频模块。
[0015] 优选地，所述射频板中的开关组包括第一 1分2开关、第二1分2开关、第三1分2开关 和第四1分2开关;射频处理通道包括输出处理通道和输入处理通道；
[0016] 短波定向耦合器的耦合端连接第一 1分2开关的第二端，隔离端连接第三1分2开关 的第二端;超短波定向耦合器的耦合端连接第一 1分2开关的第三端，隔离端连接第三1分2 开关的第三端;第一 1分2开关的第一端连接第二1分2开关的第一端，第二1分2开关的第二 端连接第四1分2开关的第二端，第二1分2开关的第三端接入输入处理通道;第四1分2开关 的第1端接入输出处理通道;第三1分2开关的第1端直接接入数字中频板;所述输出处理通 道包括依次串联的自动电平控制器ALC、90dB/10dB程控步进衰减器和滤波器组;ALC连接数 字中频板，滤波器组连接第四1分2开关的第一端;所述输入处理通道包括20dB衰减器和第 五1分2开关;20dB衰减器的输入端连接第二1分2开关的第三端，20dB衰减器的输出端连接 第五1分2开关的第二端;第五1分2开关的第一端接入数字中频板;第四1分2开关的第3端和 第五1分2开关的第三端引出本射频板形成插损隔离度测试双端口；所有1分2开关接受数字 中频板的控制；
[0017] 当测试信道设备的发射功率、频率准确度和调制质量时，如果输入信号为短波频 段信号，则数字中频板根据频段设置1分2开关组，将短波定向耦合器的耦合信号输入到 20dB衰减器进行信号衰减，衰减后的信号经过第五1分2开关输入到数字中频板;如果输入 信号为超短波频段信号，则数字中频板根据频段设置1分2开关组，将超短波定向耦合器的 耦合信号输入到20dB衰减器进行信号衰减，衰减后的信号经过第五1分2开关输入到数字中 频板；
[0018] 当测试信道设备的驻波比时，如果输入信号为短波频段信号，则数字中频板根据 频段设置1分2开关组，将短波定向耦合器的隔离端与数字中频板直接连通;如果输入信号 为超短波频段信号，则数字中频板根据频段设置1分2开关组，将超短波定向耦合器的隔离 端与数字中频板直接连通；
[0019] 当测试信道设备的接收机灵敏度和接收机动态范围时，数字中频板输出的信号进 入ALC进行功率调制，将功率调整到10dBm的固定值，然后根据测试需要利用90dB/10dB程控 步进衰减器将信号衰减到10dBm~-80dBm的范围；衰减后的信号经过滤波器组进行信号滤 波后通过1分2开关组选择到对应的短波定向耦合器或者超短波定向耦合器进行耦合输出， 完成接收机灵敏度和接收机动态范围测试。
[0020] 优选地，所述主控板预存了多个独立的测试模块，每个测试模块对应一个测试项 目，每个测试模块对应一个可视化的图标;主控板还预存了多个控制语句，每个控制语句对 应一个可视化的图标；当手动测试时，主控板接收测试人员对测试项目的选择，并利用测试 人员选取的控制语句以及所订立的执行顺序，对测试项目进行顺序执行，以实现测试项目 的控制；当自动测试时，主控板根据测试脚本预先确定的测试项目顺序，自动执行;执行每 个测试项目时，向数字中频板发送测试信号，数字中频板根据测试信号通过调用共用的计 算模块实现测试项目的执行。
[0021] 本发明还提供了一种信道设备自动测试系统，包括:校准子系统、测试规划编辑子 系统、质量管理子系统，还包括如前所述任意一种信道设备自动测试装置;校准子系统、质 量管理子系统和规划编辑子系统连接信道设备自动测试装置中的信道设备自动测试仪；
[0022] 所述信道设备自动测试仪根据来自校准子系统的自校准文件进行自校准;接收测 试规划编辑子系统发来的根据被测信道设备类型所规划的测试脚本，通过运行测试脚本对 当前类型的被测信道设备进行测试;完成测试后，将被测信道设备的测试结果文件保存至 质量管理子系统，由质量管理子系统完成测试结果的统计分析。
[0023]优选地，使用所述校准子系统校准时，信道设备自动测试仪程控频谱分析仪、模拟 信号源和功率计对其自身的发射机和接收机进行校准：
[0024] 校准频率准确度时，信道设备自动测试仪的发射机和频谱分析仪处于工作状态， 将信道设备自动测试仪的发射信号输出到频谱分析仪;调整发射信号频率，使频谱分析仪 测得的信号频率与标称频率值一致，从而完成用频谱分析仪校准信道设备自动测试仪频率 的过程；
[0025] 校准功率准确度时，首先使用功率计标定频谱分析仪和模拟信号源的功率，再使 用模拟信号源和频谱分析仪校准信道设备自动测试仪的功率，具体包括如下步骤：
[0026] (1)标定模拟信号源的功率
[0027]信道设备自动测试仪控制模拟信号源，使得模拟信号源发射设定功率值al、不同 频率的信号，发射信号的频率点记为fn，η = 1，2，…，N，N为正整数;针对频率点fn，由功率计 测得模拟信号源的发射功率数据blfn，以功率计测得的值为真实值，则频率点fVf，模拟信 号源输出功率误差为dl fn = al-blfn;
[0028] (2)校准信道设备自动测试仪的接收机功率
[0029] 信道设备自动测试仪程控模拟信号源的输出频率为匕、输出功率设置为cl+dlfn， cl为期望模拟信号源实际输出功率，采用信道设备自动测试仪测量模拟信号源的功率为 plfn;则频率点fn下，自动测试仪接收机功率误差d2f n = plfn-cl;令η取遍1~N，在自校准文 件中的接收误差表中将d2fn与频率点匕对应存储；
[0030] (3)标定频谱分析仪的功率
[0031] 信道设备自动测试仪程控模拟信号源的输出频率为匕、输出功率设置为cl+dlfn， 采用频谱分析仪测量模拟信号源输出信号的功率为elfn;则频率点f n下，频谱分析仪的功率 测量误差为d3fn = elfn-Cl;令η取遍1~N，获得各个频率点对应的频谱分析仪功率测量误 差；
[0032] (4)校准信道设备自动测试仪的发射机功率
[0033]信道设备自动测试仪的发射机输出频率为fn、功率为P3m的信号到频谱分析仪，由 频谱分析仪测得信号的功率记为g(p3m-fn)，则当前信号的真实功率为p2(fn- m) = g(p3m-fn)-d3fn; 将设置频率值fn、设置功率值p3 m和对应的真实值p2(fn-m)对应保存下来；
[0034] 令η取遍1~N，令m取遍1~M，M为正整数，则校准得到各种信号频率和功率条件下 的一个发射机功率校准二维数据表。
[0035] 有益效果：
[0036] (1)本发明采用了数字处理方法，传统仪表使用的滤波器、混频器、频率综合器等 模拟器件大大减少，有效降低了测试仪表的重量，配合针对信道设备测试而提供的操作软 件，使信道设备测试变得更加高效。
[0037] (2)采用信道设备自动测试仪配合接口适配器，在测试现场通过简单的连接即可 进行测试，而且也增加了信道设备自动测试仪的通用性。
[0038] (3)本发明采用了诸多小型化措施:一是由数字中频板完成所有信号的计算，采用 数字方式完成更多的信号处理过程，减少了占用体积的模拟器件，音频板和射频板不再进 行信号计算，实现了音频板和射频板的小型化;二是主控板采用嵌入式主控板，减少了通用 主控板CPU、内存等器件的体积，同时主控板是软件运行的载体，也是显示屏和外部控制的 接口
[0039] (4)本发明在定向耦合部分设计了天线/负载接口，被测信道设备通过射频口发来 的射频信号分为两部分，其中一部分引入射频板，另一部分通过天线/负载接口引出至负载 或相应波段天线，并耗散掉，这样可以防止过多的能量进入射频板，引起射频板的器件损 伤，避免使用内置衰减器，减小了体积，减轻了重量，也使得测试时被测信道设备的状态与 正常工作时的状态一致。
[0040] (5)-个信道设备自动测试仪可以实现信道设备发射和接收的测试，而且可以适 用于超短波和短波两种设备，适用范围得到了扩展。本发明优选实施例的对短波信号和超 短波信号处理的特点之一就是通过开关组实现了短波和超短波信号共用一个衰减器;本发 明对短波信号和超短波信号处理的特点之二就是通过开关组实现了短波和超短波信号共 用一个ALC和程控衰减器。
[0041] (6)本发明在设备中增加了充电电池，能保证本发明的设备在外场测试不再受制 于电源提供，增加了外场测试的可携带性。
【附图说明】
[0042] 图1为本发明数字式小型化信道设备自动测试系统的组成框图；
[0043] 图2为本发明数字式小型化信道设备自动测试装置的组成框图；
[0044] 图3为信道设备自动测试仪、被测信道设备、接口适配器三者的连接图；
[0045] 图4为定向耦合模块和射频板的组成框图；
[0046] 图5为本发明较佳实施例中射频板的组成框图；
[0047]图6为软件的功能模块组成；
[0048]图7为自动测试仪的自校准过程；（a)自动测试仪频率校准；（b)模拟信号源校准； (c)自动测试仪接收机功率校准；（d)频谱分析仪校准；（e)自动测试仪发射机功率校准。
【具体实施方式】
[0049]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0050]本发明提供了一种数字式小型化信道设备自动测试装置和系统。图1为系统组成 框图，如图1所示，其包括信道设备自动测试装置、校准子系统、测试规划编辑子系统和质量 管理子系统。信道设备自动测试装置包括信道设备自动测试仪和接口适配器。其中，校准子 系统、质量管理子系统、规划编辑子系统和接口适配器均连接信道设备自动测试仪。
[0051 ]信道设备自动测试仪：用于对各类被测信道设备进行自动测试。其根据来自校准 子系统的自校准文件进行自校准，校准后将校准文件导入至信道设备自动测试仪。该信道 设备自动测试仪接收测试规划编辑子系统发来的根据被测信道设备类型所规划的测试脚 本，通过自动运行测试脚本对当前类型的被测信道设备进行测试;完成测试后，将被测信道 设备的测试结果文件保存至质量管理子系统，由质量管理子系统完成测试结果的统计分 析。
[0052]接口适配器:信道设备自动测试仪采用通用测试仪表接口，与被测信道设备的接 口连接不方便。接口适配器使信道设备自动测试仪和被测信道设备的连接变得方便，且使 得信道设备自动测试仪更加具有兼容性。
[0053] 校准子系统:校准时采用频谱分析仪、模拟信号源和功率计，实现对信道设备自动 测试仪的发射机和接收机的频率准确度、功率准确度的校准。
[0054] 测试规划编辑子系统：由于被测信道设备种类繁多，测试方法各有不同，因此，本 发明采用测试规划编辑子系统编辑各类被测信道设备的测试规划执行脚本，最终下载至信 道设备自动测试仪，由其完成脚本的执行。
[0055] 质量管理子系统：信道设备自动测试仪完成测试后，将各个被测信道设备的测试 结果文件保存至质量管理子系统，由其完成测试结果的统计分析，并可浏览各个测试信道 设备的测试结果。
[0056] 上述测试规划编辑子系统和质量管理子系统都可以依托于计算机的软件平台，利 用计算机编辑测试规划文件和管理、分析测试结果。
[0057]以上就是本系统各组成部分的功能。下面首先详细描述信道设备自动测试仪和接 口适配器的具体实现。
[0058]如图2所示，信道设备自动测试装置中的信道设备自动测试仪具体包括:主控板、 数字中频板、音频板、射频板、定向耦合模块、显示输入模块和自供电模块。各模块的连接关 系为:主控板通过数字中频板连接音频板和射频板，射频板连接定向耦合模块，主控板还连 接显示输入模块。音频板提供一组音频口（如图3,一个输入音频口，一个输出音频口）作为 该信道设备自动测试仪的音频口，该音频口通过接口适配器连接被测信道设备的音频口。 主控板提供控制口作为该信道设备自动测试仪的控制口，该控制口通过接口适配器连接被 测信道设备的控制口。定向耦合模块提供两个天线/负载接口和两个射频口，两个天线/负 载接口用于连接负载或相应波段天线，两个射频口分别用于连接相应波段被测信道设备的 射频口。
[0059] 本文所述相应波段包括短波和超短波。短波和超短波频率不同，传统的信道设备 通常是按照短波和超短波两个频段来设计的。对于信道设备测试仪，将两个频段分开，做成 两个测试仪有些浪费资源。本发明为了适用于短波和超短波频段，用数字方式实现大部分 处理，那么对于短波频段和超短波频段，测试仪信号处理部分是相同的，两个频段的区别只 在射频信号的耦合处。目前有成熟的短波耦合器和超短波耦合器，将两种耦合器通过单刀 双掷开关与数字信号处理部分连接，可以实现分时对短波频段、超短波频段的支持，降低了 耦合器带宽的要求。
[0060] 因此，如图4所示，定向耦合模块包括超短波耦合器和短波耦合器，射频板包括开 关组和射频处理通道。射频处理通道连接数字中频板，且射频处理通道通过开关组连接超 短波耦合器和短波耦合器;该开关组用于切换数字中频板、射频处理通道与超短波耦合器 和短波耦合器的连通关系。短波耦合器连接短波对应的天线/负载接口和射频口，超短波耦 合器连接超短波对应的天线/负载接口和射频口；如前所述该定向耦合模块的射频口连接 被测信道设备，天线/负载接口连接负载或相应波段天线。超短波耦合器和短波耦合器将来 自射频板的信号通过射频口耦合出去，将被测信道设备通过射频口发来的射频信号分为两 部分，其中一部分引入射频板，另一部分通过天线/负载接口引出至负载或相应波段天线， 并耗散掉，这样可以防止过多的能量进入射频板，引起射频板的器件损伤。
[0061] 该测试仪的工作方式为：主控板通过控制口设置被测信道设备状态(发射机工作 或接收机工作），根据来自外部的测试脚本或根据显示输入模块的输入所生成的测试脚本 产生测试信号传输给数字中频板，数字中频板根据测试信号产生数字信号并转换为模拟信 号，发送给音频板或射频板进行信号调理，如果是测试发射机则发送给音频板，如果是测试 接收机则发送给射频板;经音频板调理后的信号通过音频口向被测信道设备输出，经射频 板调理的信号通过射频口向被测信道设备输出;经被测信道设备处理后产生的输出信号经 由音频板调节后到达数字中频板，或经由定向耦合模块的取样和射频板的调节后到达数字 中频板，数字中频板完成信号的模拟数字变换、信号处理并进行测试指标计算，然后将计算 结果传输到主控板，由主控板控制显示输入模块进行显示。其中，由数字中频板完成所有信 号的计算，音频板和射频板不再进行信号计算，实现了音频板和射频板的小型化。
[0062] 自供电模块为音频板、主控板、数字中频板和射频板提供电源。本实施例中，自供 电模块包括充电电池、电源管理单元和DC-DC转换单元；电源管理模块连接外部电源输入、 充电电池和DC-DC转换模块；电源管理模块将外部电源引入到测试仪内部，可以为充电电池 充电。当设备自供电时，充电电池输出电力至DC-DC转换模块，由DC-DC转换模块进行转换， DC-DC转换模块电源输出端连接信道设备自动测试仪上的用电模块，从而为信道设备自动 测试仪上的用电模块供电。当电源管理模块连接外部电源时，电源管理模块将外部电力输 出至DC-DC转换模块进行转换，实现外部供电。
[0063] 从上文模块组成和流程描述中可以看出，本发明的特点之一在于由数字中频板完 成所有信号的计算，音频板和射频板不再进行信号计算，实现了音频板和射频板的小型化。 具体的，数字中频板可以由FPGA实现，将FPGA逻辑划分为发射机测试单元和接收机测试单 元;其测试方式如下：
[0064] 1)对信道设备发射信号进行测试时
[0065] FPGA中的发射机测试单元根据来自主控板的测试信号，产生数字信号，通过音频 板转换为音频信号后向被测信道设备发送;被测信道设备发射机输出的射频信号，由定向 耦合器耦合出一部分信号传输到射频板，由射频板进行低通滤波并做一次功率调整后，返 回数字中频板的发射测试处理单元;该发射测试处理单元进一步采用带通采样的方法，直 接采集来自射频板的射频信号，将其转换成数字信号，并用数字方法对转换后的信号进行 自动增益控制、正交下变频、抽取滤波、解调计算的处理，完成被测信道设备发射机测试。 [0066] 2)对信道设备接收机进行测试时
[0067] FPGA中的接收机测试单元根据来自主控板的测试信号，采用数字方法生成两路正 交的数字信号，再进行数字插值滤波、数字正交上变频、数字模拟变换的处理后，经射频板 调理功率并输出至被测信道设备;被测信道设备的接收机产生的音频信号经由音频板返回 数字中频板的接收机测试单元;该接收机测试单元将音频信号数字化后，进一步进行测试 指标的计算，完成信道设备接收机测试。
[0068] 本发明的特点之二在于定向耦合模块和射频板的设计，该定向耦合模块能够适应 两种波段的信道设备。射频板通过开关组的合理设计实现两种耦合器的合理切换使用，而 且所用器件比较少，使得仪器体积很小。
[0069] 如图5所示的射频板优选实施方式。该射频板中的开关组包括第一 1分2开关、第二 1分2开关、第三1分2开关和第四1分2开关;射频处理通道包括输出处理通道和输入处理通 道。
[0070] 短波定向耦合器的耦合端连接第一 1分2开关的第二端，隔离端连接第三1分2开关 的第二端;超短波定向耦合器的耦合端连接第一 1分2开关的第三端，隔离端连接第三1分2 开关的第三端;第一 1分2开关的第一端连接第二1分2开关的第一端，第二1分2开关的第二 端连接第四1分2开关的第二端，第二1分2开关的第三端接入输入处理通道的输入端;第四1 分2开关的第1端连接输出处理通道的输出端;第三1分2开关的第1端直接接入数字中频板。 所述输出处理通道包括依次串联的自动电平控制器(ALC)、90dB/10dB程控步进衰减器和滤 波器组;ALC连接数字中频板，滤波器组连接第四1分2开关的第一端。所述输入处理通道包 括20dB衰减器和第五1分2开关;20dB衰减器的输入端连接第二1分2开关的第三端，20dB衰 减器的输出端连接第五1分2开关的第二端。第五1分2开关的第一端接入数字中频板。第四1 分2开关的第3端和第五1分2开关的第三端引出本射频板形成插损隔离度测试双端口。所有 1分2开关接受数字中频板的控制。
[0071 ]该射频板的工作过程为：
[0072]当测试信道设备的发射功率、频率准确度和调制质量时，如果输入信号为短波频 段信号，则数字中频板根据频段设置1分2开关组，将短波定向耦合器的耦合信号输入到 20dB衰减器进行信号衰减，衰减后的信号经过第五1分2开关输入到数字中频板;如果输入 信号为超短波频段信号，则数字中频板根据频段设置1分2开关组，将超短波定向耦合器的 耦合信号输入到20dB衰减器进行信号衰减，衰减后的信号经过第五1分2开关输入到数字中 频板;本发明的对短波信号和超短波信号处理的特点之一就是通过开关组实现了短波和超 短波信号共用一个衰减器，本发明选用20dB衰减器是根据输入信号的功率范围、耦合器耦 合出的功率及数字中频板需要的采样信号功率进行设计的，20dB衰减器是满足上述需求的 特定值。
[0073]当测试信道设备的驻波比时，如果输入信号为短波频段信号，则数字中频板根据 频段设置1分2开关组，将短波定向耦合器的隔离端与数字中频板直接连通;如果输入信号 为超短波频段信号，则数字中频板根据频段设置1分2开关组，将超短波定向耦合器的隔离 端与数字中频板直接连通。
[0074]当测试信道设备的接收机灵敏度和接收机动态范围时，数字中频板输出的信号进 入ALC进行功率调制，将功率调整到10dBm的固定值，然后根据测试需要利用90dB/10dB程控 步进衰减器将信号衰减到10dBm~-80dBm的范围；衰减后的信号经过滤波器组进行信号滤 波后通过1分2开关组选择到对应的短波定向耦合器或者超短波定向耦合器进行耦合输出， 完成接收机灵敏度和接收机动态范围测试。本发明的对短波信号和超短波信号处理的另一 个特点就是通过开关组实现了短波和超短波信号共用一个ALC和程控衰减器。
[0075] 如图5所示，该射频板提供了插损隔离度测试双端口，这两个接口用来测试多路耦 合器的插入损耗及隔离度。多路耦合器是一个被测器件，它一般是配合信道设备使用的。本 发明的自动测试仪在测试信道设备的同时，也包含了测试多路耦合器的插入损耗和隔离度 的功能。测试时，自动测试仪输出某一功率强度的信号，再测试这个信号通过多路耦合器后 的功率，比较输出信号功率和测得的功率，就可以得到多路耦合器的插入损耗和隔离度了。
[0076] 本发明的自动测试仪具有如下指标的功能：
[0077] 1)音频指标:包括音频信号电平强度、音频信号频率准确度、音频信号失真和音频 信号SINAD四个项目测试，这四个测试项目所需的计算包括数字采集、傅里叶变换和信纳失 真计算。
[0078] 2)射频发射指标:包括输出功率、频率准确度、调制质量三个测试项目，三个测试 项目所需的计算包括自动增益控制、数字插值滤波、抽取滤波、正交下变频和解调计算。
[0079] 3)射频接收指标:包括接收灵敏度和接收动态范围两个测试项目，两个测试项目 所需的计算包括数字模拟变换、数字正交上变换和数字调制。
[0080] 可见，三类指标具有相同的计算需求。本发明在主控板完成测试项目的模块化，在 主控板完成测试项目的调用；在数字中频板中对计算进行模块化，在数字中频板中通过调 用计算模块完成测试项目的具体计算。也就是说，实际上计算操作主要由数字中频板来完 成的，从而充分利用数字中频板的计算能力。根据上述所需要完成的测试项目，该数字中频 板中FPGA的发射机测试单元和接收机测试单元在执行测试项目时需要共用几个计算模块， 包括自动增益控制模块、数字插值滤波模块、抽取滤波模块、解调计算模块、正交下变频模 块和数字正交上变频模块(图6中最下面一行）。
[0081 ]本发明的核心之三是设备能实现自动化的测试，本发明的自动化测试是通过运行 于主控板上的自动测试软件执行，自动测试软件利用目前成熟的可视化编程技术，提供人 机操作界面。使用本发明对信道设备测试时，可以采用手动测试和自动测试两种方法。
[0082]手动测试是人工按照测试步骤，一步一步设置信道设备及信道设备测试仪的参数 进行测试。自动测试的实现方法则是事先按照测试方法步骤，使用计算机编程语言，程控信 道设备和信道设备测试仪，自动完成测试流程。自动测试的脚本由测试规划编辑子系统提 供，手动测试则可以由测试人员通过测试仪提供的编辑界面完成。
[0083]手动测试的编辑界面由主控板上的上位机软件运行。为了简化测试人员的工作， 如前所述本发明的上位机软件对测试项目进行了模块化，将每一个测试项目作为一个独立 的模块，并形成可视化图标（图6中中间两行），可由测试人员根据需要进行测试项目的添 加、修改和删除。并根据测试项目的执行需要，增加了条件判断语句、循环语句、延时、变量、 数组、消息窗口等控制语句，每个控制语句对应一个可视化图标。应用人员用这些控制语句 将测试项目连接起来，可以通过拖拽的方式将控制语句的图标增加到设定的编辑框内，执 行测试时，这些语句将逐条运行，可以构成一个完整的流程，以实现测试项目的流程控制。 通过这种设计，测试人员能灵活编辑自己需要的测试方法流程。
[0084] 对于主控板来说，当手动测试时，主控板接收测试人员对测试项目的选择，并利用 测试人员选取的特征字和控制事件以及所订立的执行顺序，对测试项目进行顺序执行，以 实现测试项目的控制；当自动测试时，主控板根据测试脚本预先确定的测试项目顺序，自动 执行。
[0085] 无论是手动还是自动，一旦选定了测试项目的执行顺序，主控板在执行每个测试 项目时，向数字中频板发送测试信号，数字中频板根据测试信号通过调用共用的计算模块 实现测试项目中各个计算步骤的具体执行。因此，主要计算还是由数字中频板完成的。
[0086] 图6展示了软件的功能模块组成。软件分为音频指标包括音频信号电平强度、音频 信号频率准确度、音频信号失真和音频信号SINAD四个项目测试，射频发射包括输出功率、 频率准确度、调制质量三个测试项目，射频接收包括接收灵敏度和接收动态范围两个测试 项目，基础语句包括For循环语句、If条件判断语句及变量。在进行测试前，可根据实际测试 需求，将某一个测试项目加入到测试规划中，也可以将基础语句加入某个测试项目前作为 循环、条件判断的条件，用户点击运行后软件自动完成测试。
[0087] 在电子通信设备的开发或维护中，涉及到信号大小和频率的时候，都需要有一个 参考标准，用以衡量输出信号的绝对大小或测量信号的大小。当信号频率覆盖范围较宽时， 由于电子通信设备中各种电子元器件的频率选择性，会导致设备在不同频率时，与信号功 率相关的表现不一致，如输出信号功率或测量信号功率不准确。同样，在某一频率，调整输 出信号大小的衰减器档位不可能像理想的那么准确。所以，需要对电子通信设备在不同频 率时的功率进行校准。校准的本质是用更高精度的设备来标定修正某一精度的设备。采用 高测量精度的功率计、信号源和频谱仪，可以将电子通信设备校准到与这些仪表相似的准 确度。本发明中的校准子系统，采用频谱分析仪、模拟信号源和功率计，实现信道设备自动 测试仪的发射机和接收机的频率准确度、功率准确度的校准。
[0088] 由于发射机和接收机共用一个参考源，通过调整内部参考源的频率，发射机和接 收机的频率准确度将同时改变，因此发射机和接收机只进行其中一个频率准确度校准即 可。本实施例选择校准发射机的频率准确度。那么，本发明的校准思路是，发射机频率和功 率溯源至频谱分析仪，接收机功率溯源至模拟信号源，最终生成自校准文件，导入至信道设 备自动测试仪。具体做法如下。
[0089] 1、信道设备自动测试仪的频率准确度校准
[0090] 对于信道设备自动测试仪的频率准确度校准，是将其内部参考时钟调整到与校准 仪表一致。在时钟准确度要求很高的情况下，可以使用铷钟进行校准，在通常情况下，可以 用频率准确的频谱仪进行校准。
[0091 ]如图7(a)所示，信道设备自动测试仪控制自身的发射机和频谱分析仪处于工作状 态，将信道设备自动测试仪的发射信号输出到频谱分析仪;调整发射信号频率，使频谱分析 仪测得的信号频率与标称频率值一致，从而完成用频谱分析仪校准信道设备自动测试仪频 率的过程。
[0092] 2、信道设备自动测试仪的功率校准
[0093]可以采用功率计校准电子通信设备的功率准确度，但功率计无法准确测试小信号 功率，所以，本发明先用功率计标定频谱分析仪和信号源的功率，再使用信号源和频谱分析 仪校准电子通信设备的功率。具体来说：
[0094]第一步，标定模拟信号源的功率
[0095] 如图7(b)所示，信道设备自动测试仪控制模拟信号源，使得模拟信号源发射设定 功率值的信号，模拟信号源输出信号的频率设定为某一频率点Π;由功率计测得模拟信号 源的发射功率数据，将测得的数据和设定的模拟信号源功率值做比较，差值就是当前频率 点下模拟信号源功率度量与功率计度量之间的差异;假设模拟信号源设定输出功率值为 al，功率计测得的值为bl fl，以功率计测得的值为真实值，则在当前频率点h下模拟信号源 设定输出功率比其真实输出功率大dlfl = al-blfl，即频率点fVf模拟信号源输出功率误差， n = l，2,…，N，N为正整数。
[0096] 第二步，校准信道设备自动测试仪的接收机功率
[0097] 如图7(c)所示，当前频率点不变，为了使模拟信号源真实的输出功率为cl，考虑上 dlfl，信道设备自动测试仪程控模拟信号源的输出功率设置为cl+dl fl，这时的信号功率已 经与功率计的准确度近似了。信道设备自动测试仪测量模拟信号源的功率为plfl，测得的数 值比真实的值大d2 fl = plfl-cl，即自动测试仪接收机功率误差;将d2fl存储到自校准文件中 频率点Π对应的区域中。
[0098] 改变当前频率点令其遍历Π~fN，重复第一步和第二步，获得每个频率点对应的 接收机功率误差d2f i~d2fN，形成自校准文件如表1所示。
[0100] 表1
[0101] 在实际使用该表1时，将信道设备自动测试仪实际测得的值减去相应频率对应的 d2,就是真实的功率值。
[0102] 第三步，标定频谱分析仪的功率
[0103] 如图7(d)所示，信道设备自动测试仪程控模拟信号源的输出频率为Π、输出功率 为cl+dlfl，采用频谱分析仪测得模拟信号源输出信号的功率为el fl，则频谱分析仪测得的 数值比真实数值大d3fl = elfl-cl。改变模拟信号源的输出信号频率令其遍历Π~fN，获得每 个频率点对应的频谱分析仪功率误差d3fl~d3fN。
[0104] 第四步，校准信道设备自动测试仪的发射机功率
[0105] 如图7(e)所示，信道设备自动测试仪程控自动测试仪发射机输出功率为p3i的信 号到频谱分析仪，发射信号频率为频率点Π，由频谱分析仪测得信号的功率为g( p31-fl)，则此 信号的真实功率为p2(fl-υ = 8(ρ31-fl)-d3fl;将设置值p3i和其对应的真实值p2 (fl-υ保存下来。
[0106] 改变自动测试仪发射机输出功率(ρβ^ρβΜ-!)和输出频率(fl~fN)在各种信号频 率和功率条件下，校准得到一个二维数据表，如下表2。
[0107]
[0108] 表2
[0109] 根据这个表2,可以补偿被测电子通信设备的频率功率值，提高准确度。补偿过程 如下：
[0110] 自动测试仪发射部分:假如要控制自动测试仪发射出频率为freq，功率为level的 信号，通过发射机校准表，找到刚好小于等于freq和刚好大于等于freq的两个频率点，假设 是f2和f3;在这两个频率下，分别查表2找到刚好小于或等于level和刚好大于或等于level 的两个测试值，通过线性插值，即按照比例关系，可以得到使输出信号频率为freq，功率为 level时对应的设置输出功率值，按照这个值来设置自动测试仪，可以使其发射信号满足要 求。
[0111] 自动测试仪接收部分:接收部分的校准表格比发射简单，其内容是自动测试仪在 相同功率不同频率时测得测量误差。测试补偿时，根据频率，在表1中查到了误差，从测试值 中扣除这个误差，从而补偿了测试结果。
[0112] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种信道设备自动测试装置，其特征在于，包括接口适配器和采用通用测试仪表接 口的信道设备自动测试仪;所述信道设备自动测试仪包括:主控板、数字中频板、音频板、射 频板、定向耦合模块、显示输入模块和自供电模块;嵌入式的主控板通过数字中频板连接音 频板和射频板，射频板连接定向耦合模块，主控板还连接显示输入模块;音频板提供的音频 口通过接口适配器连接被测信道设备的音频口；主控板提供的控制口通过接口适配器连接 被测信道设备的控制口；定向耦合模块提供两个天线/负载接口和两个射频口，两个天线/ 负载接口用于连接负载或相应波段天线，两个射频口分别用于连接相应波段被测信道设备 的射频口；所述相应波段包括短波和超短波； 所述定向耦合模块包括超短波耦合器和短波耦合器，所述射频板包括开关组和射频处 理通道;射频处理通道连接数字中频板，且通过开关组连接超短波耦合器和短波耦合器;所 述开关组用于切换数字中频板、射频处理通道与超短波耦合器和短波耦合器的连通关系； 短波耦合器连接短波对应的天线/负载接口和射频口，超短波耦合器连接超短波对应的天 线/负载接口和射频口；所述超短波耦合器和短波耦合器用于将来自射频板的信号耦合出 去，将来自被测信道设备的射频信号分为两部分，一部分引入射频板，另一部分引入天线/ 负载接口； 主控板通过控制口设置被测信道设备状态;根据来自外部的测试脚本或根据显示输入 模块的输入所生成的测试脚本，产生测试信号传输给数字中频板，数字中频板根据测试信 号产生数字信号并转换为模拟信号，发送给音频板或射频板进行信号调理，经音频板调理 后的信号通过音频口向被测信道设备输出，经射频板调理的信号通过射频口向被测信道设 备输出；经被测信道设备处理后产生的输出信号经由音频板调节后到达数字中频板，或经 由定向耦合模块的取样和射频板的调节后到达数字中频板，数字中频板完成信号的模拟数 字变换、信号处理并进行测试指标计算，然后将计算结果传输到主控板，由主控板控制显示 输入模块进行显示； 自供电模块为音频板、主控板、数字中频板和射频板提供电源。2. 如权利要求1所述的信道设备自动测试装置，其特征在于，所述数字中频板采用FPGA 实现，将FPGA逻辑划分为发射机测试单元和接收机测试单元； 发射机测试单元根据来自主控板的测试信号，产生数字信号，通过音频板转换为音频 信号后向被测信道设备发送;被测信道设备发射机输出的射频信号，由定向耦合器耦合出 一部分信号传输到射频板，由射频板进行低通滤波并做一次功率调整后，返回数字中频板 的发射测试处理单元;该发射测试处理单元进一步采用带通采样的方法，直接采集来自射 频板的射频信号，将其转换成数字信号，并用数字方法对转换后的信号进行自动增益控制、 正交下变频、抽取滤波、解调计算的处理，完成被测信道设备发射机测试； 接收机测试单元根据来自主控板的测试信号，采用数字方法生成两路正交的数字信 号，再进行数字插值滤波、数字正交上变频、数字模拟变换的处理后，经射频板调理功率并 输出至被测信道设备;被测信道设备的接收机产生的音频信号经由音频板返回数字中频板 的接收机测试单元;该接收机测试单元将音频信号数字化后，进一步进行测试指标的计算， 完成信道设备接收机测试。3. 如权利要求2所述的信道设备自动测试装置，其特征在于，所述FPGA的发射机测试单 元和接收机测试单元在执行测试流程时共用计算模块，所述计算模块包括自动增益控制模 块、数字插值滤波模块、抽取滤波模块、解调计算模块、正交下变频模块和数字正交上变频 模块。4. 如权利要求3所述的信道设备自动测试装置，其特征在于，所述射频板中的开关组包 括第一1分2开关、第二1分2开关、第三1分2开关和第四1分2开关;射频处理通道包括输出处 理通道和输入处理通道； 短波定向耦合器的耦合端连接第一 1分2开关的第二端，隔离端连接第三1分2开关的第 二端;超短波定向耦合器的耦合端连接第一 1分2开关的第三端，隔离端连接第三1分2开关 的第三端;第一 1分2开关的第一端连接第二1分2开关的第一端，第二1分2开关的第二端连 接第四1分2开关的第二端，第二1分2开关的第三端接入输入处理通道;第四1分2开关的第1 端接入输出处理通道;第三1分2开关的第1端直接接入数字中频板;所述输出处理通道包括 依次串联的自动电平控制器ALC、90dB/1 OdB程控步进衰减器和滤波器组;ALC连接数字中频 板，滤波器组连接第四1分2开关的第一端;所述输入处理通道包括20dB衰减器和第五1分2 开关;20dB衰减器的输入端连接第二1分2开关的第三端，20dB衰减器的输出端连接第五1分 2开关的第二端;第五1分2开关的第一端接入数字中频板;第四1分2开关的第3端和第五1分 2开关的第三端引出本射频板形成插损隔离度测试双端口；所有1分2开关接受数字中频板 的控制； 当测试信道设备的发射功率、频率准确度和调制质量时，如果输入信号为短波频段信 号，则数字中频板根据频段设置1分2开关组，将短波定向耦合器的耦合信号输入到20dB衰 减器进行信号衰减，衰减后的信号经过第五1分2开关输入到数字中频板;如果输入信号为 超短波频段信号，则数字中频板根据频段设置1分2开关组，将超短波定向耦合器的耦合信 号输入到20dB衰减器进行信号衰减，衰减后的信号经过第五1分2开关输入到数字中频板； 当测试信道设备的驻波比时，如果输入信号为短波频段信号，则数字中频板根据频段 设置1分2开关组，将短波定向耦合器的隔离端与数字中频板直接连通;如果输入信号为超 短波频段信号，则数字中频板根据频段设置1分2开关组，将超短波定向耦合器的隔离端与 数字中频板直接连通； 当测试信道设备的接收机灵敏度和接收机动态范围时，数字中频板输出的信号进入 ALC进行功率调制，将功率调整到lOdBm的固定值，然后根据测试需要利用90dB/10dB程控步 进衰减器将信号衰减到lOdBm~-80dBm的范围；衰减后的信号经过滤波器组进行信号滤波 后通过1分2开关组选择到对应的短波定向耦合器或者超短波定向耦合器进行耦合输出，完 成接收机灵敏度和接收机动态范围测试。5. 如权利要求1所述的信道设备自动测试装置，其特征在于，所述自供电模块包括充电 电池、电源管理模块和DC-DC转换单元；电源管理模块连接外部电源输入、充电电池和DC-DC 转换模块;DC-DC转换模块电源输出端连接信道设备自动测试仪上的用电模块。6. 如权利要求3所述的信道设备自动测试装置，其特征在于，所述主控板预存了多个独 立的测试模块，每个测试模块对应一个测试项目，每个测试模块对应一个可视化的图标;主 控板还预存了多个控制语句，每个控制语句对应一个可视化的图标；当手动测试时，主控板 接收测试人员对测试项目的选择，并利用测试人员选取的控制语句以及所订立的执行顺 序，对测试项目进行顺序执行，以实现测试项目的控制；当自动测试时，主控板根据测试脚 本预先确定的测试项目顺序，自动执行;执行每个测试项目时，向数字中频板发送测试信 号，数字中频板根据测试信号通过调用共用的计算模块实现测试项目的执行。7. -种信道设备自动测试系统，其特征在于，包括:校准子系统、测试规划编辑子系统、 质量管理子系统，还包括如权利要求1~6任意一项所述的信道设备自动测试装置;校准子 系统、质量管理子系统和规划编辑子系统连接信道设备自动测试装置中的信道设备自动测 试仪； 所述信道设备自动测试仪根据来自校准子系统的自校准文件进行自校准;接收测试规 划编辑子系统发来的根据被测信道设备类型所规划的测试脚本，通过运行测试脚本对当前 类型的被测信道设备进行测试;完成测试后，将被测信道设备的测试结果文件保存至质量 管理子系统，由质量管理子系统完成测试结果的统计分析。8. 如权利要求7所述的信道设备自动测试系统，其特征在于，使用所述校准子系统校准 时，信道设备自动测试仪程控频谱分析仪、模拟信号源和功率计对其自身的发射机和接收 机进行校准： 校准频率准确度时，信道设备自动测试仪的发射机和频谱分析仪处于工作状态，将信 道设备自动测试仪的发射信号输出到频谱分析仪;调整发射信号频率，使频谱分析仪测得 的信号频率与标称频率值一致，从而完成用频谱分析仪校准信道设备自动测试仪频率的过 程； 校准功率准确度时，首先使用功率计标定频谱分析仪和模拟信号源的功率，再使用模 拟信号源和频谱分析仪校准信道设备自动测试仪的功率，具体包括如下步骤： (1) 标定模拟信号源的功率 信道设备自动测试仪控制模拟信号源，使得模拟信号源发射设定功率值al、不同频率 的信号，发射信号的频率点记为fn，η = 1，2，…，N，N为正整数;针对频率点fn，由功率计测得 模拟信号源的发射功率数据blfn，以功率计测得的值为真实值，则频率点fVf，模拟信号源 输出功率误差为dl fn = al-blfn; (2) 校准信道设备自动测试仪的接收机功率 信道设备自动测试仪程控模拟信号源的输出频率为fn、输出功率设置为cl+dlfn，cl为 期望模拟信号源实际输出功率，采用信道设备自动测试仪测量模拟信号源的功率为plfn;则 频率点fn下，自动测试仪接收机功率误差d2f n=plfn-cl;令η取遍1~N，在自校准文件中的接 收误差表中将(12&与频率点f n对应存储； (3) 标定频谱分析仪的功率 信道设备自动测试仪程控模拟信号源的输出频率为fn、输出功率设置为cl+dlfn，采用 频谱分析仪测量模拟信号源输出信号的功率为elfn;则频率点匕下，频谱分析仪的功率测量 误差为d3fn = elfn-cl;令η取遍1~N，获得各个频率点对应的频谱分析仪功率测量误差； (4) 校准信道设备自动测试仪的发射机功率 信道设备自动测试仪的发射机输出频率为fn、功率为p3m的信号到频谱分析仪，由频谱 分析仪测得信号的功率记为g(p3m-fn)，则当前信号的真实功率为p2(fn- m) = g(p3m-fn)-d3fn;将设 置频率值fn、设置功率值 P3m和对应的真实值p2(fn-m)对应保存下来； 令η取遍1~N，令m取遍1~M，M为正整数，则校准得到各种信号频率和功率条件下的一 个发射机功率校准二维数据表。
【文档编号】H04B17/29GK106027170SQ201610355422
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】陈浩, 陈鹏, 乔军, 谢亚林, 周建军, 林健, 杨心武, 陈肯, 张小梅, 秦峰, 谢飞, 付建勋, 孙黎, 郭嘉, 范佳欣, 张琴, 黎奎
【申请人】中国船舶重工集团公司第七二二研究所