基于ATML的导航设备测试技术研究与实现

在计算机的统一控制下，对研究对象实现数据采集、数据分析处理以及结果显示输出整个测试过程的体系称为自动测试系统ATS(Automatic Test System)。ATS一般由3部分组成，即自动测试设备ATE(Automatic Test Equipment)、自动测试程序集TPS(Test Program Set)和TPS软件开发工具。通常在标准的总线(如GPIB、VXI、PXI等)基础上组建而成，具有通用性强和配置灵活等特点[1]。 无线电导航是保障航空飞行的重要组成部分，导航地面设备通过发送无线电导航信号的方式为飞机安全可靠的飞行提供所需信息，因此必须保证导航设备信号发生电路产生的信号准确无误。随之而来的就是导航设备的快速保障与维护保养，现有无线电导航地面保障存在设备陈旧、数量和种类多、体积大以及缺少标准化与综合化测试等缺陷[2]。针对上述问题，在对自动测试描述语言ATML（Automated Test Markup Language）的研究基础之上，研究设计基于通用仪器仪表的导航信号自动测试系统，并在实际导航信号的测试中得到应用。1 自动测试描述语言ATML 系统采用自动测试标记语言ATML标准，该标准以可扩展标记语言XML（Extensible Markup Language）为基础，由美国国防部和众多ATE行业人员一起制定[3]。ATML作为测试信息数据交换的媒介，详细描述了测试任务、资源需求、测试执行和信息管理等内容，包含ATML框架和ATML组件标准两大部分。ATML组件标准定义了9个ATML组件接口，每个组件都有相对应的IEEE标准和XML格式文件，对应关系如图1所示[4]。2 导航设备自动测试系统 依据上文对ATS的描述，导航设备自动测试系统的组成可分为ATE、TPS及TPS软件开发工具三部分，其中ATE主要由通用仪器仪表、仪器控制软件以及相应的总线连接组成，如图2所示。软件在仪器驱动或者直接I/O的辅助下通过总线对相关仪器进行程控。系统涉及到的通用仪器仪表种类较多，采用XML格式文档将仪器具体特性描述成Instrument Description.xsd文件，有利于系统对仪器资源进行统一调度。 TPS是系统软件组成的核心部分。传统测试程序中，TPS信息包含在程序代码里，关于仪器能力描述、信号格式描述以及具体测试需求描述等信息不容易分离出来，降低了TPS的灵活性和可移植性。参考ATML标准将有关测试数据的描述进行标准化，实现了自动测试系统中数据信息的共享与分配，系统TPS运行框图如图3所示。UUT描述、测试描述、测试信号需求等组件信息通过自定义测试描述表格进入人机交互接口，按照ATML标准将提供的信息转为XML格式文件，并存入测试文档库，通过处理器从XML文件中提取出相关的测试信息[5]，并送给测试执行单元形成TPS代码。测试结束后执行单元按照ATML标准将测试结果规范为XML文档以形成测试报表。XML作为一种层次化的标记语言，具有面向对象的特点，在描述模块化结构的UUT信息和各类部件关系上具有天然优势，采用XML语言描述测试系统数据，可方便地确保数据的一致性、完整性和可靠性，简化测试系统内部以及测试系统间数据交换的工作，并能与现存的系统和标准很好地兼容[6-7]。 测试描述组件规定了对具体导航设备的某一特定功能进行测试的测试级别、测试需求、测试策略以及结果诊断与分析。导航设备测试级别分为一线测试与二线测试。一线测试针对实际设备在开机工作状态下进行测试，主要侧重于实际设备所发射信号各参数指标的准确度；二线测试针对相应的自研模拟器，重点在于信号测试的方法研究与实现。测试需求指完成测试所需的软硬件配置信息。 仪器描述组件主要对各个测试仪器仪表的物理特性、工作环境、性能指标等静态信息和对应的资源、测试信号能力等动态信息进行定义。本系统涉及到的通用仪器仪表主要包括信号发生器、射频功率计、功率检波器、频谱分析仪、数字示波器、通用计数器等。 UUT描述组件对被测设备的编号、功率需求、物理特性和测试操作要求等内容进行说明。现役导航设备种类较多，普遍采用超大规模电路和专用集成电路等，其物理特性采用新工艺技术，如多层板工艺和表面封装技术等。 测试适配器描述组件定义导航设备和测试工作站之间的接口[7]，包括电缆、连接器、通信总线和开关等详细信息。 测试工作站描述组件用于描述测试系统的运行环境，包括端口连接、仪器仪表和测试精度、测试识别信息(如设备部件编号及不同组件的位置)、状态信息(如时间、自测状态和标定日期)。 系统采用Windows XP SP3系统自动配置底层的硬件，可兼顾实时性与灵活性；采用美国国家仪器有限公司的核心软件产品LabVIEW作为TPS开发平台，充分利用图形化编程语言G语言(Graphical Programming Language)的高性能与灵活性。3 项目应用实例 在国际民航组织通用的某型导航设备检测系统项目中，需要对设备产生的脉冲信号上升沿(点a、c之间)、下降沿(点d、f之间)和脉冲宽度(点b、d之间)进行测试，如图4所示。采用本自动测试程序，UUT描述为脉冲信号的上述3个参数；仪器选择Agilent公司的MSO7104A型混合信号数字示波器；通过VXI总线完成设备与测试系统之间的连接。 在Agilent公司官网上可以下载到支持LabVIEW8.0以上版本的示波器驱动程序，其中包含了示波器参数设置的初始化、参数配置、信号测试、数据传输等全部操作指令，通过调用仪器驱动程序完成示波器的程控。 对信号波形进行采集时，时钟的设置可使用示波器上自带的精度较高的时钟，每次可读取一批数据，提高了程序的效率。测试结果通过波形图表和波形图控件进行显示。数据的存储采用TDMS(Technical Data Management)格式。报表生成方面，系统采用Excel格式，在LabVIEW软件中安装Microsoft Office Toolkit工具包之后就可通过调用Excel报表工具进行数据导出。 图5为示波器测得脉冲信号上升沿波形与自动测试程序采集的波形图比较。可以看出，自动测试程序采集波形与示波器实际测得的波形基本一致，对波形的成功采集与保存解决了以往手动测试中对波形的细节进行查看时只能现场操作的缺陷，为设备的定期维修与保养提供了依据。 图6所示为自动测试结果Excle报表截图，报表中详细列出了测试的具体时间、测试级别、测试工程师、测试板卡位置、测试数据及诊断结果。报表以电子表格的形式保存，数据处理更加方便，并作为设备维护与保养的依据，可供随时调出查询。 本文将自动测试技术引入导航设备的测试维修中，通过计算机程序控制测试流程，有效解决了以往导航设备手动或者半自动保障耗时耗力、效率低下、测试结果难以规范化保存的缺陷。在TPS的设计上，采用ATML标准描述测试信息，测试资源之间运用XML格式文件交互，充分考虑了系统对TPS的可移植性和重用性需求，方便与未来新的设备进行软硬件兼容。系统在某型设备的脉冲信号测试中进行了验证，效果良好。本文利用ATML标准设计自动测试系统，并成功运用到航空导航设备的保障中，为国内航空导航维修领域提供了一种新思路。参考文献[1] 李行善，左毅，孙杰.自动测试系统集成技术[M].北京：电子工业出版社，2004.[2] 张列刚，张焕春.军用飞机通用ATS体系结构研究[J].计算机测量与控制，2005，13（4）：346-348.[3] 彭磊，马卫东，申丽军，等.基于ATML的地面测控软件通用化设计与实现[J].测控技术，2013，32(5)：100-104.[4] 杨召，肖明清，胡斌，等.国外航空自动测试描述语言发展综述[J].计算机测量与控制，2013，21(4)：833-835.[5] IEEE Std 1671-2010.IEEE standard for automatic test markup language(ATLM) for exchanging automatic test equipment and test information via XML[S].2011-07.[6] 王学奇,肖明清，陈希林，等.基于XML的测试需求描述及其实现[J].计算机工程与应用，2005，41(23)：112-115.[7] 袁清峰，路辉，沈士团.基于XML的自动测试系统资源描述方法[J].北京航空航天大学学报，2010，36（1）：114-117.[8] TAYLOR R.Implementing the ATML test station and test adapter standards[C].IEEE Autotestcon Proceeding，2010：1-5.