發布時間：2021-09-11所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：國內自動測試系統(ATS)在實際使用中均不同程度地存在測試結果一致性差的問題，造成此問題的主要原因之一就是測試信道指標差異無規律補償。基于此開展自校準技術的ATS溯源性設計及系統級校準修正，實現了ATS的整體計量校準，簡化了校準工作，提高了ATS
摘要：國內自動測試系統(ATS)在實際使用中均不同程度地存在測試結果一致性差的問題，造成此問題的主要原因之一就是測試信道指標差異無規律補償�；诖碎_展自校準技術的ATS溯源性設計及系統級校準修正，實現了ATS的整體計量校準，簡化了校準工作，提高了ATS的使用可靠性;并確保測試程序集(TPS)不依賴于某個測試平臺，利用計量校準手段保證系統指標，進而保障測試結果。
關鍵詞：自動測試系統;溯源性;自校準
0引言
自動測試系統(ATS：AutomaticTestSystem)作為武器裝備等重要設備的保障手段，在國防領域發揮著重要的作用，而ATS的精度指標是由計量校準保證的。由于ATS集成了大量的模塊化儀器和臺式儀器，校準過程呈現多參數、多通道、寬量程和高精度等特點，進而導致其計量保障復雜，以往ATS在設計時相對來說對系統本身的計量特性都不重視，更加增加了系統計量保障的難度。溯源性設計是ATS各種量值實現溯源的基礎，具備良好溯源性的ATS不但能夠方便上級計量單位實現量值溯源，提高系統工作的可靠性，還可以縮短維修時間，減少系統的保障費用。
另外，ATS作為武器裝備的主要保障設備，其性能指標直接影響武器裝備的使命任務，但據調研，國內ATS在實際使用中均不同程度地存在測試結果一致性差的問題，經過分析、比對，造成上述問題有幾個方面的原因，其中一個為測試信道指標差異無規律補償：通過單個TPS的非正規測試結果，將數據補償到TP中，使得TPS運行結果依賴于某個平臺的系統指標，而這些差異參數由于受到使用和磨損等原因，數值并不固定，所以造成結果一致性差等問題。再加上近年來對TPS可移植性的要求，修正在TPS中的參數，由于受到系統指標、外部參數的變化，總要經過一系列的查錯、調試，TPS升級才能實現移植�；诖碎_展自校準技術的ATS溯源性設計及系統級校準修正，實現ATS的整體計量[1-2]，簡化校準工作，提高ATS的使用可靠性。
1系統設計
1.1溯源鏈路設計
為了實現簡化計量操作的ATS計量設計，提出基于自校準技術ATS溯源性設計[3](外部溯源與內部量傳相結合)的計量方法，保證ATS溯源鏈路的連續，特性參數的可靠性，其重點在溯源鏈設計和內部量傳(也可以叫自溯源)程序的編寫。要講清楚這個計量校準設計方法，必須要了解以下兩個概念。
a)量值傳遞
將國家計量基準所復現計量單位量值，通過檢定或其他傳遞方式傳遞給下一等級的計量標準，并依次逐級地傳遞到工作器具，以保證被測量的量值準確一致。
b)溯源性
通過一條具有規定不確定度的不間斷的比較鏈，使測量結果或測量標準的量值能夠與規定的參考標準，通常是與國家測量標準或國家測量標準聯系起來的特性。將這條不間斷的比較鏈稱為溯源鏈。
量值傳遞是測量儀器量值準確的保證，量值準確一致的前提則是測量結果必須具有溯源性。
根據ATS的指標要求，確認內部量傳參數傳遞，并據此篩選系統最高指標，確定量傳參數，本系統以數字多用表、頻譜分析儀分別作為最高標準，其溯源鏈路[5]設計如圖1所示。
1.2溯源體系設計
選擇系統內部精度等級最高的量值作為參考標準(滿足量值傳遞需求)，內部量傳(自校準)利用ATS本身的量值組成溯源鏈路，精度等級低的量值向精度等級高的量值利用自校準軟件實現自動溯源，系統中部分精度等級最高的量值和無法在系統內部量傳中實現溯源的量值，向上級計量單位實現溯源。ATS的溯源體系圖如圖2所示。
1.3校準流程設計
根據以上設計執行后，某型機ATS計量流程如圖3所示。首先，對ATS內最高標準及部分不適合量傳的參數進行外部溯源計量;然后，運行系統自校準程序通過ATS內部最高標準進行內部校準，針對此校準方法，在某軍用ATS上進行了外部溯源結果與內部量傳結果的比較，測試結果一致且避免了人為記錄誤操作。
1.4自校準軟件設計
校準軟件包括自檢軟件、自校準軟件和外校準軟件3個部分，校準軟件按軟件體系結構采用分層結構，分別通過系統軟件的資源管理軟件分別調用儀器驅動軟件和數據操作軟件，驅動儀器資源并操作數據庫，實現自檢和校準功能，ATS自校準軟件設計如圖4所示。
2系統級校準修正設計
2.1總體設計
信號在ATS硬件平臺與被測對象之間的傳遞路徑一般如圖5所示，信號經過了儀器或板卡、開關或矩陣和電纜，每個部分都各自對信號具有不同的影響，不同的信號在不同類型的路徑上受影響的屬性都不同，因此不能簡單地使用加減法來實現修正。
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根據上圖的分析，設計思路如下[6]：
a)TPS和手動控制程序中不再添加修正補償值，TPS僅描述UUT測試時所需的信號和具體指標;
b)修正功能由系統軟件的校準補償模塊實現，校準補償模塊通過分析平臺與UUT之間的信號和傳遞路徑，計算出儀器實際輸出或輸入的值;
c)具體修正數據來源為平臺定期進行的系統計量獲得的數據。
2.2修正引擎實現
平臺通過計量技術機構校準之后，按照絕對誤差修正的方式，將校準證書提供的修正數據導入平臺修正數據庫[7]中。運行測試程序時，系統軟件對信號的修正分為測量數據的修正和激勵數據的修正，具體如下所述。
a)修正測量數據(信號傳輸方向：UUT->平臺)儀器采集數據后通過面向信號驅動以信號數據的方式返回系統軟件，系統軟件先把信號數據通過信號修正模塊后再進行后續的數據處理。
b)修正施加數據(信號傳輸方向：平臺->UUT)系統軟件先使用修正模塊對信號數據進行修正，再把信號數據傳輸到面向信號驅動，然后面向信號驅動使用信號數據控制儀器進行輸出激勵。
2.3修正算法實現
在ATS系統中，信號輸出或輸入的實際值會在不同條件下有所偏差，以射頻信號為例，信號的衰減在不同頻率下會有不一樣的偏差，其校準曲線如圖6所示。從圖6的分析可得，波形在某段范圍內表現為近似線性的關系，如圖中方框箭頭所指的線段，可把該線段放大后得到如圖7所示的直線。
2.4修正(補償)表設計
由于平臺中包含儀器、開關和電纜等硬件需進行補償，而且它們的補償信息存在差異，所以分別為它們設計不同的表，以滿足不同的需求。根據公式(1)設計補償表，公式中的變量為以下幾個：
1)P1為修正值;
2)K為修正系數;
3)f1和f2為修正條件。
由此補償表中需包含以上幾個要素，另外校準補償模塊是基于面向信號設計的，所以補償表中還需要包括具體的信號能力、信號屬性和端口等信息。
2.5測試資源修正表
測試資源的補償表是在校準過程中，通過校準證書中的修正值導入的，具體的測試資源補償表如圖8所示。
2.6開關資源修正(補償)
表開關資源的補償根據實際切換的信號而定，根據相應的數學公式開展計算，某型ATS現階段主要完成射頻微波開關路徑的補償，根據校準結果，進行正負修正處理，在TP運行中根據需求信號是源端還是測量端確定補償加減相應的補償值，開關資源補償示意如圖9所示。
2.7微波線路修正(補償)
射頻微波信號由于其特點，在傳輸路徑上受到阻抗匹配等影響，會有不同程度的插損，而其路徑的插損影響具體的測試結果及穩定性，針對射頻線纜插損補償，利用計量校準過程中得到的參數，設計如圖10所示的補償，在TP編寫過程中，將需要的射頻信號路徑體現設計好，系統軟件會根據信號路徑進行信號參數的修正處理。
3結束語
目前國內ATS內部量傳(自校準)和系統級參數修正尚無先例，雖然海軍在航空計量方面技術較為先進，近年來推行的整體計量，已經盡可能地體現ATS整體技術指標，但仍舊要攜帶大量的儀器資源進行現場操作，操作過程仍舊復雜。通過ATS自校準技術，可有效地提高ATS在軍隊的計量效率。同時采用內部量傳的方式可實現期間核查，進而隨時掌握ATS性能指標，對后續調整ATS計量周期[8]具有參考的意義。采用ATS系統級校準修正技術，利用計量校準數據，對ATS參數進行修正，不再將相應的修正數據體現在各個測試程序集中，且數據來源更加可靠，一方面實現ATS測試的穩定性，另一方面有助實現TPS的跨系統移植。
ATS作為某型機綜合保障的重要手段，通過計量的優化設計、修正的系統化設計可提高BD的戰備部署能力，自檢軟件、自校準軟件和外部校準軟件的開發更是推動了計量校準工作的自動化和通用化，同時也大大地簡化了軍隊計量保障工作，提供了實施計量保障的依據，提高了ATS溯源的效率及質量，同時可提高ATS的可靠性。——論文作者：王天宇
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