发布时间：2021-09-11所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：国内自动测试系统(ATS)在实际使用中均不同程度地存在测试结果一致性差的问题，造成此问题的主要原因之一就是测试信道指标差异无规律补偿。基于此开展自校准技术的ATS溯源性设计及系统级校准修正，实现了ATS的整体计量校准，简化了校准工作，提高了ATS
摘要：国内自动测试系统(ATS)在实际使用中均不同程度地存在测试结果一致性差的问题，造成此问题的主要原因之一就是测试信道指标差异无规律补偿。基于此开展自校准技术的ATS溯源性设计及系统级校准修正，实现了ATS的整体计量校准，简化了校准工作，提高了ATS的使用可靠性;并确保测试程序集(TPS)不依赖于某个测试平台，利用计量校准手段保证系统指标，进而保障测试结果。
关键词：自动测试系统;溯源性;自校准
0引言
自动测试系统(ATS：AutomaticTestSystem)作为武器装备等重要设备的保障手段，在国防领域发挥着重要的作用，而ATS的精度指标是由计量校准保证的。由于ATS集成了大量的模块化仪器和台式仪器，校准过程呈现多参数、多通道、宽量程和高精度等特点，进而导致其计量保障复杂，以往ATS在设计时相对来说对系统本身的计量特性都不重视，更加增加了系统计量保障的难度。溯源性设计是ATS各种量值实现溯源的基础，具备良好溯源性的ATS不但能够方便上级计量单位实现量值溯源，提高系统工作的可靠性，还可以缩短维修时间，减少系统的保障费用。
另外，ATS作为武器装备的主要保障设备，其性能指标直接影响武器装备的使命任务，但据调研，国内ATS在实际使用中均不同程度地存在测试结果一致性差的问题，经过分析、比对，造成上述问题有几个方面的原因，其中一个为测试信道指标差异无规律补偿：通过单个TPS的非正规测试结果，将数据补偿到TP中，使得TPS运行结果依赖于某个平台的系统指标，而这些差异参数由于受到使用和磨损等原因，数值并不固定，所以造成结果一致性差等问题。再加上近年来对TPS可移植性的要求，修正在TPS中的参数，由于受到系统指标、外部参数的变化，总要经过一系列的查错、调试，TPS升级才能实现移植。基于此开展自校准技术的ATS溯源性设计及系统级校准修正，实现ATS的整体计量[1-2]，简化校准工作，提高ATS的使用可靠性。
1系统设计
1.1溯源链路设计
为了实现简化计量操作的ATS计量设计，提出基于自校准技术ATS溯源性设计[3](外部溯源与内部量传相结合)的计量方法，保证ATS溯源链路的连续，特性参数的可靠性，其重点在溯源链设计和内部量传(也可以叫自溯源)程序的编写。要讲清楚这个计量校准设计方法，必须要了解以下两个概念。
a)量值传递
将国家计量基准所复现计量单位量值，通过检定或其他传递方式传递给下一等级的计量标准，并依次逐级地传递到工作器具，以保证被测量的量值准确一致。
b)溯源性
通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的量值能够与规定的参考标准，通常是与国家测量标准或国家测量标准联系起来的特性。将这条不间断的比较链称为溯源链。
量值传递是测量仪器量值准确的保证，量值准确一致的前提则是测量结果必须具有溯源性。
根据ATS的指标要求，确认内部量传参数传递，并据此筛选系统最高指标，确定量传参数，本系统以数字多用表、频谱分析仪分别作为最高标准，其溯源链路[5]设计如图1所示。
1.2溯源体系设计
选择系统内部精度等级最高的量值作为参考标准(满足量值传递需求)，内部量传(自校准)利用ATS本身的量值组成溯源链路，精度等级低的量值向精度等级高的量值利用自校准软件实现自动溯源，系统中部分精度等级最高的量值和无法在系统内部量传中实现溯源的量值，向上级计量单位实现溯源。ATS的溯源体系图如图2所示。
1.3校准流程设计
根据以上设计执行后，某型机ATS计量流程如图3所示。首先，对ATS内最高标准及部分不适合量传的参数进行外部溯源计量;然后，运行系统自校准程序通过ATS内部最高标准进行内部校准，针对此校准方法，在某军用ATS上进行了外部溯源结果与内部量传结果的比较，测试结果一致且避免了人为记录误操作。
1.4自校准软件设计
校准软件包括自检软件、自校准软件和外校准软件3个部分，校准软件按软件体系结构采用分层结构，分别通过系统软件的资源管理软件分别调用仪器驱动软件和数据操作软件，驱动仪器资源并操作数据库，实现自检和校准功能，ATS自校准软件设计如图4所示。
2系统级校准修正设计
2.1总体设计
信号在ATS硬件平台与被测对象之间的传递路径一般如图5所示，信号经过了仪器或板卡、开关或矩阵和电缆，每个部分都各自对信号具有不同的影响，不同的信号在不同类型的路径上受影响的属性都不同，因此不能简单地使用加减法来实现修正。
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根据上图的分析，设计思路如下[6]：
a)TPS和手动控制程序中不再添加修正补偿值，TPS仅描述UUT测试时所需的信号和具体指标;
b)修正功能由系统软件的校准补偿模块实现，校准补偿模块通过分析平台与UUT之间的信号和传递路径，计算出仪器实际输出或输入的值;
c)具体修正数据来源为平台定期进行的系统计量获得的数据。
2.2修正引擎实现
平台通过计量技术机构校准之后，按照绝对误差修正的方式，将校准证书提供的修正数据导入平台修正数据库[7]中。运行测试程序时，系统软件对信号的修正分为测量数据的修正和激励数据的修正，具体如下所述。
a)修正测量数据(信号传输方向：UUT->平台)仪器采集数据后通过面向信号驱动以信号数据的方式返回系统软件，系统软件先把信号数据通过信号修正模块后再进行后续的数据处理。
b)修正施加数据(信号传输方向：平台->UUT)系统软件先使用修正模块对信号数据进行修正，再把信号数据传输到面向信号驱动，然后面向信号驱动使用信号数据控制仪器进行输出激励。
2.3修正算法实现
在ATS系统中，信号输出或输入的实际值会在不同条件下有所偏差，以射频信号为例，信号的衰减在不同频率下会有不一样的偏差，其校准曲线如图6所示。从图6的分析可得，波形在某段范围内表现为近似线性的关系，如图中方框箭头所指的线段，可把该线段放大后得到如图7所示的直线。
2.4修正(补偿)表设计
由于平台中包含仪器、开关和电缆等硬件需进行补偿，而且它们的补偿信息存在差异，所以分别为它们设计不同的表，以满足不同的需求。根据公式(1)设计补偿表，公式中的变量为以下几个：
1)P1为修正值;
2)K为修正系数;
3)f1和f2为修正条件。
由此补偿表中需包含以上几个要素，另外校准补偿模块是基于面向信号设计的，所以补偿表中还需要包括具体的信号能力、信号属性和端口等信息。
2.5测试资源修正表
测试资源的补偿表是在校准过程中，通过校准证书中的修正值导入的，具体的测试资源补偿表如图8所示。
2.6开关资源修正(补偿)
表开关资源的补偿根据实际切换的信号而定，根据相应的数学公式开展计算，某型ATS现阶段主要完成射频微波开关路径的补偿，根据校准结果，进行正负修正处理，在TP运行中根据需求信号是源端还是测量端确定补偿加减相应的补偿值，开关资源补偿示意如图9所示。
2.7微波线路修正(补偿)
射频微波信号由于其特点，在传输路径上受到阻抗匹配等影响，会有不同程度的插损，而其路径的插损影响具体的测试结果及稳定性，针对射频线缆插损补偿，利用计量校准过程中得到的参数，设计如图10所示的补偿，在TP编写过程中，将需要的射频信号路径体现设计好，系统软件会根据信号路径进行信号参数的修正处理。
3结束语
目前国内ATS内部量传(自校准)和系统级参数修正尚无先例，虽然海军在航空计量方面技术较为先进，近年来推行的整体计量，已经尽可能地体现ATS整体技术指标，但仍旧要携带大量的仪器资源进行现场操作，操作过程仍旧复杂。通过ATS自校准技术，可有效地提高ATS在军队的计量效率。同时采用内部量传的方式可实现期间核查，进而随时掌握ATS性能指标，对后续调整ATS计量周期[8]具有参考的意义。采用ATS系统级校准修正技术，利用计量校准数据，对ATS参数进行修正，不再将相应的修正数据体现在各个测试程序集中，且数据来源更加可靠，一方面实现ATS测试的稳定性，另一方面有助实现TPS的跨系统移植。
ATS作为某型机综合保障的重要手段，通过计量的优化设计、修正的系统化设计可提高BD的战备部署能力，自检软件、自校准软件和外部校准软件的开发更是推动了计量校准工作的自动化和通用化，同时也大大地简化了军队计量保障工作，提供了实施计量保障的依据，提高了ATS溯源的效率及质量，同时可提高ATS的可靠性。——论文作者：王天宇
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