工控摘要：基于PCI-9846武器數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)以計算機和武器數(shù)據(jù)鏈模擬功能模塊為核心，實現(xiàn)了對武器數(shù)據(jù)鏈的仿真場景測試。文章介紹了測試系統(tǒng)的技術特點、系統(tǒng)解決方案和相關核心關鍵技術，系統(tǒng)達到了動態(tài)測試、智能測試的要求。
　　
　　1.概述
　　
　　傳統(tǒng)的武器數(shù)據(jù)鏈測試方法多以傳輸系統(tǒng)的靜態(tài)性能參數(shù)檢測為主，難以對數(shù)據(jù)鏈出現(xiàn)的瞬態(tài)異常情況做出正確地判定，更不可能對正常使用情況進行動態(tài)仿真測試，zui終也就不能有效地保證數(shù)據(jù)鏈*可靠應用。武器數(shù)據(jù)鏈動態(tài)仿真測試作為新一代武器系統(tǒng)采用SDP(StructuredDistributedProgramming)技術開發(fā)的分布式并行測試中的一個重要組成部分，在完成數(shù)據(jù)鏈自身測試的同時，也為武器系統(tǒng)其他單元的仿真測試提供配套的功能。ADLINK公司PCI-9846高分辨率高速數(shù)據(jù)采集卡在武器數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)中，以其寬動態(tài)范圍、板載512MB內存及不受PCI總線速率限制的突出特點，助力武器數(shù)據(jù)鏈測試，滿足了并行、動態(tài)及仿真測試等復雜應用需求，成為測試系統(tǒng)中的技術亮點，提升了測試技術水平。
　　
　　該測試系統(tǒng)具有體積小、定量測試精度高，自動化水平高、工作可靠等優(yōu)點，達到了模塊化、通用化、系列化要求，在軍事和經濟效益方面有顯著特點。
　　
　　2.數(shù)據(jù)鏈仿真測試技術
　　
　　武器數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)以計算機和武器數(shù)據(jù)鏈模擬模塊為核心，其性能*、結構緊湊、操控性強，在仿真應用測試、協(xié)議測試方面具有*的一面，達到了動態(tài)測試、智能測試的要求。
　　
　　被測武器數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的性能指標覆蓋射頻性能、時間同步、信號格式、圖像處理、電磁兼容、天線跟蹤等方面，測試系統(tǒng)實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)聯(lián)調、技術陣地檢測、生產調校、故障發(fā)現(xiàn)等功能，達到了全系統(tǒng)一體化動態(tài)測試的目標。
　　
　　在測試技術方面，基于電磁波傳播理論，提出微暗室、近場模擬開放空間實際環(huán)境的測試方法，采用微波網(wǎng)絡系統(tǒng)辨識技術確定近場收發(fā)天線之間的傳遞函數(shù)，實現(xiàn)了實時在線射頻信道定量測量，降低無源互調，解決了高功率防護和電磁兼容問題;提出了武器數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)的協(xié)議測試技術，進行協(xié)議統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)處理，并通過這種協(xié)議測試技術手段實現(xiàn)了對武器數(shù)據(jù)鏈協(xié)議一致性、互操作性、魯棒性的測試。
　　
　　3.數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)組成
　　
　　3.1硬件組成
　　
　　數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計算機和武器數(shù)據(jù)鏈模擬模塊組成。
　　
　　工業(yè)控制計算機內部擴展多個RS-422串行接口和USB2.0接口。其中對外的RS-422接口用于與武器測試系統(tǒng)傳輸雙向串行控制數(shù)據(jù)，接收指令信息，并通過對內的RS422接口將數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)臓顟B(tài)信息傳送到武器測試系統(tǒng)，同時也能夠對武器數(shù)據(jù)鏈模擬設備進行指令控制。USB2.0接口用于轉存或接收外部規(guī)定格式的圖像與信息文件，用于圖像和信息數(shù)據(jù)還原處理。工業(yè)控制計算機還用于測試控制，接收武器測試系統(tǒng)的命令或由本地產生命令通過I/O數(shù)字接口控制程控衰減器，用于測試數(shù)據(jù)鏈接收機靈敏度。工控機內部插接PCI-9846高速數(shù)據(jù)采集卡，完成圖像數(shù)據(jù)的采集及圖像分析處理，并實現(xiàn)圖像存儲和回放。
　　
　　武器數(shù)據(jù)鏈模擬設備完成指令信息的發(fā)射、圖像及狀態(tài)信息的接收。指令由武器測試系統(tǒng)或本地工控機產生，產生的指令通過模塊的指令基帶處理、調制并發(fā)射。同時模塊的圖像接收機接收信號并解調和進行基帶處理，輸入至PCI-9846高速數(shù)據(jù)采集卡，由工控機對接收的圖像進行分析處理。
　　
　　3.2測試軟件架構
　　
　　測試軟件架構主要包括下列幾部分，
　　
　　1.應用程序
　　
　　提供友好的人機控制界面，實現(xiàn)指令發(fā)送、狀態(tài)信息數(shù)據(jù)顯示、圖像數(shù)據(jù)的存儲、回放、狀態(tài)、記錄顯示、圖像監(jiān)視等功能，能夠接收武器測試系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)遠控條件下的功能操作。
　　
　　2.數(shù)據(jù)庫
　　
　　存儲圖像數(shù)據(jù)記錄，并能夠查詢。
　　
　　3.應用程序接口服務層
　　
　　應用程序通過調用應用程序接口服務層向的API接口函數(shù)，實現(xiàn)從API接口函數(shù)到用戶應用程序的解釋。
　　
　　4.軟件服務層
　　
　　動態(tài)鏈接庫和系統(tǒng)配置文件是軟件服務層的主要內容，在軟件服務層實現(xiàn)對硬件板卡的管理和調度驅動程序，并完成接口服務層到硬件接口之間的轉換。使得應用程序與板卡硬件類型無關。
　　
　　5.板卡硬件驅動程序層
　　
　　板卡硬件驅動程序層實現(xiàn)具體的功能調用。
　　
　　3.2測試軟件設計
　　
　　采用了Delphi編程語言,中文化的圖形操作界面，實現(xiàn)了測試系統(tǒng)所要求的操作功能。建立本機Access數(shù)據(jù)庫，并通過對象模型ADO(ActiveDataObjects)進行數(shù)據(jù)庫的訪問，ADOzui主要的優(yōu)點是易于使用，速度快，內存支出少和磁盤遺跡小。使用Delphi開發(fā)數(shù)據(jù)庫應用程序時，還可以將數(shù)據(jù)庫組件(ADOQuery或Query)與SQL語句結合起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)瀏覽、刪除等功能
　　
　　1.應用程序的API接口
　　
　　根據(jù)提供的各種功能接口卡的底層驅動程序和數(shù)據(jù)讀取/寫入的例程，編寫dll文件，并進一步封裝成適合Delphi程序語言調用的API函數(shù)。實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的存儲和輸出回放、衰減控制和圖像窗口的控制。
　　
　　2.數(shù)據(jù)庫操作
　　
　　Delphi提供了數(shù)據(jù)訪問(DataAccess)和數(shù)據(jù)控制(DataControls)的可視化控件，能夠方便快捷地產生具有良好界面且功能強大的數(shù)據(jù)庫應用程序，還應用了非可視化控件，例如TTable、TQuery、TDatabase等實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理功能。
　　
　　3.人機界面
　　
　　充分利用Delphi提供的界面功能控件、按鈕控件，菜單及數(shù)據(jù)顯示控件開發(fā)友好的人機界面，達到簡單操控，功能強大的要求，提供界面的動態(tài)提示以方便各種功能的操作，運用鮮明的狀態(tài)指示控件實現(xiàn)各種狀態(tài)、進程的指示。
　　
　　4.2仿真場景及計算機集成測試技術
　　
　　數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)是在地面環(huán)境條件下，仿真建立武器系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈實際應用場景，按照其工作流程，采用計算機技術，模擬仿真配套設備的功能，對目標模塊進行功能與性能的測試，仿真場景需要接近實際使用條件，才能保證測試結果的具有全面、安全、可靠、可信等特征。
　　
　　數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)采用計算機控制技術，擴展多通道同步和異步通信接口、圖像采集、程控衰減器、模擬外接設備條件和數(shù)據(jù)信息，構建仿真測試平臺，測試軟件也具有智能化、模塊化的特點，針對武器系統(tǒng)不同狀態(tài)下的工作流程，進行模塊化組合，充分地實現(xiàn)了計算機條件下武器系統(tǒng)的集成測試。
　　
　　數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)采用模塊結構組成的集中式測控方式,運用工業(yè)控制機技術,整個系統(tǒng)結構緊湊,運行可靠,非常適合在技術陣地條件下裝備的測試與保障。同時測試軟件采用了層次化和模塊化的結構,使得測試效率得到極大地提高,并且易于軟件的維護和擴展。
　　
　　數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)采用標準化設計,統(tǒng)一測試接口標準、統(tǒng)一的測試標準和測試項目，這樣做的目的不僅可以規(guī)范測試系統(tǒng),增強其通用性,而且還可以增強測試系統(tǒng)的可擴展性,為了今后使測試系統(tǒng)具有兼容不同型號武器裝備的適應性,并使之形成系列化,進一步拓寬使用范圍，減少對測試系統(tǒng)的重復投資,使測試系統(tǒng)的發(fā)展與武器裝備的發(fā)展同步。
　　
　　4.3數(shù)據(jù)鏈的協(xié)議測試技術
　　
　　本測試系統(tǒng)應用了協(xié)議測試技術，并通過這種協(xié)議測試技術手段實現(xiàn)了對武器裝備數(shù)據(jù)鏈功能的測試。數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)對武器全系統(tǒng)功能測試來說是一個重要的單元。協(xié)議測試是運用數(shù)據(jù)鏈功能實現(xiàn)全武器功能測試的重要環(huán)節(jié)，其目的是為了保證協(xié)議實現(xiàn)并按照協(xié)議描述穩(wěn)定可靠地運行，對于數(shù)據(jù)鏈的質量保證有著重要的意義。在協(xié)議測試技術中主要進行了一致性測試、性能測試和魯棒性測試，例如在數(shù)據(jù)鏈自檢和指令操控等功能上主要用了協(xié)議一致性測試技術，在指令操控和狀態(tài)信息等傳輸延時性能測試上主要用了協(xié)議性能測試技術，在接收機靈敏度性能測試上用了協(xié)議魯棒性測試技術。
　　
　　在對武器數(shù)據(jù)鏈的一系列操控流程測試上，利用事先編制的測試用例，在特定的測試環(huán)境下，進行軟件的黑盒測試，通過比較被測武器裝備的實際輸出與預期輸出的異同，判定被測裝備的功能或流程實現(xiàn)是否與協(xié)議描述相一致，從而實現(xiàn)協(xié)議一致性測試。
　　
　　4.4面向對象測試技術和測試驅動開發(fā)
　　
　　在數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)的軟件規(guī)模和軟件復雜性要求下,按照傳統(tǒng)的現(xiàn)有被測系統(tǒng)，然后開發(fā)測試軟件的開發(fā)方法已逐漸不能適應系統(tǒng)開發(fā)的需要,數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)采用了測試驅動開發(fā)TDD(TestDrivenDevelopment)的開發(fā)方法。數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)是與數(shù)據(jù)鏈設備同步啟動進行的，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈設備的每個功能期間，都要考慮如何對這個功能進行測試，并完成測試代碼的編寫，這樣可以不斷地通過測試效果推動被測設備代碼的開發(fā),既復用了代碼開發(fā)工作量,又保證了軟件質量。不斷地優(yōu)化相關的測試用例代碼，然后循環(huán)進行添加其他功能,直到完成全部功能的開發(fā)。代碼效率是測試驅動開發(fā)所追求的目標。這種方法在實際中能夠起到非常好的效果,使得數(shù)據(jù)鏈測試開發(fā)成為項目設計的一部分,很好地把開發(fā)和測試融合為一個整體。
　　
　　數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)先行開發(fā)是項目開發(fā)管理中一種細粒度的目標管理方法,通過明確的目標,推動軟件開發(fā)的進行。TDD方式的開發(fā)使得數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)是從下而上,依次實施一系列的解決方案,zui后演進為整體設計。
　　
　　4.5基于PCI-9846圖像ROI處理技術
　　
　　凌華科技PCI-9846是4通道16位40MS/s采樣數(shù)字化儀，專為輸入信號頻率高達20MHz的高頻和高動態(tài)范圍的信號而設計，模擬輸入范圍可以通過編程設置為±1V/±0.2V或±5V/±0.4V，配備了容量高達512MB的板載內存，擺脫了PCI總線的約束，使之能儲存更長時間的數(shù)據(jù)。PCI-9846配備了四個高線性度的16位A/D轉換器。
　　
　　PCI-9846相對于其他的采樣數(shù)字化儀，其特點可以概括為以下幾點：
　　
　　l標準高度，半長PCI規(guī)格;
　　
　　l支持5V和3.3VPCI信號;
　　
　　l支持32位/66MHzPCI接口;
　　
　　l16位高分辨率A/D轉換器;
　　
　　l每通道采樣率zui高40MS/s;
　　
　　l板載四通道共享的512M內存，用于存儲數(shù)據(jù);
　　
　　l可編程輸入電壓范圍±0.2V/±1V或±1V/±5V;
　　
　　l模擬輸入帶寬可達20MHz;
　　
　　l支持scatter-gatherDMA傳輸。
　　
　　4.5.1基于PCI-9846的圖像存儲
　　
　　基于PCI-9846的圖像存儲系統(tǒng)流程可由以下幾部分構成：
　　
　　l圖像模擬信號經由PCI-9846轉化成數(shù)字信號并進入接收設備(如計算機);
　　
　　l數(shù)字信號在接收設備中進行ROI區(qū)域的劃分，切割;
　　
　　l將ROI信號進行消除噪聲，增加分辨率，除鋸齒操作等，增加清晰度;
　　
　　l將非ROI信號進行壓縮，減少存儲容量;
　　
　　l將信號進行整合，并進行壓縮處理;
　　
　　l建立數(shù)據(jù)庫并存儲zui后的數(shù)據(jù)。
　　
　　4.5.2感興趣區(qū)域圖像編碼技術
　　
　　感興趣區(qū)(Regionofinterest,ROI)圖像編碼技術是近年來數(shù)字圖像壓縮編碼領域的一個研究重點.其在圖像高壓縮比下,能夠更好地保證重建圖像ROI質量,是有效解決圖像質量和壓縮比之間矛盾的一種重要手段。ROI編碼算法的基本原理是:對輸入的圖像進行小波變換,根據(jù)圖像感興趣區(qū)產生ROI掩膜,移動ROI掩膜內的小波系數(shù)使其位于較高的位平面,在隨后進行的嵌入式編碼中實現(xiàn)優(yōu)先編碼、優(yōu)先傳輸,使得解碼重建后的ROI比背景區(qū)擁有更好的質量.但此類算法需要增加一定的位平面數(shù)量,解碼時也必須對移動了的位平面進行逆平移,增加了一定的復雜度.另一類ROI編碼方法是基于優(yōu)化截斷嵌入式編碼(Embeddedblockcodingwithoptimizedtruncation,EBCOT)算法中碼塊失真計算的.其中具有代表性的是由Taubman提出的隱式ROI算法,其通過增加ROI碼塊失真度量的權重,使得編碼碼流中包含更多的ROI信息,從而提高重建圖像ROI質量.其優(yōu)點在于不改變位平面的數(shù)量,不需要附加ROI形狀信息,解碼也不必進行額外操作,復雜度低.但是,由于編碼是以碼塊為單位,某些ROI碼塊中可能包含大量背景區(qū)域的小波系數(shù),而只有少數(shù)ROI信息,因此該算法在一定程度上影響了編碼效率,在低碼率(不大于0.5bit/pixel)下,重建圖像ROI質量相對于背景區(qū)域提高不明顯.相應出現(xiàn)了一種處理方法，通過降低ROI碼塊中背景區(qū)域的小波系數(shù)權重,以減小這些系數(shù)對編碼的影響,使重建圖像ROI質量明顯提高.但是,其采用的方式是一種有損操作,在較高碼率下影響了重建圖像的背景區(qū)域質量，用ROI碼塊中感興趣區(qū)小波系數(shù)的個數(shù)在碼塊中所占的比例調節(jié)權重,取得了很好的效果。
　　
　　5.結束語
　　
　　目前,外軍數(shù)據(jù)鏈自動測試系統(tǒng)(ATS)正朝著通用化、標準化、網(wǎng)絡化和智能化的方向邁進。本數(shù)據(jù)鏈測試系統(tǒng)也在朝著構建通用化自動測試系統(tǒng)方面上邁進,通過共享測試軟硬件資源，采用開放的技術標準和測試標準,以期減少測試系統(tǒng)軟、硬件的開發(fā)和升級費用，規(guī)范軟硬件開發(fā)過程,提高測試設備中各功能模塊的互換性和通用性,實現(xiàn)測試用例程序集TPS的可移植性和可重用性，zui終達到整個測試系統(tǒng)的可重構性，一個高性能測試系統(tǒng),能夠通過優(yōu)化豐富測試用例,實現(xiàn)測試系統(tǒng)的不斷升級;還可在構建網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)上,應用的IP承載網(wǎng)，實現(xiàn)測試過程的遠程控制與遠程故障診斷。