一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试系统及方法，测试系统包括上位机、信号采集模块、信号发生模块、传感器测试模块和线缆测试模块，所述上位机分别与信号采集模块和信号发生模块电连接，所述信号采集模块与传感器测试模块连接，所述线缆测试模块通过T型BNC接头分别与信号采集模块和信号发生模块连接，通过该测试系统对光电跟踪设备的传感器和线缆进行测试，判断、缩小故障范围，排除故障。本发明的有益效果是：测试高效、准确，有利于提高测试效率，节省人力和时间；不用对模块进行拆卸，直接通过测试系统即可进行测试，对维修人员的技术要求比较低；均进行单端测试，方便操作。

说明书

技术领域

本发明涉及光电跟踪设备故障测试领域，特别是一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试系统及方法。

背景技术

在光电测量设备、光电望远镜和激光通信系统中，都需要光电跟踪设备，光电跟踪设备是在红外告警设备的引导下，通过搭载的电视、红外探测器、激光测距机以及其处理单元完成对目标的远距离捕获、稳定提取和距离测量，在跟踪设备智能管理单元、跟踪控制单元的控制管理下完成对目标的高精度稳定跟踪。由于测量精度等技术指标越来越高，因此对捕获跟踪与瞄准的要求也越来越高，即设备精度越来越高，电子化越来越高，生产成本也越来也高。但是在设备发生故障后的维修方法的发展和光电跟踪设备的发展速度却存在很大差距，目前的检测原理和技术落后，多功能、通用测量仪器品种少，配套能力差，更新换代慢，标准化程度低，模块化设计思想和规范化不足，未能形成测试技术上的自动化和智能化，导致后续维修难度增加。

光电跟踪设备的故障征兆与其原因之间的关系错综复杂，具有不确定性及非线性的特点，因此应用传统的解析模型的方法定位故障比较困难，而基于知识的方法虽然不需要建立系统定量模型，完全依据领域专家积累的经验知识实现故障诊断，但是由于环境的复杂化和专家的局限性，专家知识具有多种形式的不确定性，且存在知识获取的“瓶颈问题”、逻辑推理过程中的匹配冲突和组合爆炸问题，具有较差的自适应和自学习能力，基于信息融合的故障诊断技术将来自多传感器和多源的信息进行协调优化和综合处理，产生更有价值的新信息，以得出更为准确、可信的决策理论，但是该方法是基于可靠的、准确的传感器的信息，而基于目前的测试方法，难以在不对设备进行拆卸的条件下达到要求。

光电跟踪设备通过不同的模块组成的一个系统，设备自身的测试系统能检测到某一模块出现故障。在维修阶段，维修人员需要拆卸整个设备，通过传统的人工检测方法来确定故障位置，既耗费时间，也耗费精力，最终可能无法确定具体的故障位置。

在此基础上，提出一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试系统及方法，在不对设备的模块进行拆解的情况下，结合设备显示的故障码，直接对设备进行单元测试，既快速简便，准确率也高，操作简单。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试系统及方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试系统，包括上位机、信号采集模块、信号发生模块、传感器测试模块和线缆测试模块，所述上位机分别与信号采集模块和信号发生模块电连接，所述信号采集模块与传感器测试模块连接，所述线缆测试模块通过T型BNC接头分别与信号采集模块和信号发生模块连接；

所述上位机安装有LabVIEW软件，通过LabVIEW软件设计启动界面、登录界面和测试界面，所述测试界面包括登录系统界面、通道配置界面、实时显示界面和系统信息界面，所述通道配置包括信号采集模块通道配置界面、信号发生模块配置界面和功能操作选择界面；

所述传感器测试模块包括待测传感器、连接线和电源，所述待测传感器通过连接线与电源连接；

所述线缆测试模块包括测试信号和线缆，所述测试信号由上位机控制，通过信号发生模块，发送至线缆，通过上位机控制信号发射模块发射信号的周期，避免超过一个周期，产生多个相关性峰值，干扰判断结果；

所述测试信号选择采用M序列与正弦信号通过调制波形、模积分器、相位调制得到调制信号。

优选地，所述的待测传感器包括图像传感器和其他类型传感器，所述图像传感器为USB图像传感器，通过USB直接与上位机上的LabVIEW软件连接。

优选地，所述的线缆为带有屏蔽层的同轴电缆。

优选地，所述的信号采集模块为数据采集卡，所述信号发生模块为信号发生器。

一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试方法，包括以下步骤：

步骤S1、测试系统连接通电：将各测试部分正确连线，并接通电源；

步骤S2、启动系统：点击启动界面，成功进入测试界面，输入账户名称和密码进行登录，可进行账户的增减以及密码的修改；

步骤S3、配置通道：配置信号采集卡的物理通道，接线端配置采用差分的方式，设置采集电压的最值，设置采样率和采样数；配置信号发生模块的VISA名，设定信号发送的频率、幅值和增益；

步骤S4、传感器测试：

步骤S41：图像传感器测试：选择图像传感器测试，通过事先设计好的程序，对图像传感器进行图像的采集，若无法采集图像，则图像传感器存在故障；若采集图像不清晰，则根据故障代码和故障树来确定故障；

步骤S42：其他类型传感器测试：选择传感器测试，通过事先设计好的程序，采集传感器的波形，通过采集波形的电压和形状，与正常状态下的波形进行比较，判断故障；

步骤S5、线缆测试：选择线缆测试，启动线缆测试程序，LabVIEW软件产生测试信号通过信号发生模块发送给线缆，测试信号在线缆故障处发生发射，采集的信号包括故障处的反射信号和测试信号，对采集的信号进行分析的时候，反射信号与测试信号产生叠加，造成交叉项，为了避免叠加产生交叉项对结果产生干扰，对交叉项进行消除，由于反射信号r(t)和测试信号s(t)的中心时间相同，通过伪维格纳维拉分布(Pseudo Wigner-VilleDistribution，PWVD)：

其中h(τ)表示高斯窗，去除交叉项之后，采集信号c(t)再与延时了δ的测试信号s(t+δ)做互相关：

其中采集信号c(t)包括反射信号r(t)和测试信号s(t)，反射信号r(t)包括测试信号s(t)和噪声信号n(t)，由于噪声信号n(t)测试信号s(t)，则上式可表达为：

当一直向待测线缆发送测试信号时，会产生多个相关性峰值，为了避免误判，设定信号发射模块向待测线缆发射一次测试信号，当互相关有尖锐波峰、得到最大值时，δ等于测试信号在线缆中的运行时间t，通过公式：

得到线缆的故障点离测试端的距离L，其中v为测试信号在线缆的运行速度。根据公式：

其中Z

优选地，所述的S41中的图像传感器在正常工作状态能够采集清晰的图像。

优选地，所述的S5中的线缆测试由于硬件的原因，存在测试盲点，对线缆的长度有一定要求。

优选地，所述的步骤S5中的线缆测试可测试由连接头连接的线缆，所述的测试方法仅对光电跟踪设备发生频率较高的断路故障和短路故障有效。

本发明具有以下优点：1、测试高效、准确，有利于提高测试效率，节省人力和时间；2、不用对模块进行拆卸，直接通过测试系统即可进行测试，对维修人员的技术要求比较低；3、均进行单端测试，方便操作；4、提高了光电跟踪设备的故障检测性能和稳定性能及工程实用性；5、该测试系统和测试方法不仅能做定性检测和定量检测，还能对存在信号传输瑕疵的系统进行检测；6、方便对复杂设备、线缆埋设敷设有空间限制的系统，不需要拆卸，不易造成二次故障，且测试效率高。

附图说明

图1为本发明一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试系统的示意图；

图2为本发明一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试系统的程序控制图；

图3为本发明测试系统的前面板；

图4为本发明测试信号设计流程；

图5为本发明设计的测试信号；

图6为发明设计的测试信号自相关；

图7为本发明得到的线缆断路故障相关波形；

图8为本发明得到的线缆短路故障相关波形。

图中，1-上位机，2-信号采集模块，3-传感器测试模块，4-线缆测试模块，5-T型BNC接头，6-信号发生模块。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定的发明的有益目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对根据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例，此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可有任何合适形式组合：

如图1所示，一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试系统，包括上位机1、信号采集模块2、信号发生模块6、传感器测试模块3和线缆测试模块4，所述上位机1分别与信号采集模块2和信号发生模块6电连接，所述信号采集模块2与传感器测试模块3连接，所述线缆测试模块4通过T型BNC接头5分别与信号采集模块2和信号发生模块6连接；

所述上位机1安装有LabVIEW软件，通过LabVIEW软件设计启动界面、登录界面和测试界面，所述测试界面包括登录系统界面、通道配置界面、实时显示界面和系统信息界面，所述通道配置包括信号采集模块2通道配置界面、信号发生模块6配置界面和功能操作选择界面；

所述传感器测试模块3包括待测传感器、连接线和电源，所述待测传感器通过连接线与电源连接；

所述线缆测试模块4包括测试信号和线缆，所述测试信号由上位机控制，通过信号发生模块6，发送至线缆；

所述测试信号选择采用M序列与正弦信号通过调制波形、模积分器、相位调制得到调制信号，如图4～6所示，能有效消除M序列的自相关峰值存在第二波峰的情况，且噪声对设计的测试信号干扰很小，不影响测试结果。

做为可选的实施方式，所述的待测传感器包括图像传感器和其他类型传感器，所述图像传感器为USB图像传感器，通过USB直接与上位机上的LabVIEW软件连接。

做为可选的实施方式，所述的线缆为同轴电缆，带有屏蔽层。

做为可选的实施方式，所述的信号采集模块2为数据采集卡，所述信号发生模块6为信号发生器。

如图2所示，一种基于LabVIEW的光电跟踪设备测试方法，包括以下步骤：

步骤S1、测试系统连接通电：将各测试部分正确连线，并接通电源；

步骤S2、启动系统：点击启动界面，成功进入测试界面，输入账户名称和密码进行登录，可进行账户的增减以及密码的修改；

步骤S3、配置通道：配置信号采集卡的物理通道，接线端配置采用差分的方式，设置采集电压的最值，设置采样率和采样数；配置信号发生模块6的VISA名，设定信号发送的频率、幅值和增益；

步骤S4、传感器测试：

步骤S41：图像传感器测试：选择图像传感器测试，通过事先设计好的程序，对图像传感器进行图像的采集，若无法采集图像，则图像传感器存在故障；若采集图像不清晰，则根据故障代码和故障树来确定故障；

步骤S42：其他类型传感器测试：选择传感器测试，通过事先设计好的程序，采集传感器的波形，通过采集波形的电压和形状，与正常状态下的波形进行比较，判断故障；

步骤S5、线缆测试：选择线缆测试，启动线缆测试程序，LabVIEW软件产生测试信号通过信号发生模块发送给线缆，测试信号在线缆故障处发生发射，采集的信号包括故障处的反射信号和测试信号，对采集的信号进行分析的时候，反射信号与测试信号产生叠加，造成交叉项，为了避免叠加产生交叉项对结果产生干扰，对交叉项进行消除，由于反射信号r(t)和测试信号s(t)的中心时间相同，通过伪维格纳维拉分布(Pseudo Wigner-VilleDistribution，PWVD)：

其中h(τ)表示高斯窗，去除交叉项之后，采集信号c(t)再与延时了δ的测试信号s(t+δ)做互相关：

其中采集信号c(t)包括反射信号r(t)和测试信号s(t)，反射信号r(t)包括测试信号s(t)和噪声信号n(t)，由于噪声信号n(t)测试信号s(t)，则上式可表达为：

当一直向待测线缆发送测试信号时，会产生多个相关性峰值，为了避免误判，设定信号发射模块向待测线缆发射一次测试信号，当互相关有尖锐波峰、得到最大值时，δ等于测试信号在线缆中的运行时间t，通过公式：

得到线缆的故障点离测试端的距离L，其中v为测试信号在线缆的运行速度，v＝3*10^8m/s；

根据公式：

其中Z

做为可选的实施方式，所述的步骤S41中的图像传感器在正常工作状态能够采集清晰的图像。

做为可选的实施方式，所述的步骤S5中的线缆测试由于硬件的原因，存在测试盲点，对线缆的长度有一定要求。

做为可选的实施方式，所述的步骤S5中的线缆测试可测试由连接头连接的线缆，所述的测试方法仅对光电跟踪设备发生频率较高的断路故障和短路故障有效。

具体实施例：粗探测器异常

在CCD传感器和线缆在满足一定设计规范下，通过光电跟踪设备在线检测可判断出粗探测器故障，若故障表现为无法获取图像，且无法进一步确定故障位置，通过该测试系统对探测器中的CCD传感器和线缆做测试。首先初始化系统，预置系统参数，开始拍照，对CCD传感器进行图片的获取；选择线缆测试，发射测试信号，获取反射信号，对信号进行交叉项的消除，再进行相关性运算，获取线缆的状态，若是CCD传感器能够获得图像，但是线缆有故障，则可初步得出CCD传感器的连接线缆故障，若故障线缆的相关波形如图7所示，则线缆发生断路故障，并计算出故障位置；若故障线缆的相关波形如图8所示，则线缆发生短路故障，并计算出故障位置；若CCD传感器不能够获取图像，且线缆有故障，则可初步判断出CCD传感器和线缆均故障；若CCD传感器不能获取图像，但是线缆无故障，则可初步判断CCD传感器故障；若CCD传感器能够获取图像，且线缆无故障，则可初步估计粗探测器内的图像处理模块存在异常，该方法能在现有技术的基础上，进一步缩小故障的范围。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。