CN114325308B

CN114325308B - If电路测试方法与装置及随机信号产生方法与装置

Info

Publication number: CN114325308B
Application number: CN202111524652.1A
Authority: CN
Inventors: 熊凯洲; 曹振兴; 李忠昊
Original assignee: Hunan Aerospace Institute of Mechanical and Electrical Equipment and Special Materials
Current assignee: Hunan Aerospace Institute of Mechanical and Electrical Equipment and Special Materials
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-07-07
Anticipated expiration: 2041-12-14
Also published as: CN114325308A

Abstract

本发明提供一种IF电路测试方法与装置及随机信号产生方法与装置。随机信号产生方法包括如下步骤：根据指定振动谱控制振动台随机振动，采集采样电阻两端电压；利用第i×N+1到第i×N +N个采样点计算得到第i个信号频谱；比较Q个信号频谱，得到该振动条件下该加速度计输出电流个体分布谱线，选择若干同型加速度计重复上述操作，综合个体特征获得该型号加速度计典型分布谱线；利用随机函数在频率范围内选择Pj个频率点；生成Pj个正弦信号，每个正弦信号的幅度不超过典型分布谱线对应频点限幅；将Pj个正弦信号叠加，得到持续时间为Tj的第j个子随机信号；将J个子随机信号在时域上连续拼接得到随机数字信号，输出所述随机数字信号，转换为电流信号。

Description

IF电路测试方法与装置及随机信号产生方法与装置

技术领域

本发明属于电气工程应用技术领域，应用于惯性导航领域加速度测量电路中IF电路的动态性能测试评估。

背景技术

IF电路（即电流-频率转换电路）技术成熟度高，具有高精度、高稳定、高可靠等特点，长期以来都是惯性导航系统加速度测量电路的极佳解决方案。随着惯性导航系统精度要求不断提高，对加速度计通道动态特性要求越来越精细，因此对IF电路的动态性能要求也不断提高。

如图1所示，现有技术中，一般是通过对加速度测量电路的整体结构进行动态性能评估，来间接实现对IF电路动态性能的评估。具体方法包括对惯导设备进行整机力学振动实验，即加速度计1固定在振动台3上，被测IF电路2输入端与加速度计1输出端电连接，通过数据采集单元101采集被测IF电路的输出信号，通过数据处理单元102进行处理分析，从而得到加速度测量电路的整体性能。该种测试方法反映的是受到加速度计、IF电路、减振器等各种因素影响的加速度测量电路的综合性能，难以确定IF电路本身的动态性能是否满足需求，不利于产品设计，也不利于故障机理分析与定位。由于整机测试中加速度计、IF电路、减振器各部分相互影响，互有因果，要确定IF电路的动态性能是否满足需求，分析排查难度大耗时长，不但增加单板完善时间，而且还要重做系统调试与性能测试、振动试验，大大增加产品研制周期。若多次重复上述过程，开发进度延误不敢想象。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有技术中无法对IF电路的动态性能进行单独评估的问题，提供一种IF电路测试方法与装置及随机信号产生方法与装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于IF电路测试的随机信号产生方法，

所述随机信号产生方法包括如下步骤：

步骤(A)：在振动台上固定加速度计，所述加速度计的输出端连接有用于将加速度计输出的电流信号转换为电压信号的采样电阻，采样电阻的阻值为R1；

步骤(B)：所述振动台根据预设的功率密度谱在预设的频率范围[f1,f2]内随机振动，采集采样电阻两端电压，采集时间为预设时间Ta，采样频率为fa，从而得到Ta×fa个采样点；

步骤(C)：利用FFT变换对第i×N+1到第i×N +N个采样点计算得到第i个信号频谱，从而得到Q个信号频谱，Q=(Ta×fa)/N，Q为整数，i=0,1,……, [(Ta×fa)/N]-1；

步骤(D)：将Q个信号频谱重叠，并将频率范围[f1,f2]中的每个频率点在各个信号频谱中对应的最大纵坐标值相连，得到与该加速度计（1）对应的个体频谱包络线；

步骤(E)：对于L个相同型号的加速度计（1），均执行步骤(A)-步骤(D)，得到与L个加速度计（1）分别对应的L个个体频谱包络线，比较L个个体频谱包络线，从而确定各个个体频谱包络线中的异常纵坐标值，根据L个个体频谱包络线中不属于异常纵坐标值的纵坐标值得到修正的频谱包络线，L≥3；

步骤(F)：在第一控制单元中，确定频率点个数P_j、持续时间T_j的取值；利用随机函数在频率范围[f1,f2]内选择P_j个频率点；生成与P_j个频率点分别对应的、持续时间均为T_j的P_j个正弦信号，各个正弦信号的直流偏移量均为0，所述正弦信号的振幅不大于该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍，KM为数字信号/电流信号转换单元的输出值与输入值之间的比例系数；

其中，j=1,2,……,J，J的取值满足：P₁个频率点、P₂个频率点、……、P_J个频率点构成的频率点集合包含频率范围[f1,f2]中的所有频率点；

步骤(G)：将P_j个正弦信号叠加，得到持续时间为T_j的第j个子随机信号；

步骤(H)：将J个子随机信号在时域上拼接得到随机数字信号，由第一控制单元输出所述随机数字信号，由数字信号/电流信号转换单元将所述随机数字信号转换为用于输入被测IF电路的电流信号，KM为数字信号/电流信号转换单元的输出值与输入值之间的比例系数。

本发明中，采用第一控制单元、数字信号/电流信号转换单元生成电流信号作为被测IF电路的输入信号，相比于现有技术中利用振动台产生随机振动、固定在振动台上的加速度计输出电流信号给被测IF电路的方案，本发明的方案中可以使得输入给被测IF电路的电流信号是由第一控制单元生成、且仅需经过信号转换，而使得该电流信号不会振动台、加速度计、振动台与加速度计之间的装配等因素的影响，从而减少对被测IF电路的测试中的输入信号的影响环节，从而可以使得被测IF电路的输出可以直接反映被测IF电路本身的性能，而不会如现有技术那样受到振动台、加速度计等以及结构安装等影响而无法判别哪部分功能区对测量结果产生了影响，从而可以迅速确定故障来源是否源自I/F电路。本发明中，首先要利用已有加速度计，得到在所选择的频率范围内根据预设的功率密度谱（即预设的随机振动谱）的随机振动下已有加速度计的输出，采用L个相同型号（具有相同性能参数）的加速度计，分别得到L个个体频谱包络线，通过差异比较，成因分析，综合各个个体信号频谱从而得到该型号加速度计典型频率分布谱线。比如，某个个体频谱包络线中某个频率点的纵坐标值明显区别于与其他个体频谱包络线中该频率点的纵坐标值，则认为该个体频率包络线中该频率点对应的纵坐标值是异常值，则不选择该纵坐标值。

上述技术方案中，所述数字信号/电流信号转换单元包括与所述第一控制单元的输出端依次连接的D/A转换电路、V/I转换电路；

所述D/A转换电路输出电压与输入数字值的比例系数为K1，所述V/I转换电路的输出电流与输入电压的比例系数为K2，KM=K1×K2。

上述技术方案中，所述正弦信号的振幅为该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍；或

由随机函数产生第一振幅，若第一振幅大于正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍，则将正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍作为该正弦信号的振幅，否则，将第一振幅作为该正弦信号的振幅。

上述技术方案中，L≥10。

在一种优选实施方式中，10≤L≤15。

上述技术方案中，所述预设的功率密度谱根据加速度计（1）的运输形式确定。

上述技术方案中，Ta的取值范围为5-20min，fa的取值范围为5-50kHz，N的取值范围为500-5000。优选地，N=1024。

上述技术方案中，频率点个数P_j、持续时间T_j均由随机函数生成；或P₁=P₂=……=P_J=P₀，且T₁=T₂=……=T_J=T₀，其中P₀、T₀均为预设值。

本发明中，可令各个子随机信号中包含的频率点个数、各个子随机信号的持续时间设定为一致，也可设定为不同值，即每次都利用随机函数生成频率点个数P_j、持续时间T_j，再根据随机函数选择P_j个频率点，再进行后续处理。

上述技术方案中，所述步骤(H)中，在得到的随机数字信号中，J个子随机信号的排列为任意顺序。

本发明还提供一种用于IF电路测试的随机信号产生装置，包括：

振动台，用于根据预设的功率密度谱在预设的频率范围[f1,f2]内随机振动；

加速度计，固定在振动台；

采样电阻，用于将加速度计输出的电流信号转换为电压信号，采样电阻的阻值为R1；

A/D转换单元，用于采集采样电阻两端电压，采集时间为预设时间Ta，采样频率为fa，从而得到Ta×fa个采样点；

第二控制单元，用于：利用FFT变换对第i×N+1到第i×N +N个采样点计算得到第i个信号频谱，从而得到Q个信号频谱，Q=(Ta×fa)/N，Q为整数，i=0,1,……, [(Ta×fa)/N]-1；将Q个信号频谱重叠，并将频率范围[f1,f2]中的每个频率点在各个信号频谱中对应的最大纵坐标值相连，得到与该加速度计对应的个体频谱包络线；对于L个相同型号的加速度计，得到与L个加速度计分别对应的L个个体频谱包络线；比较L个个体频谱包络线，从而确定各个个体频谱包络线中的异常纵坐标值，根据L个个体频谱包络线中不属于异常纵坐标值的纵坐标值得到修正的频谱包络线，L≥3；

第一控制单元，用于：确定频率点个数P_j、持续时间T_j的取值，利用随机函数在频率范围[f1,f2]内选择P_j个频率点，生成与P_j个频率点分别对应的、持续时间均为T_j的P_j个正弦信号，各个正弦信号的直流偏移量均为0，所述正弦信号的振幅不大于该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍；将P_j个正弦信号叠加，得到持续时间为T_j的第j个子随机信号，j=1,2,……,J；将J个子随机信号在时域上拼接得到随机数字信号，且输出所述随机数字信号；

数字信号/电流信号转换单元，用于将所述随机数字信号转换为用于输入被测IF电路的电流信号，KM为数字信号/电流信号转换单元的输出值与输入值之间的比例系数；

J的取值满足：频率范围[f1,f2]中的各个频率点在P₁个频率点、P₂个频率点、……、P_J个频率点构成的频率点集合的范围内；

所述第一控制单元、第二控制单元相互集成或相互独立设置。

在一种优选实施方式中，所述数字信号/电流信号转换单元包括与所述第一控制单元的输出端依次连接的D/A转换电路、V/I转换电路；所述D/A转换电路输出电压与输入数字值的比例系数为K1，所述V/I转换电路的输出电流与输入电压的比例系数为K2，KM=K1×K2。

本发明还提供一种IF电路测试方法，将上述任一项所述的用于IF电路测试的随机信号产生方法得到的电流信号作为被测IF电路的输入信号，根据被测IF电路的输出信号得到预设的频率范围[f1,f2]内被测IF电路的性能参数。

本发明还提供一种IF电路测试装置，包括：

加速度计，固定在振动台且与被测IF电路相匹配；

第一控制单元，用于：确定频率点个数P_j、持续时间T_j的取值，利用随机函数在频率范围[f1,f2]内选择P_j个频率点，生成与P_j个频率点分别对应的、持续时间均为T_j的P_j个正弦信号，各个正弦信号的直流偏移量均为0，所述正弦信号的振幅不大于该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍；将P_j个正弦信号叠加，得到持续时间为T_j的第j个子随机信号，j=1,2,……,J；将J个子随机信号在时域上拼接得到随机数字信号，且输出所述随机数字信号；J的取值满足：频率范围[f1,f2]中的各个频率点在P₁个频率点、P₂个频率点、……、P_J个频率点构成的频率点集合的范围内；

数据采集单元，用于采集被测IF电路的输出信号；

数据处理单元，用于根据数据采集单元的输出信号得到预设的频率范围[f1,f2]内被测IF电路的性能参数；

所述第一控制单元、第二控制单元相互集成或相互独立设置；所述数据采集单元与数据处理单元相互集成或相互独立设置，所述数据处理单元与所述第一控制单元相互集成或相互独立设置。

在一种优选实施方式中，所述数据处理单元与所述第一控制单元相互独立设置且相互电连接。

附图说明

图1为现有技术中IF电路测试装置的结构组成框图；

图2为现有技术中加速度计在不同运输方向下随机振动PSD曲线；

图3为本申请实施例中随机信号产生装置的一部分结构组成框图；

图4为本申请实施例中随机信号产生装置的另一部分结构组成框图；

图5为本申请实施例中IF电路测试装置的部分结构组成框图；

图6为图5中数据采集单元的结构组成框图。

上述附图中，1、加速度计；2、被测IF电路；3、振动台；4、采样电阻；5、A/D转换单元；6、D/A转换电路；7、V/I转换电路；101、数据采集单元；102、数据处理单元；201、第一控制单元；202、第二控制单元；30、数字信号/电流信号转换单元。

具体实施方式

下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供一种用于IF电路测试的随机信号产生方法。所述随机信号产生方法包括如下步骤：

步骤(A)：在振动台3上固定加速度计1，所述加速度计1的输出端连接有用于将加速度计1输出的电流信号转换为电压信号的采样电阻4，采样电阻4的阻值为R1；

步骤(B)：所述振动台3根据预设的功率密度谱（即指定的随机振动谱）在预设的频率范围[50Hz, 350Hz]内随机振动，采集采样电阻4两端电压，采集时间为预设时间5min，采样频率为20kHz，从而得到300×20k个采样点。随机振动测试可进行多次。预设的功率密度谱可根据不同应用场景根据对应的国家或行业标准选择适用的谱线，也可以来自产品需求方任务要求。如图2所示，本实施例中，预设的功率密度谱根据加速度计1的运输形式确定，即如果加速度计通过公路运输，则选择图2中公路运输对应的随机振动PSD曲线作为预设的功率密度谱。

步骤(C)：利用FFT变换对第1个采样点到第2000个采样点计算得到第1个信号频谱，即每2000个点计算1个信号频谱，从而对300×20k个采样点，可以得到3000个信号频谱。

本发明的信号频谱中，纵坐标的单位可采用电压V或可采用dB。当纵坐标为dB时，频率f在信号频谱中的纵坐标为decibel_f=20lg|U_f|。U_f为采样电阻输出值。即0dB就是1V，10V就是20dB。

步骤(D)：将3000个信号频谱重叠，即比较3000个信号频谱，将频率范围[50Hz,350Hz]中的每个频率点在各个信号频谱中对应的最大纵坐标值相连，得到与该加速度计1对应的个体频谱包络线。即仅取每个频率在各个频谱上的最大纵坐标，将各个频率的最大纵坐标值相连，得到频谱包络线。

步骤(E)：对于L个相同型号的加速度计1，均执行步骤(A)-步骤(D)，得到与L个加速度计1分别对应的L个个体频谱包络线，比较L个个体频谱包络线，从而确定各个个体频谱包络线中的异常纵坐标值，根据L个个体频谱包络线中不属于异常纵坐标值的纵坐标值得到修正的频谱包络线，L≥3。修正的频谱包络线为在所述预设的振动的功率密度谱下对应于上述加速度计型号的典型分布谱线。

步骤(F)：在第一控制单元201中，确定频率点个数P_j、持续时间T_j的取值；利用随机函数在频率范围[f1,f2]内选择P_j个频率点；生成与P_j个频率点分别对应的、持续时间均为T_j的P_j个正弦信号，各个正弦信号的直流偏移量均为0（即正弦信号的表达式为y=Asin(2*π*f*x+φ)），所述正弦信号的振幅不大于该正弦信号的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍。

各个加速度计进行上述振动试验时，振动台依据相同的预设的功率密度谱。

其中，j=1,2,……,J，J的取值满足：P₁个频率点、P₂个频率点、……、P_J个频率点构成的频率点集合包含频率范围[f1,f2]中的所有频率点。

本发明中，对于j=1，用随机数程序在需测试的频率范围（50-350Hz）范围随机产生P₁个频率点，例如P₁可为3，即在50-350Hz的范围内随机选择3个频率，例如为30、50、80Hz，生成频率分别为30、50、80Hz、且持续时间均为T₁的正弦信号，即：

频率为30Hz且幅值为Ma且持续时间为T₁的第一正弦信号；

频率为50Hz且幅值为Mb且持续时间为T₁的第二正弦信号；

频率为80Hz且幅值为Mc且持续时间为T₁的第三正弦信号。

例如在频谱包络线中，30Hz、50Hz、80Hz对应的纵坐标分别是M1、M2、M3，则Ma≤M1/(R1×KM)，Mb≤M2/(R1×KM)，Mc≤M3/(R1×KM)。

例如此处T_j可为预设定值20ms。即生成y=Asin(2*π*f*x+φ)的正弦波，其中，正弦信号的振幅A值不大于该正弦信号对应的频率在频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍。例如选择的频率30Hz在频谱包络线的纵坐标为5V，则对应的振幅A不大于[5/(R1×KM)] V。

例如正弦波产生1024个点，间隔(20/1024) ms产生一个点，输出到D/A转换电路6。每20ms，随机选取3个频点，产生1024个DA值序列，在20ms内顺序输出电流波形，如此循环往复，D/A转换电路6不断输出随机频点，逐渐“填满”预设的频率范围，实现模拟加速度计在随机振动下的输出电流。

对于j=1，再利用随机数程序在需测试的频率范围（50-350Hz）范围随机产生P₂个频率点，例如P₂=4，即随机选择4个频率点20、50、70、90Hz，同理生成在这些频率点、且持续20ms的正弦波。

P₂可以等于P₁，也可以是随机函数产生。即每个子随机信号覆盖的频率点个数、覆盖的频率值都是随机程序产生的。也可能某个频率在多次（j=1，j=2等）随机生成频率中多次产生。只要时间足够长，所选择的各个频率点可以覆盖50-350Hz的各个需要覆盖的频率点，从而可以模拟在50-350Hz的随机振动试验。例如如果精度是1Hz，则需要选择的频率点的个数是301个，例如如果精度为0.1H，则需要选择更多频率点个数。

本发明中，P₁个频率点、P₂个频率点、……、P_J个频率点构成的频率点集合包含频率范围[f1,f2]中的所有频率点，表示的含义是：j=1时，选择P₁个频率点，而这P₁个频率点对应的P₁个频率值是利用随机函数随机得到的，j=2时，选择P₂个频率点，而这P₂个频率点对应的P₂个频率值也是利用随机函数随机得到的，P₂个频率点中某个或某些频率值可能与P₁个频率点中的某个或某些频率值相同，也可能P₁个频率点的各个频率值、P₂个频率点的各个频率值是完全不同的。当j=J时，选择P_J个频率点。P₁个频率点对应的P₁个频率值、P₂个频率点对应的P₂个频率值、……、P_J个频率点对应的P_J个频率值需将预设的频率范围[f1,f2]的各个频率点均包含在内，这样各个子随机信号在时域上拼接得到的随机数字信号才能拿涵盖预设的频率范围[f1,f2]，才能满足输入给被测IF电路的随机输入信号的频率要求。将J个子随机信号在时域上拼接得到随机数字信号的含义是：随机数字信号在时间上的长度为T₁+T₂+…+T_J，其中，在T₁的时间长度内输出第1个子随机信号，在T₂的时间长度内输出第2个子随机信号，……，在T_J的时间长度内输出第J个子随机信号。第j个子随机信号包含P_j个频率点对应的P_j个不同频率。

步骤(G)：将P_j个正弦信号叠加，得到持续时间为T_j的第j个子随机信号。

由于P_j个正弦信号的持续时间相等且都是T_j，因此可在时域上将P_j个正弦信号叠加，得到1个信号，即持续时间为T_j的第j个子随机信号。

将30、50、80Hz对应生成的3个正弦波在时域上叠加（即求和），从而得到持续20ms的第1个子随机信号。

步骤(H)：将J个子随机信号在时域上拼接得到随机数字信号，由第一控制单元201输出所述随机数字信号，由数字信号/电流信号转换单元30将所述随机数字信号转换为用于输入被测IF电路2的电流信号，KM为数字信号/电流信号转换单元30的输出值与输入值之间的比例系数。

Ta、fa、N也可为其他取值。Ta的取值范围优选为5-20min；fa的取值范围优选为5-50kHz；N的取值范围优选为500-5000。

申请人在研究时发现，产生的随机振动信号需首先由加速度计敏感到，即随机振动信号要先经过加速度计的模型，再输入给被测IF电路，但是加速度计的数学模型较为复杂，在控制单元中进行仿真的难度较大。本申请中，为了避免构建加速度计数学模型造成算法复杂且仿真度较差的问题，仅分析与被测IF电路相匹配的加速度计在随机振动下的输出信号。而根据经验，对于同一个型号（即性能参数相同）的加速度计，在预设频率范围内随机振动，得到的信号频谱不会超过一个包络线，即要利用第一控制单元201对随机振动信号进行模拟，只需要令第一控制单元201输出的随机振动信号不超过包络线的范围即可。

如图4所示，所述数字信号/电流信号转换单元30包括与所述第一控制单元201的输出端依次连接的D/A转换电路6、V/I转换电路7；

所述D/A转换电路6输出电压与输入数字值的比例系数为K1，所述V/I转换电路7的输出电流与输入电压的比例系数为K2，KM=K1×K2。D/A转换电路6可选用24位数模转换器输出电压模拟量，既满足振动模拟电流变化速率与动态范围要求。

所述正弦信号的振幅为该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍；或

确定修正的频谱包络线，可以有多种方式，例如选择任意一条不包含异常值的初始频谱包络线作为修正的频谱包络线，也可对于各个频率点，任意选择该频率点在各个初始频谱包络线中不是异常值的一个纵坐标，作为修正的频谱包络线中该频率点的纵坐标。

本发明中，频率点个数P_j、持续时间T_j均由随机函数生成；或P₁=P₂=……=P_J=P₀，且T₁=T₂=……=T_J=T₀，其中P₀、T₀均为预设值。

所述步骤(H)中，在得到的随机数字信号中，J个子随机信号的排列可为任意顺序。

本发明中，每个子随机信号都是生成所选择的P_j个频率点对应的随机数字信号，而第1个子随机信号、第2个子随机信号、……、第J个子随机信号在时域中结合时，可无需限定排列顺序，仅需满足各个子随机信号涉及到的频率点已经覆盖了频率范围[f1,f2]内的所有所需测试的点。即，可按顺序排列各个子随机信号，也可打乱顺序排列，形成随机数字信号，令第一控制单元输出。

如图3、图4所示，本发明还提供一种用于IF电路测试的随机信号产生装置，包括：

振动台3，用于根据预设的功率密度谱在预设的频率范围[f1,f2]内随机振动；

加速度计1，固定在振动台3且与被测IF电路2相匹配；

采样电阻4，用于将加速度计1输出的电流信号转换为电压信号，采样电阻4的阻值为R1；

A/D转换单元5，用于采集采样电阻4两端电压，采集时间为预设时间Ta，采样频率为fa，从而得到Ta×fa个采样点；

第二控制单元202，用于：利用FFT变换对第i×N+1到第i×N +N个采样点计算得到第i个信号频谱，从而得到Q个信号频谱，Q=(Ta×fa)/N，Q为整数，i=0,1,……, [(Ta×fa)/N]-1；将Q个信号频谱重叠，并将频率范围[f1,f2]中的每个频率点在各个信号频谱中对应的最大纵坐标值相连，得到与该加速度计1对应的个体频谱包络线；对于L个相同型号的加速度计（1），得到与L个加速度计分别对应的L个个体频谱包络线；比较L个个体频谱包络线，从而确定各个个体频谱包络线中的异常纵坐标值，根据L个个体频谱包络线中不属于异常纵坐标值的纵坐标值得到修正的频谱包络线，L≥3；

第一控制单元201，用于：确定频率点个数P_j、持续时间T_j的取值，利用随机函数在频率范围[f1,f2]内选择P_j个频率点，生成与P_j个频率点分别对应的、持续时间均为T_j的P_j个正弦信号，各个正弦信号的直流偏移量均为0，所述正弦信号的振幅不大于该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍；将P_j个正弦信号叠加，得到持续时间为T_j的第j个子随机信号，j=1,2,……,J；将J个子随机信号在时域上拼接得到随机数字信号，且输出所述随机数字信号；

数字信号/电流信号转换单元30，用于将所述随机数字信号转换为用于输入被测IF电路2的电流信号，KM为数字信号/电流信号转换单元30的输出值与输入值之间的比例系数；

所述第一控制单元201、第二控制单元202相互集成或相互独立设置。

本发明还提供一种IF电路测试方法，将上述所述的用于IF电路测试的随机信号产生方法得到的电流信号作为被测IF电路2的输入信号，根据被测IF电路2的输出信号得到预设的频率范围[f1,f2]内被测IF电路2的性能参数。

本发明中，模拟随机振动产生电流信号

如图3、图5所示，本发明还提供一种IF电路测试装置，包括：

加速度计1，固定在振动台3；

第二控制单元202，用于：利用FFT变换对第i×N+1到第i×N +N个采样点计算得到第i个信号频谱，从而得到Q个信号频谱，Q=(Ta×fa)/N，Q为整数，i=0,1,……, [(Ta×fa)/N]-1；将Q个信号频谱重叠，并将频率范围[f1,f2]中的每个频率点在各个信号频谱中对应的最大纵坐标值相连，得到与该加速度计1对应的个体频谱包络线；对于L个相同型号的加速度计1，得到与L个加速度计分别对应的L个个体频谱包络线；比较L个个体频谱包络线，从而确定各个个体频谱包络线中的异常纵坐标值，根据L个个体频谱包络线中不属于异常纵坐标值的纵坐标值得到修正的频谱包络线，L≥3；

第一控制单元201，用于：确定频率点个数P_j、持续时间T_j的取值，利用随机函数在频率范围[f1,f2]内选择P_j个频率点，生成与P_j个频率点分别对应的、持续时间均为T_j的P_j个正弦信号，各个正弦信号的直流偏移量均为0，所述正弦信号的振幅不大于该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍；将P_j个正弦信号叠加，得到持续时间为T_j的第j个子随机信号，j=1,2,……,J；将J个子随机信号在时域上拼接得到随机数字信号，且输出所述随机数字信号；J的取值满足：频率范围[f1,f2]中的各个频率点在P₁个频率点、P₂个频率点、……、P_J个频率点构成的频率点集合的范围内；

数据采集单元101，用于采集被测IF电路2的输出信号。

数据处理单元102，用于根据数据采集单元101的输出信号得到预设的频率范围[f1,f2]内被测IF电路2的性能参数；

所述第一控制单元201、第二控制单元202相互集成或相互独立设置；所述数据采集单元101与数据处理单元102相互集成或相互独立设置，所述数据处理单元102与所述第一控制单元201相互集成或相互独立设置。

本发明中，对被测IF电路2的性能测试，可参照GJB 2504-1995、GJB 1037-1990。数据采集单元101采集被测IF电路输出，并根据被测IF电路输出确定被测IF电路的动态性能，为现有技术的方法。

本发明的优选实施方式中，所选择加速度计的输出电流范围在被测IF电路的输入电流范围内。

优选地，所述数据处理单元102与所述第一控制单元201相互独立设置且相互电连接。

数据采集单元101可采用数据采集卡。数据处理单元102可为计算机（也称为数据处理主机）。

IF电路测试装置包括随机信号产生装置、IF电路转接工装（安装被测IF电路）、数据采集卡与数据处理主机四部分。随机信号产生装置根据数据处理主机指令模拟输出加速度计振动条件下信号电流。IF电路转接工装将不同电气、结构接口的被测IF电路接入测试装置。IF电路转接工装设计有印制板夹具与测试信号接线柱，可以根据被测I/F板结构尺寸与接口定义，通过接线或工艺电缆接入测试装置。数据采集卡采集被测IF电路实时输出数据，并上传至数据处理主机。如图6所示，数据采集卡可采用“DSP+FPGA”数字系统实现，DSP处理器选用双精度浮点数据处理器，支持IF电路原始数据采集，同时可以根据数据处理主机配置，对数据滤波、动态补偿或导航计算。FPGA实现DSP系统地址总线管理与通信接口。数据采集卡提供串口、USB与数据处理主机通信。数据采集卡采用硬件平台采用基于TMS320C6747BZKBA与XC6SLX16-3FTG256I的硬件平台实现；控制程序提供软件二次开发接口，可加载、仿真验证数据滤波、动态补偿或导航等算法。数据处理主机控制随机信号产生装置输出振动谱仿真电流，接收数据采集卡发送数据，并实现数据分析、存储、查询、显示与打印。数据处理主机安装有IF电路动态性能测试软件，该软件通过串口、USB或以太网控制随机信号产生装置输出，接收数据采集卡数据，能够存储并查询单板测试数据，绘制出单板模拟振动响应曲线，打印测试报告。该软件预置了几种常用的振动谱，也能够根据用户需求编辑修改振动谱线；还具有“播放”功能，反复输出一段固定波形，分析比对单板输出响应。数据处理主机测试程序采用C#编写，采用集成开发环境VS2015开发，数据库采用MySQL 5.6实现，操作界面友好，数据分析处理功能丰富。如图2所示，加速度计在各种运输情况下（公路、铁路、空运），需根据不同的随机振动PSD曲线控制振动台3进行振动。对振动台3进行控制，为现有技术内容，本领域技术人员可以理解。

ARM选用Cortex-M4处理器，该芯片具有单精度浮点处理单元，片上资源丰富，价格低廉、技术成熟、应用广泛；无需扩展外部储存器与外围接口即能满足设备需求，极大精简了电路设计。为保障振动谱线准确、时序严格，采用FPGA控制输出数字量读取与DAC输出量写入。

可选用16位模数转换器采集V/I转换电路的电流输出，并记录实时输出电流波形。随机信号产生装置提供串口、USB与以太网等对外接口，支持TCP/IP、UDP等通讯协议，能够灵活接入本装置或其他测试系统。

如图4所示，随机信号产生装置的第一控制单元201的硬件平台采用“ARM+FPGA”的数字系统实现，即可基于STM32F407VET6与XC6SLX16-3FTG256I的硬件平台实现。控制程序可采用基于FreeRTOS与LwIP嵌入式系统实现。

本发明提出了一种IF电路动态性能测试评价装置，提供了一种IF电路随机信号输入下动态性能测试评价方法，通过数据精细化描述动IF电路动态性能各项技术指标，此外该装置可灵活接入加速度计应用相关电路测试系统，在实际应用中具有广阔的应用前景。本发明解决了IF电路单板调试阶段评价动态响应的问题，解决了传统IF电路动态响应评价与完善费事费力的问题。本发明可以实现在“调试制造”阶段，通过模拟振动试验提前发现与完善IF电路存在的设计缺陷与不足，从而降低电路设计影响整机振动试验失败的风险，保证产品开发研制进度。本装置通过模拟振动条件下加速度计输出电流作为被测IF电路信号输入，采集IF电路输出数据，对采集数据进行分析评估，从而实现更加精细、更加真实地数字化反映IF电路的动态特性。

1、本发明可使用随机信号产生装置取代振动台与加速度计对被测IF电路进行随机振动响应性能测试；

2、通过采集IF电路输出数据，运用与现有技术相同的方法评价IF电路动态性能；

3、本发明可通过随机信号产生装置，模拟加速度计在指定某功率谱密度的随机振动下的输出电流。

4、数据采集卡提供软件二次开发接口，可加载、仿真验证数据滤波、动态补偿或导航等算法；

5、本发明可实现通过数据精细化描述动IF电路动态性能各项技术指标。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims

1.一种用于IF电路测试的随机信号产生方法，其特征在于，所述随机信号产生方法包括如下步骤：

步骤(A)：在振动台（3）上固定加速度计（1），所述加速度计（1）的输出端连接有用于将加速度计（1）输出的电流信号转换为电压信号的采样电阻（4），采样电阻（4）的阻值为R1；

步骤(B)：所述振动台（3）根据预设的功率密度谱在预设的频率范围[f1,f2]内随机振动，采集采样电阻（4）两端电压，采集时间为预设时间Ta，采样频率为fa，从而得到Ta×fa个采样点；

步骤(F)：在第一控制单元（201）中，确定频率点个数P_j、持续时间T_j的取值；利用随机函数在频率范围[f1,f2]内选择P_j个频率点；生成与P_j个频率点分别对应的、持续时间均为T_j的P_j个正弦信号，各个正弦信号的直流偏移量均为0，所述正弦信号的振幅不大于该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍，KM为数字信号/电流信号转换单元（30）的输出值与输入值之间的比例系数；

步骤(H)：将J个子随机信号在时域上拼接得到随机数字信号，由第一控制单元（201）输出所述随机数字信号，由数字信号/电流信号转换单元（30）将所述随机数字信号转换为用于输入被测IF电路（2）的电流信号。

2.根据权利要求1所述的随机信号产生方法，其特征在于，所述数字信号/电流信号转换单元（30）包括与所述第一控制单元（201）的输出端依次连接的D/A转换电路（6）、V/I转换电路（7）；

所述D/A转换电路（6）输出电压与输入数字值的比例系数为K1，所述V/I转换电路（7）的输出电流与输入电压的比例系数为K2，KM=K1×K2。

3.根据权利要求1所述的随机信号产生方法，其特征在于，所述正弦信号的振幅为该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍；或

4.根据权利要求1所述的随机信号产生方法，其特征在于，L≥10。

5.根据权利要求1所述的随机信号产生方法，其特征在于，10≤L≤15。

6.根据权利要求1所述的随机信号产生方法，其特征在于，所述预设的功率密度谱根据加速度计（1）的运输形式确定。

7.根据权利要求1所述的随机信号产生方法，其特征在于，频率点个数P_j、持续时间T_j均由随机函数生成；或P₁=P₂=……=P_J=P₀，且T₁=T₂=……=T_J=T₀，其中P₀、T₀均为预设值。

8.根据权利要求1所述的随机信号产生方法，其特征在于，所述步骤(H)中，在得到的随机数字信号中，J个子随机信号的排列为任意顺序。

9.一种用于IF电路测试的随机信号产生装置，其特征在于，包括：

振动台（3），用于根据预设的功率密度谱在预设的频率范围[f1,f2]内随机振动；

加速度计（1），固定在振动台（3）；

采样电阻（4），用于将加速度计（1）输出的电流信号转换为电压信号，采样电阻（4）的阻值为R1；

A/D转换单元（5），用于采集采样电阻（4）两端电压，采集时间为预设时间Ta，采样频率为fa，从而得到Ta×fa个采样点；

第二控制单元（202），用于：利用FFT变换对第i×N+1到第i×N +N个采样点计算得到第i个信号频谱，从而得到Q个信号频谱，Q=(Ta×fa)/N，Q为整数，i=0,1,……, [(Ta×fa)/N]-1；将Q个信号频谱重叠，并将频率范围[f1,f2]中的每个频率点在各个信号频谱中对应的最大纵坐标值相连，得到与该加速度计（1）对应的个体频谱包络线；对于L个相同型号的加速度计（1），得到与L个加速度计分别对应的L个个体频谱包络线；比较L个个体频谱包络线，从而确定各个个体频谱包络线中的异常纵坐标值，根据L个个体频谱包络线中不属于异常纵坐标值的纵坐标值得到修正的频谱包络线，L≥3；

第一控制单元（201），用于：确定频率点个数P_j、持续时间T_j的取值，利用随机函数在频率范围[f1,f2]内选择P_j个频率点，生成与P_j个频率点分别对应的、持续时间均为T_j的P_j个正弦信号，各个正弦信号的直流偏移量均为0，所述正弦信号的振幅不大于该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍；将P_j个正弦信号叠加，得到持续时间为T_j的第j个子随机信号，j=1,2,……,J；将J个子随机信号在时域上拼接得到随机数字信号，且输出所述随机数字信号；

数字信号/电流信号转换单元（30），用于将所述随机数字信号转换为用于输入被测IF电路（2）的电流信号，KM为数字信号/电流信号转换单元（30）的输出值与输入值之间的比例系数；

所述第一控制单元（201）、第二控制单元（202）相互集成或相互独立设置。

10.根据权利要求9所述的随机信号产生装置，其特征在于，所述数字信号/电流信号转换单元（30）包括与所述第一控制单元（201）的输出端依次连接的D/A转换电路（6）、V/I转换电路（7）；所述D/A转换电路（6）输出电压与输入数字值的比例系数为K1，所述V/I转换电路（7）的输出电流与输入电压的比例系数为K2，KM=K1×K2。

11.一种IF电路测试方法，其特征在于，将权利要求1-8中任一项所述的用于IF电路测试的随机信号产生方法得到的电流信号作为被测IF电路（2）的输入信号，根据被测IF电路（2）的输出信号得到预设的频率范围[f1,f2]内被测IF电路（2）的性能参数。

12.一种IF电路测试装置，其特征在于，包括：

加速度计（1），固定在振动台（3）；

第一控制单元（201），用于：确定频率点个数P_j、持续时间T_j的取值，利用随机函数在频率范围[f1,f2]内选择P_j个频率点，生成与P_j个频率点分别对应的、持续时间均为T_j的P_j个正弦信号，各个正弦信号的直流偏移量均为0，所述正弦信号的振幅不大于该正弦信号对应的频率在修正的频谱包络线中对应的纵坐标值的1/(R1×KM)倍；将P_j个正弦信号叠加，得到持续时间为T_j的第j个子随机信号，j=1,2,……,J；将J个子随机信号在时域上拼接得到随机数字信号，且输出所述随机数字信号；J的取值满足：频率范围[f1,f2]中的各个频率点在P₁个频率点、P₂个频率点、……、P_J个频率点构成的频率点集合的范围内；

数据采集单元（101），用于采集被测IF电路（2）的输出信号；

数据处理单元（102），用于根据数据采集单元（101）的输出信号得到预设的频率范围[f1,f2]内被测IF电路（2）的性能参数；

所述第一控制单元（201）、第二控制单元（202）相互集成或相互独立设置；所述数据采集单元（101）与数据处理单元（102）相互集成或相互独立设置，所述数据处理单元（102）与所述第一控制单元（201）相互集成或相互独立设置。

13.根据权利要求12所述的IF电路测试装置，其特征在于，所述数据处理单元（102）与所述第一控制单元（201）相互独立设置且相互电连接。

14.根据权利要求12所述的IF电路测试装置，其特征在于，所述数字信号/电流信号转换单元（30）包括与所述第一控制单元（201）的输出端依次连接的D/A转换电路（6）、V/I转换电路（7）；所述D/A转换电路（6）输出电压与输入数字值的比例系数为K1，所述V/I转换电路（7）的输出电流与输入电压的比例系数为K2，KM=K1×K2。