軍事環境中光電測試程式集的快速開發

在現代高度複雜的軍事環境中，光電 (EO) 系統，例如熱像儀、夜視裝置和雷射系統等，已成為維繫戰力的關鍵支柱，其性能的穩定與可靠直接關係到情資偵察的準確性、武器打擊的精準度以及人員的戰場生存能力，隨著這些光電系統的精密程度不斷提升且在軍事行動中的應用日益廣泛，對其進行高效且準確的維護、檢修及升級測試，便成為保障裝備妥善率與作戰效能的迫切需求。傳統的測試程式集 (Test Program Sets, TPS) 開發方式，往往面臨開發週期冗長、執行效率低下以及難以適應快速變化的任務需求等嚴峻挑戰，尤其在分秒必爭的戰場環境和緊迫的後勤支援壓力下，若無法快速開發並部署可靠的 TPS，將嚴重影響軍事裝備的戰備狀態與整體後勤支援效率，因此，尋求一種能夠顯著縮短開發時程、提升測試彈性並優化執行效率的現代化 TPS 開發與執行環境，對於現代軍事力量而言至關重要。

Santa Barbara Infrared (SBIR) 已將其開發的 IRWindows5 自動化光電/紅外暨雷射測試軟體成功部署為軍用測試程式集 (TPS) 的光電 (EO) 測試開發與執行環境，相較於在傳統的 ATLAS 環境中進行 TPS 開發，於 IRWindows 環境中開發光電系統的 TPS 明顯展現出多項優勢，IRWindows 環境的核心優勢包括：

學習曲線更為平緩（因為其圖形化使用者介面遠比傳統的測試行介面更易於學習與操作）
TPS 開發時間大幅縮短（其即時變更功能和便捷的資產控制介面顯著加速了開發流程）
資產控制面板功能強大，允許使用者在開發過程中即時調控各項測試資產並全面監控其運作狀態
待測物 (UUT) 影像檢視器功能直觀，讓使用者能夠更輕鬆且更精確地設定如關注區域等關鍵測試參數
支援連續模式測試（例如在進行調制轉換函數 (MTF) 測試時，允許使用者即時調整系統以獲得最佳結果）
採用開放式架構，賦予使用者高度的彈性以進行必要的測試修改

本文將詳細闡述如何充分利用這些優勢，不僅有效縮短開發所需時間，更能最大限度地壓縮測試執行耗時，從而使傳統上在光電系統上運行時間冗長的 TPS 測試流程變得更為高效。

引言

所謂測試程式集 (TPS)，其內涵完整地包含了測試軍方所部署特定裝置及關鍵資產所需的硬體配置、標準作業流程以及相關指導材料，就本次討論的範疇而言，硬體部分主要包含將待測物 (UUT) 連接到指定的自動測試設備 (ATE) 所需的各式介面裝置；而作業流程則具體體現在 ATE 上所執行的測試軟體之中，長久以來，TPS 的開發，特別是針對複雜的光電 (EO) UUT，普遍存在開發週期漫長且後續測試執行耗時的問題。

在一篇相關論文中，我們曾探討過多種不同的測試開發模型及其各自的相對優勢與潛在缺點，而在本文中，我們將透過一個實際的應用範例，比較一個採用較早期、特定模式開發的既有 TPS，與另一個採用現代化系統及不同開發模型（以 UUT 為核心的 UUT Centric 模型）所開發的替代性 TPS，兩者之間的差異，我們的核心目標在於有效縮短 TPS 的整體開發時間，並顯著加快 TPS 的實際執行速度。

IRWindows™ 4 是 SBIR 最新一代的測試控制應用程式，此軟體為個別感測器的測試開發、複雜測試序列的構建以及自動化的工廠產線測試提供了一個功能完善的整合框架，它在此次應用中被用於開發一個全新的 TPS，用以取代目前仍在線上使用的一個較舊版本的 TPS，我們將針對新舊兩個 TPS 的開發時間以及實際執行時間進行詳盡的比較與分析。

IRWINDOWS 開發環境

為了能順暢地在 IRWindows 中運用其光電 TPS 環境，開發團隊首先在 IRWindows 應用程式中建立了一系列測試序列（意指一連串預先定義的光電測試項目），並將其妥善保存，所有的測試序列均在 IRWindows 平台內完成建立與功能驗證，在此整合步驟完成之後，便能透過標準的函數呼叫，由 National Instruments 開發的 TestStand 測試管理軟體來執行這些預設的序列，這種技術的巧妙之處在於，它讓使用者能夠充分利用 IRWindows 中對光電測試極為友善且功能強大的圖形化介面進行操作與監控。
一個能展現其易用性的圖形化介面範例如下所示（圖1），此螢幕截圖清晰地呈現了 TPS 開發者可以從中選取的多種內建標準測試列表（在 IRWindows 中被稱作「序列」），TPS 開發者僅需選擇適用的測試項目，然後為該測試添加與特定 UUT 相關的各項參數即可。

圖1：IRWindows 序列編輯器

相較之下，目前在 IFTE V5（整合型家庭測試設備第五版）中廣泛使用的 ATLAS 介面，則是一種純文字基礎的互動介面，開發者需要透過文字指令格式來傳遞控制如目標投影儀（例如：SBIR 的脈衝雷射二極體目標投影儀或14000Zi 紅外目標投影儀）等硬體功能的參數，以及用以微調執行光電測試所需之關注區域的視訊參數，然而，TPS 開發者無法即時獲取關於目標在畫面中出現的確切位置，也難以掌握正在執行測試的視訊畫面中各詳細部分的具體資訊回饋，若要「微調」特定的測試序列，操作員必須在測試程式中手動更改參數、重新運行整個測試，然後才能評估結果，在整個測試過程中，系統無法提供任何中間狀態的回饋資訊來輔助開發者進行判斷與調整。

IRWindows 測試環境則為 TPS 開發者提供了一個更為直觀且互動性更強的圖形化介面，它能夠即時擷取並顯示 UUT 的測試場景視訊，讓開發者可以根據實際畫面直觀地微調各項重要的測試參數，這項特點不僅大幅縮短了寶貴的開發時間，同時也賦予了 TPS 開發者在先前已擷取的視訊畫面上修改參數的能力，進一步提升了開發效率。

圖2：IRWindows 資產控制畫面

圖3：IRWindows 影像擷取畫面截圖

範例

調變轉換函數 (MTF)，作為一項評估成像系統清晰度的關鍵指標，常被用於尋找紅外成像系統的最佳聚焦位置，IRWindows 平台允許開發者在測試過程中即時檢視所擷取的影像，並能精細地調整計算 MTF 時所使用的關注區域，以及如平均幀數、影像濾波等其他相關參數，以便獲得最能反映系統真實性能的 MTF 值，此外，IRWindows 還特別提供了一個連續模式功能，在該模式下，操作員可以即時調整 UUT 的參數（例如：鏡頭的聚焦），並同步觀察 MTF 值的變化，從而迅速將系統調至最佳狀態以最大化 MTF 值，相較於傳統僅能透過簡單文字輸入進行參數調整的方式，這種互動式的操作顯著縮短了測試開發的時間，同時，TPS 開發者也可以選擇將此便捷的連續模式整合進最終的 TPS 中，使得現場操作員能夠在 TPS 實際運行過程中，先將系統手動調整至最佳聚焦狀態，然後再執行一次標準的 MTF 測試以擷取並記錄最終的精確結果。

下方為一個影像檢視器的螢幕截圖範例，其中顯示了用於 MTF 測試的目標圖案（圖4）。

圖4：帶有 MTF 目標的影像檢視器螢幕截圖

產生的 MTF 結果則以下方的圖表形式清晰呈現（圖5），TPS 開發者可以選擇以圖表或表格的格式來檢視這些詳細的測試結果，並且能夠在已擷取的影像基礎上進行參數調整，以進一步微調並優化最終的測試數據。

圖5：IRWindows MTF 結果螢幕截圖

簡而言之，相較於傳統 ATLAS 方法中測試執行完畢後僅返回結果，卻缺乏關於數值如何計算的過程回饋，IRWindows 的作業流程顯然效率更高；TPS 開發者能夠便捷地設定一套目標投影儀的參數、精確擷取 UUT 的輸出視訊、執行所需的測試項目，然後根據即時獲取的資訊對關鍵參數進行細緻的微調，一旦此微調過程確認完成，即可對該測試項目進行最終的有效性驗證。

額外功能

IRWindows 還提供了兩項值得注意的額外功能，其中一項是連續模式，IRWindows 平台內建了多種可以在連續模式下執行的測試項目，在這些測試中，最重要的兩項便是連續光軸校準 (continuous boresight)（可搭配如 SBIR 光軸校準模組等硬體輔助進行精密校準）和連續 MTF (continuous MTF)，這些連續模式測試允許 TPS 使用者在系統提供即時測試結果回饋的同時，同步微調 UUT 的各項參數（例如在 MTF 測試中調整聚焦環），此項特點不僅為 TPS 的開發時間爭取了極大的靈活性，也有效縮短了 TPS 的實際運行時間。
IRWindows 的另一項突出特點在於其測試演算法的開放式架構設計，IRWindows 平台允許具備相應技能的開發者對內建於 IRWindows 中的測試演算法進行修改與客製化，值得一提的是，對 IRWindows 演算法的修改並不會影響到原始的基準測試流程，系統會自動建立一個該測試的副本，其中包含了使用者所更改的參數，確保了原始測試的完整性與可追溯性。
其開放式架構的操作介面螢幕截圖如下所示（圖6）。

圖6：IRWindows 開放式架構螢幕截圖

一個具體的應用實例是在2011年10月舉辦的 Autotestcon（自動測試研討會）上，當時利用 NGATS（下一代自動測試系統，Next-Generation Automated Test System) 測試系統，在 IRWindows 的控制下成功建立了5個測試項目，受測的 UUT 為 CROWS（通用遙控武器站，Common Remotely Operated Weapon Station) 的 TIM（熱成像模組，Thermal Imaging Module)，整個光電 TPS 都是在 IRWindows 環境中完成開發，並透過 NI TestStand 軟體執行，所有測試結果均儲存到一個通用的 SQL 資料庫中以便後續分析。
下方展示了一個正在遠端執行光電 TPS 的操作螢幕截圖（圖7）。

圖7：遠端存取螢幕截圖

開發時間比較

本節重點在於比較在 IFTE V5 工作站上於 ATLAS 軟體控制下所建立的 TPS，與另一套使用 IRWindows 軟體建立並透過 NI TestStand 軟體執行的相似功能 TPS，兩者在開發與執行效率上的差異，此 TPS 套件包含了以下5個關鍵的測試項目：

光軸校準 (Boresight)
光軸校準 – 連續模式 (Boresight – Continuous)
手動最小可解析溫差 (Manual MRTD)
調變轉換函數 (MTF)
調變轉換函數 – 連續模式 (MTF – Continuous)

下方表格清晰地呈現了在 NGATS 工作站上於 IRWindows 控制下的測試執行時間，與在 IFTE V5 工作站上於 ATLAS 控制下的測試執行時間的比較結果。

表1：IRWindows4 與 IFTE V5 測試執行時間比較

測試	NGATS 工作站 IRWindows 控制下執行時間	IFTE V5 工作站 ATLAS 控制下執行時間
光軸校準 (Boresight)	約 45-60 秒	約 2-3 分鐘
手動 MRTD	約 2 分鐘 (但可依需求延長)	約 5-6 分鐘
調變轉換函數 (MTF)	即時	約 2-3 分鐘

註：由於 IFTE V5 平台上缺乏相對應的功能，連續光軸校準和連續 MTF 模式的執行時間無法直接進行比較。

TPS 開發時間比較：
於 IFTE V5 平台上開發 CROWS TIM TPS --> 耗時 9-12 個月
於 NGATS/IRWindows 平台上開發 CROWS TIM TPS --> 僅需 5 週

TPS 運行時間比較：
於 V5 平台上運行 CROWS TIM TPS --> 約 45 分鐘
於 NGATS/IRWindows 平台上運行 CROWS TIM TPS --> 約 15 分鐘 (此時間已包含額外的測試項目)

總結與結論

透過充分利用更新的測試開發模型以及一個專為高效執行光電測試而精心設計和開發的專業環境，採用 IRWindows 進行作業的 TPS 開發者能夠享受到諸多顯著的優勢：

學習曲線更為平緩（相較於傳統的測試行介面，其圖形化使用者介面更為直觀易懂，大幅降低了上手難度）
TPS 開發時間顯著縮短（系統支援即時參數變更並提供了便捷的資產控制介面，有效加速了整體開發進程）
功能完善的資產控制面板允許使用者在開發過程中對各項測試資產進行即時的精確控制，並能全面監控所有資產的運作狀態與功能表現
直觀的 UUT 影像檢視器讓使用者能夠更為輕鬆且極為精確地設定如關注區域等關鍵測試參數
支援連續模式測試（例如在進行 MTF 測試時，允許使用者即時調整系統參數以獲得最佳測試結果）
靈活的開放式架構為測試內容的修改與客製化提供了極大的便利性。

SBIR 成功地在 CROWS TIM TPS 的開發案例中具體展示了上述這些優勢，在 NGATS EO 過渡解決方案測試站上運行的 IRWindows 4 證明了其在縮短 TPS 開發時間和壓縮測試執行時間方面能帶來顯著的效益，此外，此應用程式還能充分利用 IRWindows 的遠端介面功能，使得 NI TestStand 得以作為主執行程式，對整個測試操作流程進行全面的控制與管理。

結論與展望

本文清晰地展示了採用 SBIR 的 IRWindows5 自動化光電/紅外暨雷射測試軟體 (最新版本為 IRWindows5 ) 環境進行軍事光電系統測試程式集 (TPS) 開發所帶來的顯著效益，相較於傳統的 ATLAS 等開發環境，IRWindows 憑藉其直觀的圖形化使用者介面、即時的資產控制與參數調整能力、便捷的影像檢視與分析功能、以及支援連續模式測試與開放式架構等特點，大幅縮短了 TPS 的學習曲線與開發週期，並顯著提升了測試執行效率，CROWS TIM TPS 的實際案例有力地證明，IRWindows 不僅能將數月甚至近一年的開發時間縮短至數週，更能將測試執行時間減少三分之二以上，這對於需要快速反應與高效保障的現代軍事應用而言，無疑具有重大的實用價值。

展望未來，隨著軍用光電系統的複雜度與多樣性持續增加，對 TPS 開發工具的靈活性、擴展性與易用性要求也將日益提高，IRWindows 這類現代化的測試開發與執行平台，透過其持續的技術演進與對新興測試需求的快速適應，將在軍事裝備的全生命週期支援、特別是在維修與升級的效率提升方面，扮演越來越重要的角色，其與如 NI TestStand 等工業標準測試管理軟體的無縫整合，也進一步拓展了其在複雜自動化測試系統中的應用潛力。

對於台灣地區的國防單位及相關產業夥伴，若有建構或升級光電測試系統、尋求高效 TPS 開發解決方案的需求，奧創系統作為 SBIR 在台灣的緊密合作夥伴，是一家專業的解決方案與系統整合提供者，奧創系統的核心業務並非產品研發，而是憑藉豐富的專業知識與系統整合經驗，為客戶提供全面的前期規劃、客製化方案設計、系統建置以及後續的技術支援與服務，我們致力於將 SBIR 全球領先的測試技術與產品，包括核心的 IRWindows5 自動化光電/紅外暨雷射測試軟體、各類型高精度黑體校準源 (例如 SBIR Infinity 系列)、先進的紅外準直儀 (例如 STC 準直儀)、多功能目標輪、以及各類紅外熱像儀和目標投影儀等精密儀器設備，有效地整合至客戶的測試環境中，協助客戶大幅提升 TPS 開發效率、優化測試流程、確保軍事光電裝備的卓越性能與可靠度。

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