辛峰 林型勇 黃艷軍

摘要：該論文簡(jiǎn)述天地對(duì)接遙控設(shè)備的特點(diǎn)和遙控設(shè)備測(cè)試技術(shù)在保證遙控設(shè)備成功研制過(guò)程中的重要作用。介紹了天地對(duì)接遙控設(shè)備的測(cè)試模式、測(cè)試數(shù)據(jù)源、測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性保證和測(cè)試設(shè)備的實(shí)現(xiàn)。保證設(shè)備各功能和性能的自動(dòng)化、全覆蓋測(cè)試，以滿足空間飛行和交會(huì)對(duì)接要求。

關(guān)鍵詞：遙控； 全覆蓋測(cè)試； 自動(dòng)化測(cè)試

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）11-0226-03

Testing Technology for Space Ship Telecommand Device

XIN Feng， LIN Yin-yong， HUANG Yan-jun

（Academic Institute of Shanghai Aerospace Electronic Technology， Shanghai 201109， China）

Abstract： This paper briefly describes the characteristic of space ship telecommand devices and the importance of testing technology which ensures the succeed in the development of telecommand devices， introducing the testing model， the testing data source， reliability of the data source and the implementation of the testing device which ensures all covering testing of the telecommand devices to meet all requirement of the successful space tasks.

Key words： telecomamnd； All covering testing； automatic testing

1 前言

遙控設(shè)備是天地對(duì)接測(cè)控上行信道中的關(guān)鍵設(shè)備，是執(zhí)行上行遙控注數(shù)和直接指令控制的關(guān)鍵單元單機(jī)。要保證遙控設(shè)備的成功研制，除在方案，電路設(shè)計(jì)，元器件選用等方面的綜合考慮外，對(duì)設(shè)備的功能和性能的全覆蓋測(cè)試也是必不可少的。天地對(duì)接遙控設(shè)備的主要特點(diǎn)是通道多，接口多，數(shù)據(jù)種類多和高可靠。其功能主要包括解調(diào)、譯碼、解密、注數(shù)、直接指令控制、轉(zhuǎn)發(fā)、明密切換等多種功能。為保證上述功能和多通道的全覆蓋測(cè)試，遙控測(cè)試設(shè)備需模擬多種數(shù)據(jù)輸出、各種執(zhí)行工況和故障模式，同時(shí)接收遙控設(shè)備執(zhí)行后的相應(yīng)輸出結(jié)果進(jìn)行分析，以測(cè)試遙控設(shè)備功能正確性和性能的可靠性。保證飛船遙控設(shè)備的各項(xiàng)功能和性能指標(biāo)符合飛行任務(wù)要求。

2 測(cè)試模式

遙控設(shè)備分為運(yùn)輸飛船遙控設(shè)備和目標(biāo)飛行器遙控設(shè)備。前者的輸入通道有應(yīng)答機(jī)a/b、S中繼和Ka中繼；輸出接口有直接指令，用戶數(shù)據(jù)、空空轉(zhuǎn)發(fā)和遙測(cè)數(shù)據(jù)。后者的輸入通道有應(yīng)答機(jī)a/b、S中繼、空空和AOS；輸出接口有直接指令，用戶數(shù)據(jù)和遙測(cè)數(shù)據(jù)。每套遙控設(shè)備都各自有三臺(tái)單機(jī)組成。因此除了上述通道接口外，單機(jī)間還存在接口即遠(yuǎn)置接口。為全面測(cè)試上述多通道和多接口，將遙控設(shè)備的測(cè)試分為以下四種測(cè)試模式。

圖1 天地對(duì)接遙控設(shè)備示意圖

2.1 單通道測(cè)試模式

單通道控制模式是空間飛行任務(wù)中對(duì)遙控設(shè)備最常態(tài)的控制模式，因此，單通道測(cè)試為遙控設(shè)備測(cè)試中最重要的測(cè)試之一。單通道測(cè)試模式即分別測(cè)試遙控設(shè)備中各個(gè)通道上行輸入數(shù)據(jù)時(shí)，船上或器上遙控設(shè)備的功能和性能。主要包括：容錯(cuò)功能、指令譯碼功能、數(shù)據(jù)注入功能、明密切換功能、自定義數(shù)據(jù)執(zhí)行、密鑰更換、空空數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能；和指令誤碼率，數(shù)據(jù)誤碼率，指令干擾毛刺，空空強(qiáng)度等性能的測(cè)試。另外，為測(cè)試遙控設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的相應(yīng)時(shí)間和對(duì)同一通道上連續(xù)注入數(shù)據(jù)的相應(yīng)情況，單通道測(cè)試模式下，模擬數(shù)據(jù)源的發(fā)送時(shí)間間隔需實(shí)時(shí)可控。如圖2所示，遙控設(shè)備的執(zhí)行情況通過(guò)后端接口輸出，測(cè)試設(shè)備回收輸出數(shù)據(jù)并分析，以此來(lái)判斷遙控設(shè)備的功能和性能是否符合規(guī)定的要求。

圖2 遙控設(shè)備測(cè)試示意圖

2.2 多通道測(cè)試模式

對(duì)遙控設(shè)備的多通道控制為非常態(tài)的控制，一般發(fā)生在兩個(gè)遙控區(qū)域的交叉區(qū)域或通過(guò)不同通道發(fā)送不同類型的數(shù)據(jù)等一些誤操作。多通道測(cè)試主要測(cè)試遙控設(shè)備對(duì)正確控制模式下多通道輸入數(shù)據(jù)的響應(yīng)功能和性能，和在誤操作模式下，遙控設(shè)備可能出現(xiàn)的各種工作狀態(tài)和執(zhí)行情況的變化和對(duì)錯(cuò)誤操作的提示，及錯(cuò)誤操作后，遙控設(shè)備執(zhí)行狀況的恢復(fù)性和健壯性。

多通道測(cè)試通過(guò)遙控測(cè)試設(shè)備模擬并發(fā)送兩個(gè)或多個(gè)通道向遙控設(shè)備同時(shí)或錯(cuò)時(shí)發(fā)送相同或不同類型數(shù)據(jù)，如指令、數(shù)據(jù)、密切明、密鑰、自定義數(shù)據(jù)等。以測(cè)試遙控設(shè)備的各種響應(yīng)情況。以保證遙控設(shè)備在各種正確或錯(cuò)誤操作模式下的可測(cè)、可復(fù)現(xiàn)、可控制。保證遙控設(shè)備的正常工作。同時(shí)為更精確地控制各個(gè)通道上數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間，遙控測(cè)試設(shè)備需保證各通道上時(shí)間可實(shí)時(shí)精確控制。

2.3 自動(dòng)化測(cè)試模式

遙控設(shè)備在執(zhí)行空間飛行任務(wù)時(shí)，保證上行鏈路的暢通是至關(guān)重要的，對(duì)各個(gè)通道輸入的不同類型的數(shù)據(jù)遙控設(shè)備必須在保證指標(biāo)的情況下成功執(zhí)行。鑒于這樣的實(shí)際要求，測(cè)試設(shè)備要能夠?qū)b控設(shè)備提供長(zhǎng)時(shí)間、無(wú)人看守的自動(dòng)化測(cè)試。以保證在持續(xù)不斷的激勵(lì)下遙控設(shè)備仍然能夠正常工作，以保證其健壯性。

自動(dòng)化測(cè)試還能保證遙控設(shè)備在進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)、熱學(xué)試驗(yàn)、綜合應(yīng)力試驗(yàn)、電磁兼容式樣等各種長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、自動(dòng)化的測(cè)試和驗(yàn)證，能夠保證各項(xiàng)單機(jī)試驗(yàn)任務(wù)的順利完成。

此外，在測(cè)試誤指令，漏指令概率和注入數(shù)據(jù)誤碼率時(shí)，自動(dòng)測(cè)試模式可以保證持續(xù)的數(shù)據(jù)源的發(fā)送和自動(dòng)接收、比對(duì)遙控設(shè)備的執(zhí)行結(jié)果，自動(dòng)計(jì)算出出錯(cuò)和遺漏的概率。因此，自動(dòng)化測(cè)試模式對(duì)遙控設(shè)備的試驗(yàn)和性能測(cè)試是必不可少的。

通過(guò)下行遙測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)視遙控指令執(zhí)行情況或數(shù)據(jù)注入是否成功，并能對(duì)所有遙控指令或注入數(shù)據(jù)均進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和歸檔，歸檔信息包括指令/數(shù)據(jù)幀內(nèi)容、發(fā)送時(shí)間信息（記錄到毫秒級(jí)）、自環(huán)比對(duì)結(jié)果及遙測(cè)驗(yàn)證結(jié)果等。對(duì)遙控設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高可靠性指令與數(shù)據(jù)遍歷試驗(yàn)提供了全自動(dòng)化的測(cè)試手段，大大縮減了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高遙控產(chǎn)品的可靠性。

2.4 遠(yuǎn)置單元測(cè)試模式

運(yùn)輸飛船遙控設(shè)備和目標(biāo)飛行器遙控設(shè)備都包含三臺(tái)單機(jī)即一臺(tái)遙控解調(diào)器和兩臺(tái)指令譯碼單元。遙控解調(diào)器對(duì)指令譯碼單元具有控制接口。在遠(yuǎn)置單元測(cè)試模式下可對(duì)該接口進(jìn)行測(cè)試。

遙控解調(diào)器將無(wú)法譯碼執(zhí)行的指令輸出送遠(yuǎn)置單元譯碼執(zhí)行。測(cè)試設(shè)備可通過(guò)接收和解析遙控解調(diào)器的轉(zhuǎn)發(fā)指令源碼，以測(cè)試遙控解調(diào)器的指令譯碼功能是否符合要求。此外，測(cè)試設(shè)備可模擬遙控解調(diào)器對(duì)指令譯碼單元的激勵(lì)，以測(cè)試指令譯碼單元的指令譯碼和執(zhí)行情況及驗(yàn)證其誤指令和漏指令指標(biāo)是否符合技術(shù)要求。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)源

3.1 數(shù)據(jù)源種類

在以上的四種測(cè)試模式中，測(cè)試設(shè)備都要模擬激勵(lì)數(shù)據(jù)源。需要模擬的數(shù)據(jù)源有明指令、密指令（包含加密序列）、密切明指令、注入數(shù)據(jù)、初始密鑰、更換密鑰、逃逸指令、自主指令和自定義數(shù)據(jù)。在交會(huì)對(duì)接中，運(yùn)輸飛船遙控設(shè)備除了能執(zhí)行自己的指令、數(shù)據(jù)和明密狀態(tài)操作外，還要能識(shí)別和轉(zhuǎn)發(fā)目標(biāo)飛行器的遙控指令、數(shù)據(jù)和明密狀態(tài)操作數(shù)據(jù)。在測(cè)試這一功能時(shí)，除分別發(fā)送運(yùn)輸飛船遙控設(shè)備自己的數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)外，還要測(cè)試兩個(gè)設(shè)備的組合數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，對(duì)遙控設(shè)備的空空轉(zhuǎn)發(fā)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，如圖3所示?？紤]到組合模式有十多種，將該種數(shù)據(jù)源用自定義數(shù)據(jù)模擬。

圖3 空空強(qiáng)度測(cè)試示意圖

密指令數(shù)據(jù)中的加密序列、初始密鑰和更換密鑰數(shù)據(jù)都需要加密機(jī)實(shí)時(shí)提供，其他數(shù)據(jù)可以預(yù)注到遙控測(cè)試設(shè)備中，如圖4所示。因此模擬數(shù)據(jù)源可分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源和可預(yù)注數(shù)據(jù)源。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源在邏輯控制上對(duì)實(shí)時(shí)性的要求更強(qiáng)，因此邏輯的控制比預(yù)注數(shù)據(jù)更為復(fù)雜。

圖4 測(cè)試連接圖

3.2 數(shù)據(jù)源可靠性保證

完成對(duì)遙控設(shè)備的可靠測(cè)試，首先需保證遙控測(cè)試設(shè)備的數(shù)據(jù)源的可靠性。遙控測(cè)試設(shè)備的數(shù)據(jù)源通過(guò)測(cè)試電腦生成，測(cè)試電腦將數(shù)據(jù)源和控制參數(shù)加載到遙控測(cè)試設(shè)備中，測(cè)試設(shè)備根據(jù)控制參數(shù)完成對(duì)模擬數(shù)據(jù)源的控制發(fā)送。控制參數(shù)包括：測(cè)試遙控設(shè)備選擇（運(yùn)輸飛船遙控設(shè)備和目標(biāo)飛行器遙控設(shè)備選擇）、發(fā)送通道選擇、發(fā)送數(shù)據(jù)類型選擇、發(fā)送時(shí)間間隔設(shè)置，發(fā)送頻率設(shè)置（2kHZ、4kHZ、8kHZ、16kHZ、32kHZ）、發(fā)送方式選擇（循環(huán)發(fā)送、單次發(fā)送、單個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送、多個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)發(fā)送）。

圖5 數(shù)據(jù)發(fā)送回收示意圖

保證發(fā)送出數(shù)據(jù)的正確性，在遙控測(cè)試設(shè)備中設(shè)計(jì)了回收電路，如圖5所示?；厥针娐吩跍y(cè)試設(shè)備受控發(fā)送的同時(shí)從發(fā)送通道回收還原發(fā)送的數(shù)據(jù)，將回收的數(shù)據(jù)與要求發(fā)送的數(shù)據(jù)源比較。將比較結(jié)果、回收數(shù)據(jù)和回收的通道信息等回發(fā)至測(cè)試電腦保存和顯示，通過(guò)查看顯示或保存內(nèi)容可以判定發(fā)送數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容，從而保證了發(fā)送的數(shù)據(jù)源的可靠性。

4 測(cè)試設(shè)備的實(shí)現(xiàn)

遙控測(cè)試設(shè)備的數(shù)據(jù)類型多，數(shù)據(jù)交互頻繁，實(shí)時(shí)要求較高等特點(diǎn)，硬件的控制部分采用FPGA邏輯控制，數(shù)據(jù)源由測(cè)試計(jì)算機(jī)生產(chǎn)，測(cè)試計(jì)算機(jī)與控制邏輯之間使用數(shù)據(jù)傳輸速度較高的通用串口總線USB。如圖6所示，遙控測(cè)試設(shè)備受控于控制計(jì)算機(jī)，所有的控制和測(cè)試結(jié)果的顯示、分析都通過(guò)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件完成。應(yīng)用軟件用面向?qū)ο髮?duì)象的C語(yǔ)言編寫(xiě)完成。與控制計(jì)算機(jī)協(xié)同工作的由加密機(jī)，USB接口邏輯，F(xiàn)PGA邏輯和接口電路。加密機(jī)由具有相應(yīng)密級(jí)資質(zhì)的單位單獨(dú)設(shè)計(jì)生產(chǎn)。USB接口芯片采用CYPRESS的FX2系列的68013芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片內(nèi)嵌USB總線控制邏輯和優(yōu)化的8051單片機(jī)CPU，USB的接口邏輯由C51語(yǔ)言編寫(xiě)完成。FPGA的邏輯由硬件描述語(yǔ)言Verilog編寫(xiě)完成。上述四個(gè)模塊協(xié)同工作可完成對(duì)遙控設(shè)備的功能和性能的全覆蓋測(cè)試。

在接口的實(shí)現(xiàn)上，應(yīng)答機(jī)a/b采用PSK相位調(diào)制的信號(hào)形式，采用DDS數(shù)字調(diào)制將信息調(diào)制至副載波，再用D/A轉(zhuǎn)換器平滑波形。在回收比對(duì)時(shí)，采用遙控中的關(guān)鍵技術(shù)，同步鎖相解調(diào)，提取信息。中繼、AOS和空空接收采用RS422標(biāo)準(zhǔn)接口，在實(shí)現(xiàn)上采用專用芯片26C31和26C32實(shí)現(xiàn)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)發(fā)送和回收。指令和數(shù)據(jù)接口為OC電路采用5V電壓上拉接收，用帶斯密特觸發(fā)器功能的芯片濾除可能的毛刺并整形。遙測(cè)量是典型的四線制接口，采用54125總線緩存控制隔離芯片實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)置單元接口采用OC門(mén)電路，OC門(mén)信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片采用SG2003芯片實(shí)現(xiàn)，接收采用采用5V電壓上拉接收，用帶斯密特觸發(fā)器功能的芯片濾除可能的毛刺并整形。

此外對(duì)于遙控設(shè)備接口波形，電流，跨接電阻等電性能的測(cè)試還要借助于專用的測(cè)試儀器儀表，有時(shí)對(duì)于精度要求較高的測(cè)試，還需要借助特殊的測(cè)量?jī)x器。然而，遙控測(cè)試設(shè)備在遙控設(shè)備的研制、生產(chǎn)、調(diào)試和試驗(yàn)的過(guò)程中起到了不可替代的作用，保證了空間飛行任務(wù)的順利圓滿完成。

圖6 遙控測(cè)試設(shè)備原理框圖

5 結(jié)論

從載人航天二期工程啟動(dòng)到首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)的成功，遙控設(shè)備都出色地完成了空間飛行和交會(huì)對(duì)接任務(wù)。遙控設(shè)備在空間的出色表現(xiàn)，與研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)過(guò)程中的全面可靠的模擬測(cè)試是密不可分的。遙控測(cè)試設(shè)備為遙控設(shè)備的成功研制、交付和發(fā)射一路保駕護(hù)航，努力將所有可能存在的故障和潛在風(fēng)險(xiǎn)及早地測(cè)試出來(lái)，將問(wèn)題及早地暴露、解決。確保發(fā)射、空間飛行、交會(huì)對(duì)接等一系列任務(wù)的圓滿成功。

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