何永叢,李鴻飛,楊 楓,潘順良,吳 偉

(中國(guó)空間技術(shù)研究院 載人航天總體部，北京 100094)

載人航天器電測(cè)自動(dòng)化程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用

何永叢,李鴻飛,楊 楓,潘順良,吳 偉

(中國(guó)空間技術(shù)研究院 載人航天總體部，北京 100094)

針對(duì)現(xiàn)有載人航天器電測(cè)過(guò)程不能流程化、自動(dòng)化程控，消耗了相當(dāng)多的人力資源和時(shí)間成本的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了載人航天器自動(dòng)化測(cè)試程序;通過(guò)對(duì)自動(dòng)化測(cè)試程序的格式、功能、處理流程進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，為航天器電測(cè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)了航天器電測(cè)全周期自動(dòng)化、流程化，能夠適應(yīng)不同系列載人航天器電測(cè)，有效減少測(cè)試人員的手動(dòng)操作及崗位人員數(shù)量，提高了測(cè)試效率，滿足高強(qiáng)度的地面測(cè)試，高效完成高密度的載人航天器發(fā)射任務(wù)。

載人航天器；電測(cè)；自動(dòng)化測(cè)試程序；自動(dòng)化測(cè)試

0 引言

航天器電測(cè)(也稱航天器電性能測(cè)試)是指在統(tǒng)一供配電條件下，對(duì)航天器各項(xiàng)功能、性能、接口等進(jìn)行的全面檢查，在航天器若干研制活動(dòng)中，航天器測(cè)試工作是其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一[1-3]。隨著航天器型號(hào)研制任務(wù)進(jìn)一步加劇，存在航天器批產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試、高密度測(cè)發(fā)任務(wù)的情況，傳統(tǒng)以人工發(fā)送指令為主導(dǎo)的測(cè)試模式已不能滿足要求，必須使航天器電測(cè)過(guò)程流程化、自動(dòng)化程控，提高電測(cè)效率，降低成本，解決人力、物力占用矛盾，滿足航天器高密度測(cè)發(fā)任務(wù)需求。

航天器自動(dòng)化測(cè)試是航天器測(cè)試技術(shù)的主要發(fā)展方向和趨勢(shì)，即利用計(jì)算機(jī)按照預(yù)定程序自動(dòng)完成控制指令發(fā)送及下傳數(shù)據(jù)監(jiān)視，是提高測(cè)試效率、保證測(cè)試質(zhì)量及安全、縮短測(cè)試周期、精簡(jiǎn)測(cè)試隊(duì)伍的必然要求和有效手段。

國(guó)外對(duì)航天器自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)研究較為深入，而且開(kāi)展的時(shí)間較長(zhǎng)。以洛馬公司、波音公司為代表的美國(guó)宇航企業(yè)，在整星設(shè)計(jì)、制造、集成測(cè)試方面，在大量任務(wù)中積累了豐富的資源。洛馬公司在衛(wèi)星總裝集成測(cè)試和衛(wèi)星發(fā)射方面同樣極具競(jìng)爭(zhēng)力。波音公司目前具有世界級(jí)先進(jìn)的衛(wèi)星總裝集成測(cè)試工廠，配置了完備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，形成了高效運(yùn)行的整星測(cè)試流程，具備了衛(wèi)星生產(chǎn)流水線作業(yè)的能力。ThalesAlenia Space公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了有效載荷的完全自動(dòng)化測(cè)試，當(dāng)前，航天器自動(dòng)化程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用已經(jīng)被世界航天強(qiáng)國(guó)廣泛采用，國(guó)內(nèi)對(duì)航天器自動(dòng)化測(cè)試的研究還處于起步階段，主要通過(guò)對(duì)航天器測(cè)試業(yè)務(wù)中測(cè)試操作、流程、層次和體系結(jié)構(gòu)的分析，總結(jié)了面向航天器自動(dòng)化測(cè)試語(yǔ)言的特征[4-7]，尚未形成有效的測(cè)試可執(zhí)行的數(shù)字資源。為提高我國(guó)航天器研制能力，追趕國(guó)際先進(jìn)測(cè)試技術(shù)，發(fā)展航天器自動(dòng)化測(cè)試迫在眉睫。

1 測(cè)試實(shí)現(xiàn)的架構(gòu)及原理

圖1為載人航天器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)框架圖，測(cè)試人員使用測(cè)試系統(tǒng)控制端，向自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)發(fā)送控制指令，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)解析、執(zhí)行測(cè)試程序，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視執(zhí)行信息，前端設(shè)備和航天器響應(yīng)上行測(cè)試程序激勵(lì)并將遙測(cè)參數(shù)源碼回傳給自動(dòng)化測(cè)試主機(jī)，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)主解算源碼，將測(cè)試過(guò)程信息和遙測(cè)參數(shù)工程值通過(guò)組播方式發(fā)送到局域網(wǎng)上，數(shù)據(jù)訂閱服務(wù)器接收，響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訂閱請(qǐng)求，提供數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，所有測(cè)試人員可以監(jiān)測(cè)測(cè)試程序執(zhí)行過(guò)程，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。

圖1 航天器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)框架圖

由圖1可見(jiàn)，實(shí)際上自動(dòng)化測(cè)試程序的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)載人航天器自動(dòng)化測(cè)試的核心問(wèn)題，設(shè)計(jì)格式統(tǒng)一、語(yǔ)法簡(jiǎn)便、操作靈活的測(cè)試程序，為航天器自動(dòng)化測(cè)試提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，使測(cè)試過(guò)程不再是獨(dú)立的個(gè)體和離散的指令，測(cè)試系統(tǒng)具備了流程化、自動(dòng)化程控能力，能有效減少測(cè)試人員的手動(dòng)操作及人工干預(yù)，同時(shí)整合測(cè)試資源，提高測(cè)試電子化程度，減少不必要的重復(fù)勞動(dòng)。

2 自動(dòng)化測(cè)試程序設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)自動(dòng)化測(cè)試程序的格式、功能、處理流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，使航天器自動(dòng)化測(cè)試流程化、全周期化。將測(cè)試文件中的相關(guān)信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言可以通過(guò)軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)，但這種實(shí)現(xiàn)方法需要專業(yè)軟件編程人員投入大量的設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試工作，并且需要對(duì)測(cè)試人員編寫(xiě)的測(cè)試細(xì)則有準(zhǔn)確的理解。因此，建立簡(jiǎn)潔、直觀的自動(dòng)化測(cè)試程序，按測(cè)試程序定義進(jìn)行測(cè)試，將較好地適應(yīng)航天器自動(dòng)化測(cè)試的需要，是實(shí)現(xiàn)航天器自動(dòng)化測(cè)試的有效途徑[8-10]。

本文設(shè)計(jì)的測(cè)試程序采用CSV的文件格式定義，每一個(gè)字段之間采用制表符進(jìn)行分隔，每一行表示一個(gè)具體的操作，每個(gè)操作根據(jù)操作碼的不同，可以包括多個(gè)子操作，每個(gè)子操作可以包括多個(gè)操作參數(shù)。在測(cè)試程序的定義中為每一個(gè)操作定義了一個(gè)順序增長(zhǎng)的ID號(hào)，稱之為步號(hào)。

測(cè)試程序功能主要有：可以通過(guò)測(cè)試程序自主控制指令的發(fā)送以及遙測(cè)參數(shù)的判斷；執(zhí)行過(guò)程中支持對(duì)測(cè)試程序的管理，包括啟動(dòng)、暫停、繼續(xù)和停止；可以指定測(cè)試程序開(kāi)始執(zhí)行的時(shí)間、開(kāi)始執(zhí)行的步號(hào)、某條操作的延時(shí)時(shí)間、暫停位；支持測(cè)試程序之間的交互，通過(guò)設(shè)計(jì)程序，可以使一個(gè)測(cè)試程序跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)測(cè)試程序。支持多個(gè)測(cè)試程序并行執(zhí)行。表1為自動(dòng)化測(cè)試程序格式。

表1 自動(dòng)化測(cè)試程序格式

步號(hào)：該行操作的序號(hào)，一般自1開(kāi)始按順序遞增。

時(shí)間類型：絕對(duì)時(shí)間和相對(duì)時(shí)間。

時(shí)間：該操作執(zhí)行的時(shí)間，格式為天：時(shí)：分：秒，也可換算為整秒。

操作碼：定義了后續(xù)子操作的內(nèi)容和流程，不同的操作碼帶有的子操作數(shù)量不一樣。表2是操作碼示例，可以是多個(gè)子操作的組合。

表2 操作碼示例

子操作：表3是子操作說(shuō)明示例。一般來(lái)說(shuō)，航天器電測(cè)涉及到的子操作為判斷遙測(cè)參數(shù)、測(cè)試程序控制、發(fā)送指令。

圖2、圖3為自動(dòng)化測(cè)試程序處理流程圖。

表3 子操作說(shuō)明示例

圖2 自動(dòng)化測(cè)試程序主進(jìn)程處理流程圖

圖3 測(cè)試程序子進(jìn)程處理流程圖

由于可以同時(shí)執(zhí)行和管理多個(gè)測(cè)試程序，而各個(gè)測(cè)試程序彼此間相對(duì)獨(dú)立，故在處理測(cè)試程序時(shí)，將處理流程設(shè)計(jì)成主進(jìn)程加子進(jìn)程的方式，每個(gè)子進(jìn)程負(fù)責(zé)管理一個(gè)測(cè)試程序；主進(jìn)程負(fù)責(zé)接收管理命令，對(duì)子進(jìn)程進(jìn)行管理。

主進(jìn)程設(shè)計(jì)了4種測(cè)試程序啟動(dòng)及執(zhí)行方式：

1)立即啟動(dòng)方式。用戶指定測(cè)試程序后，主進(jìn)程立即按照測(cè)試程序文件內(nèi)容執(zhí)行測(cè)試。

2)定時(shí)啟動(dòng)方式。定時(shí)啟動(dòng)有兩種方式：

(1)按照絕對(duì)時(shí)間啟動(dòng)。用戶輸入測(cè)試程序執(zhí)行的北京時(shí)間，主進(jìn)程自動(dòng)比對(duì)當(dāng)前北京時(shí)間，當(dāng)設(shè)定的北京時(shí)間到達(dá)后，啟動(dòng)測(cè)試程序。

(2)按照相對(duì)時(shí)間啟動(dòng)。用戶輸入相對(duì)于當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的執(zhí)行時(shí)間，主進(jìn)程自動(dòng)計(jì)算設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)到達(dá)后，啟動(dòng)測(cè)試程序。

3)設(shè)定啟動(dòng)步號(hào)。用戶可指定自測(cè)試程序中的任一步號(hào)開(kāi)始執(zhí)行。

4)設(shè)定暫停位。用戶可指定測(cè)試程序中任一步號(hào)處暫停，當(dāng)測(cè)試程序執(zhí)行到該步后自動(dòng)暫停。

測(cè)試程序主進(jìn)程只負(fù)責(zé)接收并解析測(cè)試程序管理命令，它的處理流程如圖2所示。當(dāng)加載測(cè)試程序到運(yùn)行時(shí)環(huán)境時(shí)，會(huì)啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程，即測(cè)試程序主進(jìn)程。該進(jìn)程首先初始化，然后不斷地從對(duì)應(yīng)的消息隊(duì)列中獲取控制消息并對(duì)該消息進(jìn)行解析處理，如果消息是執(zhí)行測(cè)試程序命令，則創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程去執(zhí)行和管理該測(cè)試程序；如果該消息是暫停、繼續(xù)或者終止測(cè)試程序命令，則主進(jìn)程更改共享內(nèi)存中該消息隊(duì)列的狀態(tài)，同時(shí)將該消息送至測(cè)試程序子進(jìn)程。

當(dāng)測(cè)試程序主進(jìn)程接收到執(zhí)行測(cè)試程序命令時(shí)就創(chuàng)建測(cè)試程序子進(jìn)程，它的處理流程如圖3所示。該子進(jìn)程首先讀取測(cè)試程序文本的內(nèi)容，然后對(duì)測(cè)試程序的每一步操作進(jìn)行解釋執(zhí)行，如果在執(zhí)行過(guò)程中子進(jìn)程收到主進(jìn)程發(fā)來(lái)的該測(cè)試程序的控制命令(暫停、繼續(xù)或者終止)，則子進(jìn)程做相應(yīng)的處理，直到該測(cè)試程序執(zhí)行完畢。

通過(guò)對(duì)自動(dòng)化測(cè)試程序的格式、功能、處理流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了航天器自動(dòng)化測(cè)試流程化、全周期化。

3 應(yīng)用結(jié)果與分析

自動(dòng)化測(cè)試程序應(yīng)用于多個(gè)系列的航天器電測(cè)，囊括了綜合測(cè)試、大系統(tǒng)聯(lián)試、大型試驗(yàn)等測(cè)試項(xiàng)目，各型號(hào)測(cè)試程序應(yīng)用情況見(jiàn)表4，測(cè)試程序執(zhí)行準(zhǔn)確性均達(dá)到100%，指令發(fā)送正確、準(zhǔn)時(shí)。測(cè)試程序的應(yīng)用，不再人工發(fā)送指令，使測(cè)試任務(wù)程序化、測(cè)試實(shí)施規(guī)范化，減少約60%人工操作，節(jié)省約30%測(cè)試時(shí)間、提高了測(cè)試操作的準(zhǔn)確率，能夠有效減少測(cè)試崗位人員，取得了較好的應(yīng)用效果。

表4 各航天器測(cè)試程序應(yīng)用情況

4 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化測(cè)試程序的設(shè)計(jì)及應(yīng)用為航天器自動(dòng)化測(cè)試提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，使航天器測(cè)試過(guò)程不再是獨(dú)立的個(gè)體和離散的指令，測(cè)試系統(tǒng)具備了流程化、自動(dòng)化程控能力，能有效減少測(cè)試人員的手動(dòng)操作及人工干預(yù)，同時(shí)整合測(cè)試資源，提高測(cè)試電子化程度，減少不必要的重復(fù)勞動(dòng)，有效減少測(cè)試崗位人員，能夠適應(yīng)高強(qiáng)度的地面測(cè)試，高效完成高密度的航天器發(fā)射任務(wù)。

[1] 王慶成.航天器電測(cè)技術(shù)[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,2007.

[2] Britton K J， Schaible D M.Spacecraft testing programs: adding value to the systems engineering process[Z]. Kennedy space center；Langley Research Center，2011.

[3] 馬世龍,余 丹.航天器自動(dòng)化測(cè)試語(yǔ)言及系統(tǒng)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2011.

[4] 朱維寶,王勁榕,李砥擎.航天器自動(dòng)化測(cè)試建模及自動(dòng)化測(cè)試語(yǔ)言設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),2009(s):118-121.

[5] 孫 波,馬世龍,余 丹.航天器自動(dòng)化測(cè)試與航天器測(cè)試語(yǔ)言[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2009,35(11):1375-1378.

[6] 黨建成,俞 潔,周 晶.FY-2衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)[J].上海航天,2005(s):72-77.

[7] 朱維寶,王勁榕,李砥擎.基于有向圖建模的航天器自動(dòng)化測(cè)試研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2010,31(8):1702-1705

[8] 何永叢,潘順良,李鴻飛,等.載人航天器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2015,23(10):3258-3263.

[9] 潘順良,張明江,李鴻飛,等.航天器遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].航天器工程,2015,25(5):113-118.

[10] 何永叢,潘順良,李鴻飛,等.載人航天器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[A]. 第五屆國(guó)防科技工業(yè)試驗(yàn)與測(cè)試技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略高層論壇[C].北京,2014:389-392.

Design and Application of Automatic Test Procedure for Spacecraft

He Yongcong, Li Hongfei, Yang Feng, Pan Shunliang, Wu Wei

(Institute of Manned Space System Engineering, China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China)

In the view that the existing manned spacecraft test system that costing lots of manpower and time is not procedural and automatic, this paper presents the automatic test procedure for manned spacecraft. Through analyzing and designing the format, function, procedure of automatic procedure, the automatic test system provides basic data resource for electrical test, makes the electrical test procedural and automatic, is suitable for series of manned spacecrafts, reduces manpower and manipulators, improves testing efficiency, satisfied with heavy intensity of electrical test and launch of manned spacecraft.

manned spacecraft; electrical test; automatic test procedure; automatic test

2016-06-25；

2016-07-25。

何永叢(1985-)，男，河北石家莊人，碩士研究生，工程師，主要從事載人航天器自動(dòng)化測(cè)試方向的研究。

1671-4598(2016)12-0053-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.12.015

V416

A