戴澗峰 陳逢田 李培華 王志勇 陸文高 李立

(航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094)

小衛(wèi)星由于其輕量化、小型化、低成本和性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為了空間系統(tǒng)的重要組成部分，特別是近年來(lái)小衛(wèi)星性能的不斷提高和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，在航天服務(wù)體系中起到了重要的作用。隨著小衛(wèi)星任務(wù)的不斷變化，小衛(wèi)星綜合測(cè)試正在向兩個(gè)方向發(fā)展：一是系統(tǒng)復(fù)雜程度不斷提高，功能越來(lái)越強(qiáng)大，綜合測(cè)試滿足的要求更嚴(yán)苛，測(cè)試需求日趨多樣化和復(fù)雜化；二是小衛(wèi)星批量化生產(chǎn)的需求，促使在綜合測(cè)試中要利用有限的場(chǎng)地、人力、設(shè)備等測(cè)試資源產(chǎn)生更大的生產(chǎn)效能。小衛(wèi)星綜合測(cè)試自動(dòng)化水平快速提升，但隨著小衛(wèi)星任務(wù)數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，以及高復(fù)雜度測(cè)試、批量化測(cè)試需求的增加，對(duì)小衛(wèi)星自動(dòng)化測(cè)試向智能化測(cè)試轉(zhuǎn)型也提出了迫切的要求。

本文對(duì)我國(guó)小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)發(fā)展的歷程進(jìn)行了簡(jiǎn)要的回顧，從系統(tǒng)層面、核心技術(shù)、專項(xiàng)技術(shù)分析了小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀，最后進(jìn)行了技術(shù)展望。

1 小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)發(fā)展回顧

我國(guó)小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)從20世紀(jì)90年代起步，通過(guò)采用自動(dòng)化手段、強(qiáng)化通用性設(shè)計(jì)、合理配備軟硬件資源，取得了很大的進(jìn)步，在這30多年的發(fā)展過(guò)程中，逐步形成了“測(cè)試系統(tǒng)通用化-自動(dòng)化測(cè)試-智能化測(cè)試”的發(fā)展路徑。

1.1 綜合測(cè)試系統(tǒng)通用化

1999年，實(shí)踐五號(hào)衛(wèi)星發(fā)射，拉開(kāi)了小衛(wèi)星發(fā)展的序幕。實(shí)踐五號(hào)衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)參考ESA的歐洲測(cè)試操作語(yǔ)言(ETOL)系統(tǒng)，建立了以總控設(shè)備為中心的多級(jí)分布式體系結(jié)構(gòu)[1]。2002年，針對(duì)海洋一號(hào)衛(wèi)星的研制，完成了通用化的小衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)中基于歐洲插卡式模塊總線儀器擴(kuò)展(VXI)總線技術(shù)的遙測(cè)遙控前端一體化設(shè)備、供配電測(cè)試設(shè)備、姿態(tài)軌道控制測(cè)試設(shè)備[2]，使用LabWindows/CVI編制測(cè)試設(shè)備控制軟件，大大提高了數(shù)據(jù)顯示及控制軟件的編制效率和可靠性[3]。通用化的小衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)在10多顆衛(wèi)星的研制過(guò)程中得以應(yīng)用，改變了以往研制1顆衛(wèi)星投產(chǎn)1套地面系統(tǒng)的模式，使衛(wèi)星的研制成本大大降低，并且以通用化測(cè)試系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行不斷迭代，小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)得到了持續(xù)發(fā)展。

1.2 自動(dòng)化測(cè)試

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，2005年后，我國(guó)小衛(wèi)星綜合測(cè)試專用測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)始引進(jìn)了大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、在線查詢、趨勢(shì)分析等功能。2007年，開(kāi)始了小衛(wèi)星自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的研制工作，小衛(wèi)星綜合測(cè)試正式開(kāi)始進(jìn)入了自動(dòng)化測(cè)試的實(shí)踐階段。系統(tǒng)逐漸在小衛(wèi)星測(cè)試中得以應(yīng)用并不斷完善，測(cè)試效率和測(cè)試安全性得到了較大提高[4-5]。在自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，通信測(cè)試、電氣測(cè)試、并行測(cè)試等專項(xiàng)測(cè)試技術(shù)也在不斷發(fā)展。針對(duì)統(tǒng)一S頻段(USB)和擴(kuò)頻體制分別進(jìn)行了基于通用基帶測(cè)試設(shè)備(CORTEX CRT)的測(cè)控分系統(tǒng)地面測(cè)試系統(tǒng)的通用化改造，開(kāi)發(fā)出了基于USB/擴(kuò)頻體制的測(cè)控基帶設(shè)備的遙測(cè)/遙控前端軟件[6]?；诳删幊踢壿嬁刂破?PLC)技術(shù)的通用供配電測(cè)試設(shè)備采用模塊化雙機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大功率供電能力明顯提高，大量應(yīng)用于小衛(wèi)星測(cè)試任務(wù)中[7]。2007年，基于小衛(wèi)星星座的測(cè)試要求，首次提出了小衛(wèi)星多星并行測(cè)試的測(cè)試?yán)砟?。?yīng)用多星并行總控軟件、星座遙測(cè)遙控前端軟件，以及當(dāng)時(shí)新研制的國(guó)產(chǎn)化測(cè)控基帶設(shè)備與收發(fā)信道組合配合使用，能夠處理多種變化碼速率下的多種長(zhǎng)度的遙測(cè)幀，此模式也廣泛應(yīng)用于后續(xù)小衛(wèi)星多星并行測(cè)試及星座測(cè)試。

1.3 初級(jí)智能化測(cè)試

進(jìn)入“十二五”中期，隨著小衛(wèi)星任務(wù)數(shù)量的迅猛發(fā)展，小衛(wèi)星自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)也進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段。航天東方紅衛(wèi)星有限公司、上海微小衛(wèi)星工程中心、哈爾濱工業(yè)大學(xué)衛(wèi)星技術(shù)研究所、長(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)有限公司等衛(wèi)星研制單位均開(kāi)發(fā)并成功應(yīng)用了小衛(wèi)星自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，并在10年間完成了百余顆衛(wèi)星的測(cè)試及發(fā)射任務(wù)。隨著衛(wèi)星產(chǎn)品技術(shù)成熟度的提高，測(cè)試過(guò)程的自動(dòng)化程度也在不斷提升，有效釋放了測(cè)試中人力持續(xù)投入的壓力。但對(duì)于小衛(wèi)星綜合測(cè)試，“計(jì)算機(jī)完全替代人”還有很長(zhǎng)的路要走，用計(jì)算機(jī)軟件替代人腦中復(fù)雜的測(cè)試邏輯、判讀邏輯、異?，F(xiàn)象處置邏輯的技術(shù)就是智能化測(cè)試技術(shù)，這是小衛(wèi)星綜合測(cè)試邁向“無(wú)人測(cè)試”目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。航天東方紅衛(wèi)星有限公司在2018年研制了智能批量測(cè)試系統(tǒng)，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用對(duì)比，多星批量自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)能夠?qū)⑿侨?星座)衛(wèi)星測(cè)試人員的配置數(shù)量由2人每星縮減為2人每5顆星，人力需求量縮減了50%以上。

2 小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)在系統(tǒng)層面打下了深厚的基礎(chǔ)，確定了自動(dòng)化測(cè)試為綜合測(cè)試的核心，而計(jì)算機(jī)技術(shù)是小衛(wèi)星自動(dòng)化測(cè)試的核心，此外，各專項(xiàng)測(cè)試技術(shù)在各類特殊應(yīng)用場(chǎng)景中得到了有效的應(yīng)用。

2.1 系統(tǒng)層面

(1)形成了小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。測(cè)試人員對(duì)測(cè)試過(guò)程的因素制定編寫了標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)不同的小衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)固化，以平臺(tái)為基礎(chǔ)，開(kāi)展整星測(cè)試策略、方法、規(guī)范的研究，對(duì)不同平臺(tái)的小衛(wèi)星的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行梳理，研究通用的測(cè)試方法和手段，制定統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的整星測(cè)試規(guī)范，提高測(cè)試覆蓋性和測(cè)試效率，利用標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試用例進(jìn)行測(cè)試模塊化設(shè)計(jì)。將整星的測(cè)試過(guò)程分解為通用的測(cè)試模塊，定義每個(gè)模塊的標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出，每顆衛(wèi)星可以根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)和研制流程對(duì)模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)組合，從而完成整星綜合測(cè)試，減少對(duì)設(shè)計(jì)師的依賴和由于測(cè)試人員水平引起的測(cè)試偏差[2]。在小衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)化體系下制定小衛(wèi)星綜合測(cè)試體系，從系統(tǒng)級(jí)測(cè)試、專業(yè)級(jí)測(cè)試兩個(gè)方面，編寫了一系列的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范文件[8]。

(2)建立了多級(jí)分布式的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)。小衛(wèi)星電氣地面支持設(shè)備(EGSE)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)。它的功能不僅包括供配電、測(cè)控、數(shù)據(jù)處理、信息加工，還要包括各種模擬、激勵(lì)、仿真，并能支持各個(gè)階段的測(cè)試應(yīng)用。它的組成包括總控設(shè)備和專用測(cè)試設(shè)備，可以根據(jù)需求的不同以各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)[9]。小衛(wèi)星綜合測(cè)試在測(cè)試系統(tǒng)的基本構(gòu)架和測(cè)試設(shè)備通用化的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)測(cè)試流程和測(cè)試方法的規(guī)范化，逐漸形成了通用、穩(wěn)定的多級(jí)分布式的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)(見(jiàn)圖1)。

圖1 多級(jí)分布式的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)

自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)按照不同的應(yīng)用分成5個(gè)層次：接口層、基礎(chǔ)測(cè)試層、分系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用層、整星自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用層和數(shù)據(jù)服務(wù)層。接口層是地面測(cè)試系統(tǒng)與小衛(wèi)星的接口，包括脫落插頭、星表插頭、天線等。基礎(chǔ)測(cè)試層是指總控測(cè)試設(shè)備、專用測(cè)試設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、設(shè)備通信協(xié)議等。在基礎(chǔ)測(cè)試層之上，按照測(cè)試環(huán)路劃分為分系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試和整星自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用層。分系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試通過(guò)獨(dú)立的測(cè)試環(huán)路，由專用測(cè)試設(shè)備實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)計(jì)、測(cè)試執(zhí)行、自動(dòng)化的測(cè)試激勵(lì)和檢測(cè)、自動(dòng)判讀與結(jié)果生成。整星自動(dòng)化測(cè)試則是利用上下行環(huán)路，將分系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試串聯(lián)進(jìn)來(lái)，對(duì)它們進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和控制，完成整星自動(dòng)化的測(cè)試設(shè)計(jì)、自動(dòng)執(zhí)行、自動(dòng)判讀、綜合評(píng)價(jià)等一系列閉環(huán)測(cè)試過(guò)程。數(shù)據(jù)服務(wù)層是利用測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)、監(jiān)視、判讀、查詢、分析、發(fā)布及挖掘等功能[2]。

2.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)

(1)測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。在大量的衛(wèi)星研制測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)起到了至關(guān)重要的作用。一顆小衛(wèi)星的遙測(cè)參數(shù)約5000條，遙控指令約3000條[10]。測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的測(cè)試數(shù)據(jù)是測(cè)試的結(jié)果和測(cè)試質(zhì)量評(píng)估的依據(jù)，對(duì)測(cè)試本身和小衛(wèi)星研制具有重大的意義。小衛(wèi)星綜合測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用需求及構(gòu)建方式基本上都是由“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)-實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)-歷史數(shù)據(jù)庫(kù)”構(gòu)建的三位一體的測(cè)試數(shù)據(jù)服務(wù)中心?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)小衛(wèi)星及地面設(shè)備的參數(shù)、指令配置信息的統(tǒng)一的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)完成小衛(wèi)星綜合測(cè)試數(shù)據(jù)的快速采集處理，利用表格、圖形等形式實(shí)時(shí)完成小衛(wèi)星綜合測(cè)試狀態(tài)的展示和監(jiān)視，多任務(wù)之間實(shí)現(xiàn)多顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)的快速比對(duì)和分析，并同時(shí)向外提供高效、易用的數(shù)據(jù)服務(wù)接口用于測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)化判讀、評(píng)價(jià)與分析；歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是一種基于超大規(guī)模藍(lán)光光盤庫(kù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，結(jié)合磁盤、電子盤和光盤的優(yōu)點(diǎn)與特性，構(gòu)建具有磁、光、電融合的體系結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)小衛(wèi)星數(shù)據(jù)長(zhǎng)期、可靠的保存及數(shù)據(jù)查詢、挖掘。

(2)實(shí)現(xiàn)了智能批量測(cè)試技術(shù)。小衛(wèi)星綜合測(cè)試的自動(dòng)化程度提高，其中重要的發(fā)展方向就是智能化，由系統(tǒng)逐步替代人工的大部分工作，滿足批量化衛(wèi)星測(cè)試任務(wù)帶來(lái)的繁重測(cè)試任務(wù)需求。自動(dòng)化測(cè)試主要體現(xiàn)在實(shí)際測(cè)試執(zhí)行過(guò)程，也就是由人逐個(gè)運(yùn)行測(cè)試用例被測(cè)試工具自動(dòng)執(zhí)行所代替。而智能化測(cè)試技術(shù)的核心是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)在“無(wú)人干預(yù)”的情況下完成測(cè)試輔助設(shè)計(jì)，并具備模擬人腦處理復(fù)雜邏輯的自動(dòng)測(cè)試實(shí)施和測(cè)試評(píng)價(jià)等全流程測(cè)試工作能力。在智能批量測(cè)試系統(tǒng)中，硬件部分通過(guò)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用板卡構(gòu)建具備小型化、低成本、高集成等特點(diǎn)的批量快速測(cè)試設(shè)備，配合高可靠性的智能批量測(cè)試軟件軟件，建設(shè)適應(yīng)小衛(wèi)星發(fā)展需要的測(cè)試系統(tǒng)。智能批量測(cè)試技術(shù)體現(xiàn)了全流程自動(dòng)化測(cè)試的全部?jī)?nèi)涵。在測(cè)試設(shè)計(jì)階段，工作人員進(jìn)行測(cè)試條件輸入、測(cè)試流程規(guī)劃、測(cè)試項(xiàng)目管理，快速生成、修改小衛(wèi)星測(cè)試細(xì)則；在測(cè)試實(shí)施階段，選擇相應(yīng)的測(cè)試模塊和序列并自動(dòng)化執(zhí)行，對(duì)執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)判讀返回；在測(cè)試總結(jié)階段，通過(guò)軟件完成測(cè)試結(jié)果的評(píng)價(jià)與分析。智能批量測(cè)試過(guò)程如圖2所示。

圖2 智能批量測(cè)試過(guò)程

(3)模板總線技術(shù)有效提升了測(cè)試系統(tǒng)集成化程度。微納衛(wèi)星測(cè)試要求地面設(shè)備具備快速展開(kāi)部署及應(yīng)用的能力，分布式小衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)無(wú)法滿足，因此，需要利用模板總線技術(shù)構(gòu)建小型化、集成化、一體化微納衛(wèi)星測(cè)試系統(tǒng)。模板總線屬于內(nèi)部總線，傳輸延時(shí)小、帶寬大，是并行總線，不僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，還能完成同步、觸發(fā)、定時(shí)等功能[11]。隨著芯片功能的增強(qiáng)，模板上芯片數(shù)目越來(lái)越少，連線也越來(lái)越簡(jiǎn)單，總線標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用越來(lái)越多，VXI、面向儀器系統(tǒng)的外圍組件互聯(lián)擴(kuò)展及其下一代(PXI/PXIe)、緊湊型外圍組件互聯(lián)(CPCI)總線在遙控遙測(cè)信號(hào)處理、供配電測(cè)試設(shè)備、測(cè)控基帶設(shè)備等小衛(wèi)星綜合測(cè)試設(shè)備中均有廣泛應(yīng)用。在分布式小衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)控、供配電、總控設(shè)備需要配置3個(gè)20U的機(jī)柜，而利用模板總線技術(shù)構(gòu)建的微納衛(wèi)星測(cè)試系統(tǒng)可以集成在一個(gè)12U的機(jī)柜中，有效提高了測(cè)試系統(tǒng)的小型化和易用性，得到了很好的應(yīng)用效果。

2.3 專項(xiàng)測(cè)試技術(shù)

(1)遠(yuǎn)程測(cè)試技術(shù)成為小衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)測(cè)試中的重要手段。發(fā)射場(chǎng)遠(yuǎn)程測(cè)試是指利用異地通信鏈路實(shí)現(xiàn)研制廠房與發(fā)射場(chǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)互連互通，完成遠(yuǎn)程遙測(cè)數(shù)據(jù)判讀、遙控指令發(fā)送及音視頻交互，兩地協(xié)同開(kāi)展發(fā)射場(chǎng)綜合測(cè)試工作。與傳統(tǒng)的發(fā)射場(chǎng)工作模式相比，發(fā)射場(chǎng)遠(yuǎn)程測(cè)試在確保完成小衛(wèi)星任務(wù)和保證測(cè)試安全的前提下，能解放專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)場(chǎng)量，或者縮短進(jìn)場(chǎng)時(shí)間。通過(guò)遠(yuǎn)程測(cè)試技術(shù)，在極小帶寬的測(cè)試專線中，能實(shí)現(xiàn)小衛(wèi)星遙測(cè)遙控、音頻視頻數(shù)據(jù)跨網(wǎng)段多路并行、雙向交互的最優(yōu)方案，既確保數(shù)據(jù)安全，又使傳輸更加高效。這種方式能改進(jìn)傳統(tǒng)的測(cè)試發(fā)射工作模式，建立覆蓋研制廠房和發(fā)射場(chǎng)的遠(yuǎn)程測(cè)試環(huán)境，形成在發(fā)射場(chǎng)完成實(shí)施和操作、在研制廠房完成數(shù)據(jù)判讀和分析的遠(yuǎn)程測(cè)試模式，減少人員占用，緩解人力資源配置矛盾，提升研制和服務(wù)能力。

(2)基于星載測(cè)試的快速地面測(cè)試技術(shù)是小衛(wèi)星綜合測(cè)試的一種嘗試。在傳統(tǒng)測(cè)試中，主要的測(cè)試環(huán)路是衛(wèi)星與地面測(cè)試系統(tǒng)間的遙控遙測(cè)鏈路，而在基于星載測(cè)試的快速地面測(cè)試中，測(cè)試的發(fā)起端和響應(yīng)端都在星上。以星載測(cè)試單元為核心，采用“指令-遙測(cè)”的簡(jiǎn)單激勵(lì)反饋模式，能更加迅捷、準(zhǔn)確、全面地獲取小衛(wèi)星參數(shù)，是小衛(wèi)星在快速響應(yīng)任務(wù)中實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)化測(cè)試的重要手段?；谛禽d測(cè)試的快速地面測(cè)試技術(shù)主要包含星載測(cè)試單元、星地測(cè)試總線接口協(xié)議和便攜式快速測(cè)試終端3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)[12-13]?；谛禽d測(cè)試的快速地面測(cè)試技術(shù)應(yīng)用如圖3所示。

圖3 基于星載測(cè)試的快速地面測(cè)試技術(shù)應(yīng)用

(3)仿真測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用。小衛(wèi)星模擬器主要用于測(cè)試設(shè)計(jì)驗(yàn)證、地面測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證、在軌指令模板驗(yàn)證、地面應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口對(duì)接、衛(wèi)星地面站人員培訓(xùn)等。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星功能的部分仿真，并形成了一套相對(duì)成熟的研制模式。①采用純數(shù)字化仿真策略，整個(gè)仿真系統(tǒng)配置項(xiàng)均為計(jì)算機(jī)軟件；②采用小衛(wèi)星部分功能數(shù)字化仿真+仿真運(yùn)行環(huán)境模式；③小衛(wèi)星部分功能數(shù)字化仿真采用“關(guān)鍵系統(tǒng)移植星上軟件，重要系統(tǒng)建模，一般系統(tǒng)構(gòu)建指令遙測(cè)關(guān)系”方案，如星務(wù)、控制軟件采用移植星上軟件，電源、數(shù)傳等建立模型(能源、固態(tài)存儲(chǔ)器)，測(cè)控、熱控、有效載荷構(gòu)建遙控遙測(cè)關(guān)系，仿真遙控遙測(cè)層面；④仿真運(yùn)行環(huán)境移植小衛(wèi)星總裝、集成與測(cè)試(AIT)數(shù)據(jù)庫(kù)，姿態(tài)軌道控制動(dòng)力學(xué)計(jì)算、接口和人機(jī)交互；⑤內(nèi)外部接口均為網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)或者用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)，可進(jìn)行功能擴(kuò)展。

3 小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)展望

小衛(wèi)星系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高、批量化研制的需求決定了小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)發(fā)展的核心就是智能化和批量化。應(yīng)用不同于傳統(tǒng)模式的差異化思路解決批生產(chǎn)的難題，依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)提升綜合測(cè)試智能化水平，向無(wú)人化測(cè)試目標(biāo)邁進(jìn)，針對(duì)特殊需求推動(dòng)專項(xiàng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展，使小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)走得更深、更遠(yuǎn)。

3.1 系統(tǒng)層面

(1)應(yīng)用差異化的測(cè)試模式。綜合測(cè)試是整個(gè)小衛(wèi)星研制的末端，測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向是由整個(gè)小衛(wèi)星系統(tǒng)工程的特點(diǎn)及被測(cè)對(duì)象——小衛(wèi)星的發(fā)展方向決定的。從被測(cè)對(duì)象的角度看，小衛(wèi)星及其研制模式在向2個(gè)方向發(fā)展：①由于芯片、軟件、材料技術(shù)的發(fā)展，使同樣質(zhì)量下的小衛(wèi)星可完成的功能越來(lái)越多，能力越來(lái)越強(qiáng)，系統(tǒng)更復(fù)雜，平臺(tái)的承載比提升，有效載荷類型多元化，新技術(shù)、新思路得到應(yīng)用；②星座、星群的任務(wù)需求使小衛(wèi)星必須批量化生產(chǎn)，產(chǎn)品技術(shù)成熟度高，快速生產(chǎn)、快速發(fā)射。因此，小衛(wèi)星綜合測(cè)試模式也將形成差異化，即傳統(tǒng)測(cè)試模式和批量測(cè)試模式。傳統(tǒng)測(cè)試模式下，需要系統(tǒng)級(jí)、專業(yè)級(jí)兩類測(cè)試人員，需要較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)深度，對(duì)系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)和專業(yè)測(cè)試技術(shù)(通信、軟件、電氣、控制、有效載荷等)分別展開(kāi)研究，為復(fù)雜的小衛(wèi)星提供測(cè)試解決方案。批量模式下，需要設(shè)計(jì)、實(shí)施兩類測(cè)試人員，需要完善、有針對(duì)性的批量化測(cè)試設(shè)計(jì)及豐富的測(cè)試實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，分別開(kāi)展批量化測(cè)試設(shè)計(jì)及批量化測(cè)試實(shí)施。

(2)開(kāi)展大規(guī)模批量化生產(chǎn)測(cè)試技術(shù)研究。從一網(wǎng)(OneWeb)公司提出的大型低地球軌道(LEO)衛(wèi)星星座到太空探索技術(shù)(SpaceX)公司的“星鏈”(Starlink)衛(wèi)星逐步部署，大型互聯(lián)網(wǎng)星座任務(wù)對(duì)整個(gè)衛(wèi)星行業(yè)帶來(lái)了巨大的影響[14]。近年來(lái)，我國(guó)小衛(wèi)星一直屬于典型的訂貨型小批量生產(chǎn)，但進(jìn)入“十四五”后，越來(lái)越多批量研制的大型組網(wǎng)飛行項(xiàng)目立項(xiàng)并投入生產(chǎn)階段，大規(guī)模批量化測(cè)試工作已經(jīng)提上日程。目前的單體小批量衛(wèi)星測(cè)試技術(shù)面對(duì)大批量規(guī)模化生產(chǎn)的需求，距離形成脈動(dòng)流水線式的工業(yè)化衛(wèi)星生成模式存在較大差距。批生產(chǎn)模式下，小衛(wèi)星綜合測(cè)試工作要從系統(tǒng)工程的概念出發(fā)，參考國(guó)外柔性生產(chǎn)線、準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)方式、并行工程、多項(xiàng)目管理等先進(jìn)的管理方法，圍繞模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、平臺(tái)化、系列化的制造模式，探索符合自身特點(diǎn)的新型管理模式，實(shí)現(xiàn)從面向小衛(wèi)星到面向生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)變，建設(shè)測(cè)試生產(chǎn)線，從而滿足小衛(wèi)星任務(wù)對(duì)測(cè)試的需求[15]。

3.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)

(1)以“無(wú)人化測(cè)試”為目標(biāo)，提升綜合測(cè)試智能化水平。小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)已經(jīng)由自動(dòng)化測(cè)試階段逐步邁入了智能化測(cè)試階段，但距離“完全取代人”還有很長(zhǎng)的路要走。專家系統(tǒng)、人工智能技術(shù)的快速發(fā)展及其在工業(yè)系統(tǒng)中卓有成效的應(yīng)用，使工業(yè)智能化成為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要趨勢(shì)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，讓人工智能在強(qiáng)化學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等方面取得了巨大進(jìn)步。小衛(wèi)星綜合測(cè)試領(lǐng)域亟待將專家系統(tǒng)、人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到測(cè)試設(shè)計(jì)、測(cè)試實(shí)施、故障診斷、故障預(yù)測(cè)、健康管理、結(jié)果評(píng)價(jià)與分析、決策支持、數(shù)據(jù)挖掘等各個(gè)方面[16-18]?？焖俦憬莸闹悄芘凶x模型描述方法、高實(shí)時(shí)性的智能判讀技術(shù)、基于復(fù)雜邏輯的智能化自動(dòng)執(zhí)行、基于智能判讀模型的測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)與分析、深度學(xué)習(xí)對(duì)智能判讀模型的修正技術(shù)等，是目前需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。

(2)開(kāi)展有效載荷自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)研究。有效載荷作為小衛(wèi)星的主要功能載體，在電性能測(cè)試階段具有測(cè)試組合態(tài)多、測(cè)試階段多、測(cè)試項(xiàng)目多、測(cè)試用例多和測(cè)試結(jié)果比對(duì)多的特點(diǎn)，在整個(gè)小衛(wèi)星測(cè)試周期中占據(jù)了大量時(shí)間[19-20]。小衛(wèi)星有效載荷功能和接口多種多樣，因此需要依據(jù)不同的有效載荷開(kāi)展不同專業(yè)的測(cè)量測(cè)試服務(wù)，根據(jù)不同產(chǎn)品功能系列配備專門的測(cè)試設(shè)備。目前，我國(guó)小衛(wèi)星有效載荷測(cè)試實(shí)現(xiàn)了部分自動(dòng)化，主要在星上設(shè)備指令發(fā)送、遙測(cè)數(shù)據(jù)判讀、地檢設(shè)備操作方面，但有效載荷數(shù)據(jù)自動(dòng)化判讀方面距離完全替代人工判讀也還有一定的差距。小衛(wèi)星綜合測(cè)試應(yīng)該主要以通信專業(yè)領(lǐng)域、光學(xué)遙感專業(yè)領(lǐng)域、微波遙感專業(yè)領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)方向，開(kāi)展有效載荷自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)研究。

3.3 專項(xiàng)技術(shù)

(1)加強(qiáng)可測(cè)試性設(shè)計(jì)，提高綜合測(cè)試有效性。傳統(tǒng)小衛(wèi)星設(shè)計(jì)以功能實(shí)現(xiàn)為主，綜合測(cè)試基本依賴遙測(cè)遙控模擬小衛(wèi)星在軌應(yīng)用，測(cè)試周期長(zhǎng)、效率低、成本高?？蓽y(cè)試性在單機(jī)產(chǎn)品乃至系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)過(guò)程中都沒(méi)有得到足夠的重視。隨著小衛(wèi)星系統(tǒng)功能越來(lái)越復(fù)雜，特別是星上計(jì)算機(jī)能力越來(lái)越強(qiáng)，星上軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜度也在不斷提高，綜合電子技術(shù)、自主健康管理技術(shù)都在飛速的發(fā)展，推動(dòng)著整星級(jí)可測(cè)試性技術(shù)也在不斷向前發(fā)展[21]。同時(shí)，為了適應(yīng)未來(lái)小衛(wèi)星大規(guī)模批量化研制的需求，快速研制、快速測(cè)試、快速發(fā)射都是必須要解決的實(shí)際問(wèn)題，這也給可測(cè)試性技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇。加強(qiáng)可測(cè)試性設(shè)計(jì)，使綜合測(cè)試達(dá)到最大的效能，用最短的時(shí)間、最小的測(cè)試費(fèi)用檢測(cè)出小衛(wèi)星存在的故障或缺陷；提高系統(tǒng)級(jí)可測(cè)試性分析能力，給出最優(yōu)的測(cè)試方法，提高整星的測(cè)試覆蓋性，從而提高小衛(wèi)星產(chǎn)品的可靠性和壽命。

(2)廣泛應(yīng)用遠(yuǎn)程測(cè)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)常態(tài)化多地協(xié)同測(cè)試。小衛(wèi)星雖然“小”，但也是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，分系統(tǒng)眾多、參研單位眾多，研制流程復(fù)雜，測(cè)試、試驗(yàn)、發(fā)射場(chǎng)地分散是其顯著的特點(diǎn)。隨著近年來(lái)高密度發(fā)射的態(tài)勢(shì)，以及后續(xù)大規(guī)模批量化研制進(jìn)程，對(duì)于有限的測(cè)試人員、測(cè)試設(shè)備資源來(lái)說(shuō)，都是巨大的挑戰(zhàn)[22-23]。在提高智能化測(cè)試水平、減少測(cè)試人力占用的同時(shí)，在各測(cè)試、試驗(yàn)場(chǎng)地與各參研單位之間，實(shí)現(xiàn)常態(tài)化多地協(xié)同測(cè)試是需要迫切解決的問(wèn)題之一。遠(yuǎn)程測(cè)試在發(fā)射場(chǎng)的成功應(yīng)用給出了有效的解決思路，廣泛應(yīng)用遠(yuǎn)程測(cè)試技術(shù)，突破物理空間帶來(lái)的限制，是解決小衛(wèi)星人力資源協(xié)調(diào)問(wèn)題的有效途徑。

(3)利用數(shù)字衛(wèi)星提升虛擬測(cè)試能力，為實(shí)物衛(wèi)星測(cè)試提供有力輔助。數(shù)字衛(wèi)星技術(shù)是目前的熱點(diǎn)技術(shù)。針對(duì)部分小衛(wèi)星項(xiàng)目，各階段雖已開(kāi)展一定的數(shù)字化工作，但在小衛(wèi)星工程全生命周期中仍存在部分系統(tǒng)數(shù)字化程度低、系統(tǒng)間信息交互能力弱、流程間模型演化與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)能力差等問(wèn)題[24]。隨著數(shù)字衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，虛擬測(cè)試技術(shù)將大大發(fā)揮其用武之地。尤其是像批產(chǎn)小衛(wèi)星，在數(shù)字衛(wèi)星上開(kāi)展測(cè)試驗(yàn)證、故障注入測(cè)試、異常問(wèn)題排查等工作，將會(huì)是重要的研制手段。數(shù)字衛(wèi)星與虛擬測(cè)試技術(shù)示意如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)小衛(wèi)星綜合測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，從技術(shù)引進(jìn)，到借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)自行研制，再到能夠根據(jù)自己的任務(wù)需求合理預(yù)測(cè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化并逐步邁入智能化測(cè)試，已經(jīng)走出了一條適合我國(guó)小衛(wèi)星行業(yè)發(fā)展的道路。在新的形勢(shì)下，面向小衛(wèi)星大規(guī)模批量化測(cè)試任務(wù)，以及越來(lái)越復(fù)雜的小衛(wèi)星系統(tǒng)，還存在許多關(guān)鍵技術(shù)有待突破和解決。因此，需要不斷學(xué)習(xí)和研究國(guó)內(nèi)外各領(lǐng)域先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)，積極開(kāi)拓創(chuàng)新，改變和解決現(xiàn)有問(wèn)題，以適應(yīng)小衛(wèi)星發(fā)展的測(cè)試需求，為小衛(wèi)星系統(tǒng)研制能力的提升發(fā)揮至關(guān)重要的作用。