李 暢，易 進(jìn)，袁建富，任 迎

（長(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

0 引言

隨著商業(yè)衛(wèi)星的快速發(fā)展，對(duì)衛(wèi)星組網(wǎng)，星座建立提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，衛(wèi)星制造將從“研制”向“批產(chǎn)”模式邁進(jìn)，這對(duì)衛(wèi)星的測(cè)試工作是全新的挑戰(zhàn)。手動(dòng)發(fā)送遙控指令，判讀遙測(cè)狀態(tài)的測(cè)試方法無(wú)法保障衛(wèi)星的研制周期，消耗大量時(shí)間、人力資本，不適用于批產(chǎn)衛(wèi)星的測(cè)試模式，須探究和開(kāi)發(fā)更具競(jìng)爭(zhēng)力的、高效的測(cè)試系統(tǒng)。針對(duì)批量衛(wèi)星測(cè)試，相關(guān)研究人員進(jìn)行了衛(wèi)星通用自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究[1-4]，以及并行自動(dòng)化測(cè)試軟件設(shè)計(jì)[5-10]。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星的研制流程，測(cè)試主要包括桌面聯(lián)試、模飛測(cè)試、環(huán)境試驗(yàn)等，貫穿于衛(wèi)星測(cè)試的整個(gè)周期[11]。本文針對(duì)模飛測(cè)試進(jìn)行優(yōu)化，打破現(xiàn)有的1 人1星、發(fā)送指令、遙測(cè)判讀、執(zhí)行確認(rèn)、記錄結(jié)果、數(shù)據(jù)接收、手動(dòng)解圖的測(cè)試方法，全面引入自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)1 名測(cè)試人員完成多星并行的模飛測(cè)試，減少人員干預(yù)，提高測(cè)試可靠性以及效率，縮短測(cè)試周期。

1 模飛測(cè)試架構(gòu)

模飛測(cè)試是模擬衛(wèi)星各個(gè)飛行階段的特定環(huán)境，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間不間斷的綜合電性能測(cè)試，檢驗(yàn)飛行程序的正確性，考核各分系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，檢驗(yàn)星上信息通道傳遞的可靠性，是驗(yàn)證衛(wèi)星在軌能否正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

模飛測(cè)試的基本架構(gòu)主要包括地面測(cè)試設(shè)備以及測(cè)試服務(wù)器、測(cè)試終端。測(cè)試設(shè)備包括：遙控遙測(cè)調(diào)制解調(diào)器；CAN 總線監(jiān)視設(shè)備；數(shù)傳數(shù)據(jù)地面接收器；PXI架構(gòu)閉環(huán)模擬器；導(dǎo)航信號(hào)模擬器，將閉環(huán)動(dòng)力學(xué)的軌道UTC 信息轉(zhuǎn)換為真實(shí)的導(dǎo)航信號(hào)，通過(guò)射頻鏈路連接至星上，可更好地模擬衛(wèi)星的真實(shí)在軌情況。測(cè)試服務(wù)器進(jìn)行遙測(cè)解析并存儲(chǔ)在MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中。測(cè)試終端負(fù)責(zé)發(fā)送指令以及星上遙測(cè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。模飛測(cè)試架構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 模飛測(cè)試架構(gòu)圖

基于PXI 架構(gòu)的衛(wèi)星地面閉環(huán)模擬器上兩個(gè)核心的組成部分，分別是Custom Device 和動(dòng)力學(xué)模型。Custom Device 是根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行的接口協(xié)議編寫(xiě)的星上設(shè)備單機(jī)，可以看作衛(wèi)星姿控部件的模擬器，用以模擬星上部件在軌運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。Custom Device 通過(guò)RT FIFO與運(yùn)行在RT 上的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行通信，動(dòng)力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)了空間環(huán)境的仿真。

模飛測(cè)試中，在星箭分離后，中心機(jī)通過(guò)功能模塊按照一定的通信協(xié)議將命令發(fā)送到Custom Device 的執(zhí)行器，模擬中心機(jī)對(duì)星上執(zhí)行器的控制情況。Custom Device 執(zhí)行器信息發(fā)送至動(dòng)力學(xué)模型，動(dòng)力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)空間環(huán)境仿真，根據(jù)執(zhí)行器的信息，通過(guò)空間模型的計(jì)算將得到敏感器在軌運(yùn)行感知數(shù)據(jù)。動(dòng)力學(xué)模型將動(dòng)力學(xué)仿真的狀態(tài)傳遞給Custom Device 中的敏感器，用以模擬衛(wèi)星姿控敏感器在空間環(huán)境下的工作狀態(tài)。Custom Device 敏感器按照中心機(jī)的協(xié)議通過(guò)模擬的星上物理接口將敏感器的值返回給中心機(jī)。從而完成阻尼模式及業(yè)務(wù)模式下姿控分系統(tǒng)的測(cè)試。

在模飛測(cè)試衛(wèi)星姿態(tài)對(duì)日穩(wěn)定后，對(duì)在軌業(yè)務(wù)模式及配置參數(shù)進(jìn)行遍歷，模擬衛(wèi)星在軌姿態(tài)及載荷的執(zhí)行情況，測(cè)試人員上注業(yè)務(wù)并對(duì)衛(wèi)星執(zhí)行時(shí)星上狀態(tài)遙測(cè)進(jìn)行判讀，完成星上下傳圖像信息的數(shù)據(jù)解析，驗(yàn)證衛(wèi)星在軌運(yùn)行情況。

2 模飛自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

模飛自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)是在模飛測(cè)試架構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入自動(dòng)化測(cè)試，解決業(yè)務(wù)上注、參數(shù)判讀、數(shù)據(jù)接收以及圖像解析四大技術(shù)難題，從根本上解放測(cè)試壓力。

2.1 業(yè)務(wù)自動(dòng)上注

模飛測(cè)試中業(yè)務(wù)遍歷環(huán)節(jié)，當(dāng)前應(yīng)用的測(cè)試方法是手動(dòng)填寫(xiě)并記錄測(cè)試參數(shù)，每顆衛(wèi)星都需1 名測(cè)試人員完成測(cè)試。對(duì)于批產(chǎn)化衛(wèi)星，該方法對(duì)測(cè)試人員需求大，一致性較差，測(cè)試成本高。因此，采用業(yè)務(wù)自動(dòng)上注并記錄的方式，便于查詢問(wèn)題，極大地減少了測(cè)試人員工作量，提高測(cè)試效率。

基于LabVIEW 編寫(xiě)業(yè)務(wù)自動(dòng)上注軟件，具體上注流程為：(1)程序加載業(yè)務(wù)規(guī)劃表、軌道星下點(diǎn)經(jīng)緯度表，讀取各個(gè)業(yè)務(wù)所需配置參數(shù)以及星下點(diǎn)經(jīng)緯度信息；(2)選擇上注方式，分為手動(dòng)上注和自動(dòng)上注兩種，手動(dòng)上注是只上注任意一條所選擇的業(yè)務(wù)，自動(dòng)上注是從所選的業(yè)務(wù)開(kāi)始按可配置的時(shí)間間隔逐條順序自動(dòng)上注；(3)根據(jù)讀取的相應(yīng)參數(shù)配置、業(yè)務(wù)執(zhí)行的UTC 時(shí)間以及該時(shí)間所對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度生成業(yè)務(wù)指令；(4)選擇上注通道，遍歷星上可用于上注的所有通道；(5)記錄上注業(yè)務(wù)指令的原碼以及業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)的星上UTC 時(shí)間，作為測(cè)試存檔，便于問(wèn)題分析；(6)讀取自動(dòng)化測(cè)試服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)遙測(cè)數(shù)據(jù)判斷業(yè)務(wù)是否上注成功，若成功，將按給定的時(shí)間間隔自動(dòng)上注下一條業(yè)務(wù)，若失敗，將彈出對(duì)話框提醒，并停止自動(dòng)上注，待解決問(wèn)題后繼續(xù)上注。業(yè)務(wù)上注流程圖如圖2 所示。

圖2 業(yè)務(wù)上注流程圖

業(yè)務(wù)自動(dòng)上注軟件操作簡(jiǎn)便，降低操作失誤概率，在硬件測(cè)試環(huán)境滿足的條件下，可多顆衛(wèi)星同時(shí)操作，實(shí)現(xiàn)1 名測(cè)試人員為多顆衛(wèi)星進(jìn)行業(yè)務(wù)上注，保證了批產(chǎn)化衛(wèi)星測(cè)試一致性。軟件操作界面如圖3 所示，該軟件已投入使用，在6 顆星并行測(cè)試中，效果顯著。

圖3 業(yè)務(wù)上注操作界面

2.2 遙測(cè)自動(dòng)判讀

業(yè)務(wù)成功上注后，需對(duì)業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)星上狀態(tài)以及配置參數(shù)的正確性進(jìn)行判讀。目前常用的方式仍是人工判讀，工作量較大。衛(wèi)星遙測(cè)下傳，在測(cè)試服務(wù)器中進(jìn)行解析并存儲(chǔ)在MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中，遙測(cè)自動(dòng)判讀程序通過(guò)ODBC 接口對(duì)遙測(cè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行重訪，獲取所需遙測(cè)解析值判讀衛(wèi)星狀態(tài)，從而提高測(cè)試可靠性與時(shí)效性，可廣泛應(yīng)用到批產(chǎn)化衛(wèi)星的測(cè)試工作中。

遙測(cè)自動(dòng)判讀中序列編寫(xiě)方式有兩種：第一種是將規(guī)劃業(yè)務(wù)預(yù)先定義的判讀條件編寫(xiě)成單獨(dú)序列，每一條業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)唯一的判讀序列，配置參數(shù)固定，該方法適用于衛(wèi)星定型后的測(cè)試，對(duì)配置參數(shù)改動(dòng)量較小；第二種是將配置參數(shù)寫(xiě)入Excel 表格，通過(guò)查詢業(yè)務(wù)序號(hào)讀取對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)的配置參數(shù)，并根據(jù)星上狀態(tài)進(jìn)行判讀，所有業(yè)務(wù)都使用一個(gè)判讀序列的架構(gòu)，該方法適用于衛(wèi)星研制階段，衛(wèi)星的配置參數(shù)需不斷改變，根據(jù)需求可選擇不同處理方法。具體的遙測(cè)自動(dòng)化判讀流程為：(1)判斷衛(wèi)星的運(yùn)行模式，當(dāng)衛(wèi)星為在軌待機(jī)模式時(shí)，序列跳轉(zhuǎn)至無(wú)業(yè)務(wù)模式序列，對(duì)星上重點(diǎn)參數(shù)狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)判讀，當(dāng)獲取到衛(wèi)星為業(yè)務(wù)模式時(shí)，跳轉(zhuǎn)到業(yè)務(wù)判讀序列；(2)跳轉(zhuǎn)到業(yè)務(wù)判讀序列后，獲取星上UTC 時(shí)間與業(yè)務(wù)自動(dòng)上注保存的業(yè)務(wù)執(zhí)行UTC 時(shí)間對(duì)比，判斷當(dāng)前執(zhí)行的業(yè)務(wù)序號(hào)；(3)根據(jù)得到的業(yè)務(wù)序號(hào)獲取該業(yè)務(wù)的配置參數(shù)，從自動(dòng)化測(cè)試服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取星上相對(duì)應(yīng)的遙測(cè)參數(shù)進(jìn)行判讀，從而判斷該業(yè)務(wù)執(zhí)行期間星上狀態(tài)是否正確，若判讀結(jié)果有誤，序列將報(bào)錯(cuò)并退出，相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果形成測(cè)試報(bào)告，記錄測(cè)試相應(yīng)數(shù)據(jù)，(4)業(yè)務(wù)結(jié)束后將繼續(xù)判讀衛(wèi)星的運(yùn)行模式，循環(huán)上述操作。具體的遙測(cè)自動(dòng)化判讀流程圖如圖4 所示。

圖4 業(yè)務(wù)判讀流程圖

基于TestStand 編寫(xiě)的遙測(cè)自動(dòng)判讀軟件可選擇測(cè)試對(duì)象數(shù)量，滿足多顆衛(wèi)星并行測(cè)試的需求。實(shí)現(xiàn)1 名測(cè)試人員監(jiān)測(cè)多顆衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)，將測(cè)試人員從繁重且重復(fù)的工作中解放，集中精力解決問(wèn)題。

2.3 數(shù)據(jù)自動(dòng)接收

測(cè)試中的數(shù)傳業(yè)務(wù)，需要數(shù)傳數(shù)據(jù)地面接收器接收星上下傳的圖像數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在指定位置。當(dāng)多顆衛(wèi)星同時(shí)進(jìn)行數(shù)傳業(yè)務(wù)時(shí)，一名測(cè)試人員無(wú)法兼顧所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。數(shù)據(jù)自動(dòng)接收軟件將替代人工操作，完成這一過(guò)程。

數(shù)據(jù)自動(dòng)接收軟件嵌入在遙測(cè)自動(dòng)判讀序列中，具體操作流程如下：(1)星上進(jìn)入數(shù)傳模式，軟件程控地檢配置速率；(2)判斷地檢射頻鏈路是否鎖定；(3)鎖定后開(kāi)始存儲(chǔ)接收數(shù)據(jù)；(4)數(shù)傳業(yè)務(wù)結(jié)束后，停止數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)自動(dòng)接收流程圖如圖5 所示。

圖5 數(shù)據(jù)接收流程圖

2.4 圖像自動(dòng)解析

數(shù)據(jù)下傳存入指定位置后，需對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。多星測(cè)試并行進(jìn)行，數(shù)據(jù)需批量處理。應(yīng)用Python編寫(xiě)圖像自動(dòng)解析程序，提高圖像解析效率，針對(duì)問(wèn)題數(shù)據(jù)有效分析。

圖像自動(dòng)解析具體操作流程如下：(1)判定需要解析文件創(chuàng)建時(shí)間，忽略掉前期文件；(2)判斷輸入文件夾的文件是否已解析完成，根據(jù)是文件名的后綴是否帶_DONE；(3)如未完成，修改deicc.xml 中文件輸入輸出路徑；(4)調(diào)用GF03D.exe 開(kāi)始解圖；(5)解圖完畢，修改輸入輸出文件的名字，加上后綴_DONE；(6)判讀圖像的行流水號(hào)、成像處理箱的輔助數(shù)據(jù)，查看是否存在數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，如果有在窗口打印錯(cuò)誤信息，同時(shí)寫(xiě)在GAP.txt文件中；(7)循環(huán)上述操作。圖像自動(dòng)解析軟件如圖6所示。

圖6 解圖及判讀輔助數(shù)據(jù)

3 并行模飛自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，模飛自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)已在批產(chǎn)衛(wèi)星測(cè)試中應(yīng)用。在長(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司的高分03 批產(chǎn)項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了6 顆衛(wèi)星進(jìn)行并行模飛自動(dòng)化測(cè)試從業(yè)務(wù)上注到遙測(cè)判讀、從數(shù)據(jù)接收到圖像解析均由1 名測(cè)試人員進(jìn)行。單顆衛(wèi)星每天業(yè)務(wù)測(cè)試量可達(dá)到30+，超額完成測(cè)試需求。圖7 是6 顆衛(wèi)星并行進(jìn)行模飛測(cè)試。在測(cè)試過(guò)程中，降低了測(cè)試人員的干預(yù)，有效避免了由于人員操作失誤導(dǎo)致的測(cè)試問(wèn)題，并保證了衛(wèi)星測(cè)試的一致性，進(jìn)一步完善模飛測(cè)試流程。

圖7 并行模飛測(cè)試系統(tǒng)

批產(chǎn)衛(wèi)星6 顆并行模飛自動(dòng)化測(cè)試相較于單顆衛(wèi)星模飛測(cè)試，測(cè)試效率提高了66%，測(cè)試人員從6 人銳減到1 人，有效降低測(cè)試成本，縮短測(cè)試周期，順應(yīng)批產(chǎn)化衛(wèi)星測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)。衛(wèi)星的并行模飛測(cè)試不僅對(duì)衛(wèi)星測(cè)試進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，同時(shí)也進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋箿y(cè)試更加立體化，針對(duì)測(cè)試中出現(xiàn)的問(wèn)題可多顆衛(wèi)星同時(shí)進(jìn)行對(duì)比，更加高效地發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

4 結(jié)論

基于批產(chǎn)衛(wèi)星測(cè)試需求提出的并行模飛自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，有效地解決測(cè)試方法與測(cè)試需求間的矛盾，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動(dòng)上注、遙測(cè)自動(dòng)判讀、數(shù)據(jù)自動(dòng)接收、圖像自動(dòng)解析，滿足在測(cè)試人員不增加且測(cè)試設(shè)備充足的條件下可進(jìn)行多顆衛(wèi)星并行測(cè)試的要求。該測(cè)試系統(tǒng)極大地提高了測(cè)試效率，降低了測(cè)試時(shí)間及人力成本，增強(qiáng)了測(cè)試可靠性及一致性，加速衛(wèi)星生產(chǎn)工業(yè)化進(jìn)程。

面向批產(chǎn)衛(wèi)星的并行模飛自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)已投入使用，在批產(chǎn)衛(wèi)星的測(cè)試中已完成多次驗(yàn)證，測(cè)試效果良好，達(dá)到預(yù)期要求，可應(yīng)用到各型號(hào)衛(wèi)星的批產(chǎn)測(cè)試。