摘要：為了縮短周期和減少成本，開發了一種用于衛星系統級測試的“衛星綜合測試通用系統研究”。本文章在簡要說明了系統的主要目標和技術指標后，詳細介紹了系統各個組成部分的技術方案、技術途徑和解決的關鍵技術，歸納了所取得的技術成果和未來發展的設想。  

關鍵詞：衛星；綜合測試；主測試處理；數據庫；局域網（LAN）  

0 引言  

     1990年代以前，我國航天器綜合測試是分散的手工操作模式，這種模式的綜合測試不可能實現自動化。經過多年的努力，在借鑒ETOL(歐洲測試操作語言)系統的基礎上研制了航天器綜合測試系統，改變了傳統測試分散模式的體系結構，形成了以主測試處理器（MTP）為中心的分布式體系結構。但是這個系統基本是為具體型號服務的，沒有發揮計算機的潛能，測試過程的計算機輔助實施、計算機輔助分析能力仍然較差。測試系統不具備通用性；測試過程基本是以人為主的測試，或者測試過程僅僅是人工測試的模仿，還沒有實現真正意義上的測試過程自動化；對測試過程進行了大量記錄，但沒有有效的利用記錄信息進行故障的分析和診斷。為了能夠解決這些問題，適應未來多型號發展的需要，我們開展了衛星綜合測試通用系統項目的研究。  
通過該項目的實施，建立了具有示范性的衛星綜合測試通用平臺及軟件系統，為各類衛星綜合測試軟件提供驗證環境,為今后衛星測試提供綜合測試通用平臺及軟件，系統的主要組成部分MTP（主測試處理器軟件）軟件、數據庫軟件、遙測遙控虛擬儀器具有非常強的通用性，可應用于所有的衛星測試，模塊化的VXI模件可用率為100%，MTP軟件和數據庫可用率達90%以上，從而縮短組建系統的時間50%。  

1  系統技術方案介紹  

1.1 系統組成  

    衛星綜合測試通用系統由主測試處理機（MTP）、遙測/遙控前端設備（TM/TC FEE）、測試操作臺（TCC）、專用測試設備(SCOE)、測試數據顯示器和數據庫服務器及其它設備通過網絡組成，各個設備與MTP遵循用戶規定的通信協議，在演示系統中我們用PC機模擬多個SCOE，系統如圖1所示。  

這樣構成的系統的主要功能是：  
a.通過臍帶電纜對衛星儀器供電控制，以及相關模擬量和數字量參數的測量；  
b.發送遙控命令，驗證星上儀器對命令的執行情況；  
c.接收解調遙測信號，處理遙測數據，實時顯示，歸檔；  
d.MTP對各專用測試設備（SCOE）實施管理和與之進行信息交換；  
e.管理各個SCOE工作，運行各個階段的整星測試程序；  
f.通過數據庫服務器實時連續地記錄測試過程中的事件和測試數據。  

    系統的硬件部分除了VXI接口模塊和匹配器是衛星測試專用的之外，其余部分都是成熟的商用（COTS）產品，包括個人計算機（PC）、操作系統、編程語言和網絡產品。系統可以分解成了七個子系統：主測試處理器（MTP）軟件、基于Linux的測試操作臺（TCC）、測試數據庫服務器軟件、SCOE模擬器軟件、數據顯示器軟件、遙測/遙控前端虛擬儀器以及供配電測試設備（VXI接口）。從在系統中的地位和功能來說，MTP軟件是系統的核心軟件，測試數據庫服務器是和遙測遙控虛擬儀器模塊具有廣泛通用性，本文將重點予以介紹。其余幾部分，用戶可以直接使用，或者根據自己的喜好進行開發。  

1.2  主測試處理器（MTP）軟件  

    MTP軟件的開發環境是基于LINUX操作系統，采用服務器/客戶結構，MTP軟件在服務器端。MTP軟件是集計算機通訊、實時控制、實時數據處理、分析、回放等功能于一體的復雜系統，因此采用多進程并行處理的方式。進程間通過消息機制實現數據的傳遞和進程間的同步。系統在準備階段建立參數描述庫，在運行期間生成的各類監視參數表存放在共享存儲區內，各個進程使用信號燈實現對這些共享區操作的互斥保護，從而以實現多個進程對數據的共享。圖2是MTP軟件的軟件體系結構圖。  
MTP軟件主要包括：系統初始化、遙測參數監視和處理、遙控命令管理、控制命令分析、測試序列管理、測試操作臺管理、專用測試設備（SCOE）管理、數據和事件的回放以及特殊參數的處理等進程。主要的進程的功能概述如下：  



a.    遙測前端處理進程：管理MTP與TMFEE 的數據鏈路，接收來自TMFEE的衛星遙測數據流，判斷數據流的狀態，將數據送處理進程和共享數據區。  
b.    遙控前端處理進程：管理MTP與TCFEE之間的通信接口。根據請求，向TCFEE發送用符號定義的遙控指令，處理指令授權、比對和相關參數。  
c.    SCOE處理進程：管理多個衛星分系統的SCOE，建立SCOE數據鏈路；支持MTP向SCOE設備發送命令和數據，接收來自SCOE的請求和數據。  
d.    控制臺管理進程：管理與測試控制臺前端(TCC)的數據鏈路。該進程可以管理多個TCC；負責TCC信息在網上進行廣播；可在TCC上進行人機交互，可以控制或干預測試過程，包括發送遙控指令;可在TCC上顯示測試狀態，監視參數狀態變化，測試序列的執行情況;在TCC上顯示控制命令、遙控指令的執行情況、狀態變化和有關操作的信息。  
e.    遙測數據處理進程：該進程依據用戶在測試準備階段所定義的實時監視數據表對參數進行監視，也稱監視進程（Monitor）。Monitor進程將收到的遙測數據與參數表定義的數據模型進行比較，對于模擬量要將其轉化成工程值并檢查是否越過上下限。對于數字量要檢查狀態是否改變。  
Monitor進程對格式或包遙測數據的處理方法包括曲線法、公式法、讀原始值法、特殊方法計算等。根據要求可以對參數校準和按照定義的條件進行處理；可以實現參數拼接和數字量提取處理；可以動態加載監視參數表；支持在線修改參數上下限修改、禁止或允許參數監視、顯示參數原始值或工程值、周期性或單詞顯示參數值。  
f.    控制命令分析進程：處理來自TCC、SCOE或測試序列發來的各類控制命令，提交給有關的進程去執行。該進程支持簡單命令和批命令功能；處理與參數監視、遙控發送，測試序列運行等相關的各種命令。  
g.    測試序列管理進程：該進程可以管理16個同時運行的測試序列，測試序列有優先級機制，可以訪問系統中的各類共享數據區。測試序列采用C語言+測試函數編寫，可以接收對測試序列運行管理的控制命令，可以在TCC上顯示測試序列的執行狀態；提供訪問監視參數的原始值和工程值的測試函數；支持發送遙控指令、向SCOE發送信息、接收SCOE的信息、向TCC發送信息、對SCOE狀態進行設置、支持共享全局變量、可以使用循環結構、條件語句、變量定義等語句進行編程；測試序列間可以進行通訊。  
h.    初始化進程：該進程負責系統啟動時創建所需要的共享數據區、消息隊列、信號燈。并將數據準備期間生成的各類監視參數表裝入相應的共享區中。  

1.3  測試數據庫服務器軟件  

     測試數據庫記錄衛星測試過程和結果，用于事后的統計分析。測試數據庫系統的數據源來自EGSE的主測試處理器（MTP）。測試數據庫接收并存儲的數據有：遙控指令、遙測原代碼、SCOE的測試數據、其它測試信息。在衛星測試過程中，測試數據庫在收集數據的同時，應能向網絡用戶提供數據發布服務，以使請求者能夠及時了解測試情況。對測試參數數據能以圖表的形式顯示。數據庫系統應能對測試數據進行下列處理和分析：  
a. 日報生成：統計遙控指令數目、越限參數數目、測試時間、各分系統測試時間、測試項目。  
b.    階段測試報告生成：統計測試項目、遙控指令數目、預定參數曲線、開關機次數、測試時間、各分系統測試時間。階段測試報告的生成是由人為指定和控制的。  
c.    其它統計分析：累計開機時間、開關機次數、指令的執行次數、成功/失敗次數、模擬量遙測在指定時間內的平均/最大/最小值、設備的累計開機時間和開關次數。實現關聯查詢，如A參數處于某種條件下時，B參數的平均/最大/最小值的統計。 



d.    系統管理功能： 配置管理（通訊參數配置MTP地址、數據發送方式）和系統數據（如分系統名稱、參數名稱、分析方法）管理；測試數據庫系統用戶的管理和權限管理，如增加/取消/終止用戶、用戶權限設置/修改等。  

    數據庫服務器被納入EGSE中，它全面實時地記錄和存儲測試過程的數據和事件。數據庫服務器包括接收和存儲模塊（TDR）、實時數據發送模塊（RDS）、數據監視模塊、Web服務器模塊以及在客戶端（Client）的管理和分析模塊組成。圖3為數據庫服務器總體結構圖。  

數據庫各個模塊的功能和相互之間的關系如下：  
• TDR模塊：TDR從MTP接收測試數據（支持TCP/UDP），在進行數據庫操作的同時，向RDS發送接收到的測試數據。  
• RDS模塊：RDS從TDR實時接收測試數據，并且監聽客戶的請求和每個請求的參數集合，將適當的參數遙測值和測試信息傳送給相應的客戶。  
•數據監視器模塊：數據監視作為客戶代理，實時顯示當前監視參數的遙測值以及測試的情況，作為一個整體，還包括網絡通訊的統計信息和用戶控制。  
•管理和分析模塊：管理和分析模塊是一個脫機的系統，作為系統管理員和測試分析員的操作臺，它獨立于測試時間，可以單獨操控。主要任務是系統的管理，如系統數據的輸入、修改，系統用戶及權限的變更等。分析任務是對遙測數據的事后分析，如統計、回放等。  
• 數據庫模塊：作為系統結構的一個單位，數據庫管理系統構成了系統的核心數據存儲部件。  

1.4 TM/TC FEE虛擬儀器  

   TM/TC FEE采用虛擬儀器技術，它的主要任務一是接收衛星遙測信號，完成遙測信號的解調，遙測數據的采集、記錄和處理，并通過網絡送給MTP。其次是產生PSK遙控視頻信號，送到衛星上對被測試設備激勵或控制。  

    該虛擬儀器的TM/TC模塊采用VXI的成熟技術，硬件部分設計是滿足VXI總線規范的模塊形式，按多種型號衛星的要求設計而成。遙測遙控前端機采用外控式的VXI系統，由TM/TC處理計算機，VXI機箱、機箱控制器、系列功能模塊和虛擬處理軟件等部分組成。包括TM模塊和TC模塊，TM模塊包括TM信號模擬源子模塊、TM信號匹配器子模塊、PSK解調器子模塊和PCM解調器子模塊。應用軟件使用了Labwindows/CVI開發工具，為用戶開發了通用的TM/TC前端虛擬儀器。 圖4是TM/TCFEE連接示意圖。  





   該虛擬前端機具有三大特點：①標準的模塊化結構，完全符合VXI的機械和電氣標準，符合“即插即用”標準；②模塊適應當前所有在研的衛星測試需求，可以說是通用化的模塊；③虛擬技術的應用使應用軟件不但提供了友好的人機交互界面，而且也是按照通用化設計的，可以滿足任何在研衛星的測試需求。  
虛擬儀器的重要體現在于軟件。使用虛擬開發工具LabWindows/CVI，為應用提供了人性化的友好界面，圖5是遙測部分的界面。  

2  實現途徑和技術特點  

2.1 實現技術途徑  
       開發過程中采取合理的技術途徑，使項目按時完成和達到了預期的目標。  
a. 注重需求分析  
為了使系統具有通用性，進行了廣泛的、深入的需求分析，由用戶、設計人員和管理人員協同把全部需求加以提煉匯集，形成需求文檔。文檔中詳細闡述功能需求、性能需求、環境需求、接口需求、操作需求、資源需求、驗收需求、文檔需求、安全需求以及可靠性需求等，此外還有可維修性、成本、計劃等方面的需求。要求做到各項需求是不含糊的、完整的、相容的和可測試的。  
b. 強調通用性更注重開放性  
開放式系統是能夠支持新的測試需求、允許靈活地進行更新和引入新技術并且對現存的設備影響最小的系統。開放式系統強調使用已被認可的工業標準去規定體系結構組成部分的性能和接口要求。在課題研究中我們在硬件上采用標準的VXI接口，采用廣泛技術支持和應用的以太網結構，采用商用（COTS）成熟的計算機及其開發環境（操作系統和編程語言），為系統的開放奠定了基礎。   
c.開發階段受控和應用驗證  
• 開發過程遵循自頂向下的方法，即系統級、子系統級和模塊級；測試工作遵循自下向上的方法；  
• 軟件經歷原型樣機階段，硬件經歷初樣階段；  
• 關鍵點的階段性評審，如MTP軟件的需求和結構設計評審，數據庫軟件的設計評審等；  
• 系統中的主要部分在某些衛星的測試中得到了應用驗證。  

2.2 技術特點  

   該系統是在借鑒了過去型號應用的經驗，廣泛收集應用需求的基礎上開發而成。它除了具備了以往類似系統的功能和通用性之外，還具備如下技術特點。  
a. 一臺服務器實現多星同時測試      
采用一臺服務器，同時支持多顆不同類型的衛星的測試。系統通過提供配置文件的功能，定義不同衛星測試所需的監視參數表、配置文件和不同的網絡連接端口，定義不同衛星各自的共享區名和消息隊列名，通過多進程控制和通信技術，實現了虛擬服務器功能，可以同時處理多個遙測設備、遙控設備、專用設備發來的各種數據和控制命令。  
b. 外掛處理方法  
為了方便特殊遙測數據的處理，通過建立外掛處理程序的方式，為用戶提供了可以隨意增加數據處理方法的能力。用戶可以編制自己的處理函數，外掛處理程序無需與遙測數據處理程序鏈接即可運行。系統還提供了用戶在處理函數中獲取和設置各種遙測參數原始值和工程值的方法。  
c. 基于數據庫的測試參數定義及在線修改動態加載功能  
采用數據庫技術來管理測試監視參數表，通過對數據庫表中的數據項進行相關檢查，提高了數據定義的正確性，便于數據檢索和修改。使重新修改的數據通過動態加載，能夠直接在測試中生效。  
d. TCC軟件（測試操作臺軟件）   
在Linux操作系統下引入了圖形用戶界面。MTP的服務器操作界面采用KYLIX 3.0開發，操作方式和Windows操作完全一致。同時，為每一種操作設計了多種快捷的操作手段。每一顆衛星在測試中都允許多個操作控制臺同時運行，不同的操作控制臺發出的各種命令和結果都能其在操作控制臺上顯示，并進行歸檔。  
e. 衛星測試數據庫服務器的建立  
系統首次建立了用于衛星綜合測試的數據庫服務器系統，它具備了B/S（瀏覽器/服務器）和C/S（客戶機/服務器）兩種體系結構的特點，使系統的各個部分的接入靈活，可以分別創建和開發，體現了開放式特點。  

3  結束語  

    該系統可以直接或間接用在目前和未來我國的衛星測試中，但是技術的發展是相互關聯和無止境的。隨著國民經濟對航天技術需求的增加，各種類型衛星的功能越來越強，系統越來越復雜。這樣就給從事測試和設備研制的人員提出了苛刻的要求，既要滿足多型號測試應用的要求，又要溶入新的技術，本課題仍然有些部分需要進一步延伸和提高。  

參考文獻  
[1]王慶成，陳逢田等. 一種航天器通用測試軟件.自動測量與控制.1995.  
[2]張翰英.衛星電測技術.宇航出版社.1999.