一种卫星电子载荷测试方法
【专利摘要】一种卫星电子载荷测试方法，利用卫星的遥测是按照固定时间间隔下传的规律，将其作为电子载荷地面测试设备与星上时间同步的信号，并从中提取星上时间信息，为地面测试设备提供时间基准。采用具备LXI功能的地面测试设备，通过软件和网络进行控制和查询，实现地面测试设备的状态设置与星上设备状态变化同步，并实时查询和记录地面测试设备的状态设置，为电子载荷数据判读提供准确的测试输入条件。测试用例的列表的引入进一步减少了人工操作和减小了误操作风险。本发明适用于星上电子载荷工作模式切换频繁，要求地面测试设备随之相应设置，相关遥测信息更新速度慢的情况。本方法简化了人工操作环节，提高了测试效率，便于工程实现。
【专利说明】一种卫星电子载荷测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电子载荷测试方法，特别是一种在整星条件下的电子载荷测试的 方法，属于测试【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 电子载荷被集成安装在卫星上后，需要在整星条件下对电子载荷的各项功能、性 能进行测试。为模拟卫星在轨的实际工作情况，地面设备将模拟实际的信号来配合电子载 荷测试。电子载荷采用无线或有线的方式接收地面设备产生的模拟信号，根据工作模式和 状态将接收到的模拟信号生成载荷数据，并将这些数据经数传下传至地面应用系统。通过 比对电子载荷产生的数据与模拟信号所对应的预期数据是否相符来判断电子载荷的功能、 性能是否符合设计要求。
[0003] 目前在整星条件下对电子载荷的集成测试，主要是由人工主导完成的。根据电子 载荷工作模式和状态的遥测信息，测试人员设置地面设备状态产生相应的模拟信号，再通 过判断数传下传的电子载荷数据的正确性来完成对电子载荷的各项功能、性能测试。
[0004] 现有整星条件下的电子载荷的测试方法，人工参与较多，自动化程度低，存在下面 三方面的问题：
[0005] 1、地面设备准确配合载荷测试的难度大。电子载荷的遥测信息具有延迟性，遥测 信息反应的载荷状态始终落后于电子载荷的实际状态变化，人工设置地面设备容易错过对 应的载荷状态，特别是在载荷状态切换速度快的情况下尤为明显。
[0006] 2、人工设置地面设备不利于精确判读载荷数据。地面设备的状态设置是按照整星 的测试细则进行的，而地面设备的状态记录都是人工记录，时间的准确度差，使得很难将地 面设备的状态与星上电子载荷的状态在时间上准确对应起来，并且卫星上使用的时钟与地 面所用时钟存在偏差，测试时间越长星上和地面的时间偏差越大，这些都增大了对载荷数 据正确判读的难度。
[0007] 3、人工设置地面设备容易出现错误设置或误操作引起的非预期信号，特别是在地 面设备设置过程复杂的情况下更容易出现错误。而这将使得地面设备产生其它非预期的模 拟信号，干扰载荷数据的判读。这也是往往造成用星上设备验证地面设备的主要原因。
[0008] 这些因素导致整星条件的电子载荷测试效率低。在日益增多的卫星研制任务以及 缩短研制周期的背景下，目前这种电子载荷的测试方法将成为制约卫星研制和生产效率的 一个重要因素。
【发明内容】
[0009] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星电子载荷测试 方法，减少了人工干预的环节，通过引入卫星遥测广播作为同步信号，增加了对地面设备状 态与星上时间的关联记录，为电子载荷数据的判读提供了准确的测试设备状态，采用测试 用例列表和自动控制地面设备，解决了电子载荷地面测试设备与星上状态同步并精确测试 的问题。
[0010] 本发明的技术解决方案是：一种卫星电子载荷测试方法，步骤如下：
[0011] (1)根据卫星电子载荷测试的需求，以列表形式编写各电子载荷的测试用例，测试 用例中包括模拟信号参数、功率和执行时长，所述模拟信号参数包括频率、脉冲宽度和重频 周期；
[0012] (2)卫星上的测控分系统按照预先设定的时间间隔向地面测试网络发送广播遥测 数据，地面测试系统实时记录广播遥测数据并对地面测试系统进行系统延时标定；所述地 面测试系统包括载荷测试计算机、载荷专用测试设备、测控专用测试设备和指令计算机，具 体为：
[0013] 若按照地面指令计算机启动地面测试设备进行系统延时标定，则载荷测试计算机 通过测控专用测试设备接收广播遥测数据并记录当前广播遥测数据中的星上时间，记为 ，在延迟η秒后，载荷测试计算机启动测试程序，记此时刻为t2 = ti+n秒，载荷测试完成 后，判读载荷数据中指令实际执行的时刻，记为t/，在延迟η秒后，分析载荷数据中实际收 到模拟信号源的时刻，记为t2'，测试系统的延迟时间记为X秒，且延迟时间由X = h-t/或 X = t2_t2,获得；
[0014] 若在星上时刻〖3启动星上电子载荷进行系统延时标定，则卫星上的测控分系统按 照预先设定的时间间隔向地面测试网络发送广播遥测数据，载荷测试计算机通过测控专用 测试设备接收到卫星含有t 3时刻的广播遥测数据后，启动地面测试设备，通过载荷专用测 试设备向卫星发送模拟信号，将星上电子载荷接收到该模拟信号的时刻记为t 3'，则测试系 统的延迟时间y可以通过y = t3' -t3计算得出；所述η根据卫星电子载荷设计决定，并确 保此时卫星电子载荷处于正常工作状态；所述广播遥测数据包括卫星星时和卫星各分系统 的遥测参数；
[0015] (3)根据步骤（2)中的系统延时标定结果对地面时钟进行修正，在地面测试系统 按照指令启动测试程序的情况下，若测试系统无法预知指令启动的时间，则通过在接收到 指令启动信号后采取减少第1个测试用例的执行时间X秒的方式进行修正；若按照设定的 星上时间启动测试程序，则通过比设定的星上时间提前y秒启动测试程序来修正，从而使 得星上时间与地面测试系统时间同步；
[0016] (4)地面测试系统读取步骤（1)中的测试用例，并将测试用例中的模拟信号参数 和功率传送给载荷专用测试设备，载荷专用测试设备按照测试用例中的模拟信号参数和功 率发送模拟信号至卫星的电子载荷，并将该模拟信号参数和功率发送给载荷测试计算机记 录，卫星的电子载荷接收到载荷专用设备传送的模拟信号后，产生电子载荷数据，通过数传 专用测试设备传输给载荷测试计算机进行记录，地面测试系统实时记录当前载荷专用测试 设备的状态，所述专用测试设备的状态包括专用测试设备发送的模拟信号、模拟信号参数 和功率；
[0017] (5)在进行步骤（4)的同时地面测试系统实时接收测控专用测试设备转发的广播 遥测数据，记录当前测试用例执行的时长，若小于等于测试用例中预先设定的执行时长，则 继续执行该测试用例，若大于测试用例中预先设定的执行时长，则顺序执行下一个测试用 例；
[0018] (6)重复步骤（4)?步骤（5)，直至所有测试用例均执行完成；
[0019] (7)将步骤（4)中载荷计算机记录的电子载荷数据与输入模拟信号所对应的期望 值进行比对，计算电子载荷数据与期望值之间的差值；若该差值小于等于预先设定的阈值， 则该电子载荷符合要求，否则该电子载荷不符合要求；
[0020] (8)重复步骤（4)?步骤（7)，直至完成星上所有电子载荷的测试。
[0021] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0022] (1)本发明将卫星遥测广播作为地面测试设备的同步信号，实现地面设备与星上 时间基准同步，为地面设备与星上设备时间同步的电子载荷测试提供了时间接口，不需要 在卫星上专门设计并安装设备来实现与地面设备的时间同步接口，避免了在星上增加设备 所带来的风险，同时也节约了卫星研制成本；
[0023] (2)本发明利用地面测试设备的LXI接口，通过软件和网络对地面设备实施控制 和状态查询。软件的程式化控制减少了地面设备测试时人工控制的环节，能够快速实现地 面测试设备的状态切换。测试中所需的测试用例以表格化的形式提前配置，避免了人工实 时设置的问题，也避免了地面设备的错误设置或误操作。与现有的人工记录地面测试设备 状态相比，软件的程序化查询能够实时且快速的记录地面设备状态的变化，提高了效率。
[0024] (3)本发明引入遥测广播作为同步信号，结合软件控制和查询地面测试设备，使得 地面设备状态具备与星上设备状态在时间上准确同步切换的能力；按照星上时间准确记录 了地面设备状态，实现星上时间与地面设备的关联，为电子载荷数据的判读的准确输入条 件。
[0025] (4)本发明具备按照设定星上时间启动或者按照指令启动地面测试设备的功能， 即能适应程控指令启动也能适应手动测试，扩展了地面测试设备对整星测试的适应性。
[0026] (5)本发明即不需要更改卫星上的设备，也不需要更改地面测试系统的设备，方法 实施简单，有利于工程实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本发明设备连接示意图；
[0028] 图2为本发明方法流程；
[0029] 图3为本发明标定测试系统延迟时间的流程图；
[0030] 图4为本发明测试流程图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0032] 本发明提供了一种卫星电子载荷测试方法。本方法是在现有的卫星测试网络基 础上实现的，具体细节见《小卫星测控分系统自动化测试软件设计与实现》，茅欣白，南开大 学，软件工程学位论文，2012和《小卫星测试技术发展与展望》，李培华等，2011年小卫星技 术交流会论文集。
[0033] 如图1所示为本发明的设备连接示意图，由图1可知，与卫星电子载荷测试有接 口关系的分系统包括测控分系统、载荷分系统、数传分系统。与之通过高频电缆连接或无 线连接的地面测试设备为测控SCOE (Specific Checkout Equipent，专用测试设备）、载荷 SC0E (多为模拟信号源，用于产生模拟信号）和数传 SC0E。测控SC0E、载荷SC0E、数传 SC0E、 指令计算机、载荷测试计算机与测试网络通过网线进行连接的。
[0034] 测控分系统主要负责接收测控SC0E转发的射频指令信号，并将星上的射频遥测 信号发送至测控SC0E。测控SC0E主要功能是1.将指令计算机发送的指令信息转换为射频 信号发送给测控分系统，并在测试网络中广播接收到的指令信息；2.将从测控分系统发送 的含有遥测信息的射频信号转换为数字广播信息，并在测试网络中广播。
[0035] 载荷 SC0E 米用具备 LXI (LAN Extensions for Instrumentation)功能的设备，可 以通过网络和程序控制其模拟信号的参数、功率等设置。载荷SC0E主要是1.根据自载荷 测试计算机的控制指令输出相应的模拟信号，2.回复来自载荷测试计算机的状态查询。载 荷分系统通过无线或有线方式接收来自载荷SC0E (-般为模拟信号源）的信号，并将生成 的电子载荷数据传输给数传分系统。电子载荷数据由数传分系统经射频信道传输至数传 SC0E。数传 SC0E主要将数传分系统下传的含有载荷数据信息的射频信号转换成电子载荷 数据信息，并传输给载荷测试计算机。
[0036] 地面测试系统的指令由指令计算机经测试网络发送给测控SC0E，再转发至卫星测 控分系统。遥测计算机通过测试网络接收遥测信息和指令信息广播，测试人员可以通过遥 测计算机查看卫星的遥测信息。
[0037] 载荷测试计算机通过测试网络接收遥测信息和指令信息广播，同时通过网络控 制、查询并记录载荷SC0E (模拟信号源）的状态，判读从数传 SC0E传来的卫星电子载荷数 据。
[0038] 卫星的遥测是严格按照星上时间按照固定格式，以数据包的形式采用固定的频率 进行下传的，所以卫星遥测可以作为地面测试设备的时间基准。卫星的遥测数据包中一般 都包含卫星的星上时间和卫星各分系统的遥测信息。测控SC0E转发遥测广播频率与卫星 的遥测数据包下传的时间间隔是一致的。因此，在测试网络中，测控SC0E转发的遥测数 据包可以作为地面测试系统的时钟同步信号，缩小了地面测试系统的时钟与星上时钟的偏 差。地面测试设备与卫星星上时间的同步精度，取决于卫星的遥测数据包下传的频率。一 般卫星遥测数据包下传频率为4包/秒，其同步精度可以达到0. 25秒。如果需要进一步提 高精度，可以在相邻的两次遥测数据包之间用本地计算机对其进行时刻划分，一般情况下 计算机可以达到毫秒量级时刻划分。考虑到计算机的时钟精度，同步精度进一步提高到百 晕秒量级。
[0039] 每个遥测数据包中均包含星上时间信息，为地面测试系统提取星上时间提供了便 利。因此，通过提取遥测数据包中的星上时间信息来确定卫星上的时间和星上设备状态，并 且载荷测试计算机可以据此启动和切换地面测试设备的状态，减少人工环节。地面发送的 指令经测控SC0E发送给卫星测控分系统的同时，指令信息还会在测试网络中广播且仅广 播一次，以此可以作为载荷测试计算机启动测试程序的信号。广播的内容包括指令码，作为 载荷测试计算机辨别指令是否为载荷启动指令的依据。
[0040] 载荷测试计算机通过遥测广播所解析出的星上时间与星上实际的时间是有延迟 的。延迟因素有来自于测控SC0E对测控分系统之间指令和遥测信息转换的延迟，测控SC0E 与测试网络的指令和遥测信息广播的延迟，载荷计算机在接收到测试程序启动信号直到载 荷SC0E输出模拟信号的延迟，以及卫星接收到指令后到电子载荷实际执行指令的延迟等。 所以，在测试前对这些延迟因素要进行修正，使得地面测试设备与星上时间准确同步，而这 些是在载荷测试计算机中完成的。
[0041] 载荷测试计算机是完成载荷测试的控制中枢，主要功能：1.接收并解析来自测试 网络的遥测和指令广播，2.控制、查询模拟信号源的状态，3.按照星上时间记录模拟信号 源状态，4.根据设定的星上时间或相关卫星指令启动地面测试设备，5.测控前端系统引入 的时延进行修正，6.加载测试用例。载荷测试计算机以遥测广播为同步时钟，以此时钟作为 控制和查询模拟信号源的时间基准；解析遥测广播并修正星上时间信息作为同步时钟的时 亥IJ，模拟信号源的状态记录按照修正测试系统延迟的时钟时刻进行记录。
[0042] 如图2所示为本发明的流程图，由图2可知，本发明提供的一种卫星电子载荷测试 方法，具体步骤如下：
[0043] (1)根据卫星电子载荷测试的需求，以列表形式编写各电子载荷的测试用例，在 测试用例中写明模拟信号参数、功率和执行时长，所述模拟信号参数包括信号频率、脉冲宽 度、重复周期和功率；
[0044] (2)卫星上的测控分系统按照预先设定的时间间隔向地面测试网络发送广播遥测 数据，地面测试系统实时记录广播遥测数据并对地面测试系统进行系统延时标定；所述地 面测试系统包括载荷测试计算机、载荷专用测试设备、测控专用测试设备和指令计算机，标 定测试系统的延迟时间的流程图见图3,具体为：
[0045] 若按照地面指令计算机启动地面测试设备进行系统延时标定，则载荷测试计算机 通过测控专用测试设备接收广播遥测数据并记录当前广播遥测数据中的星上时间，记为 h，在延迟η秒后，载荷测试计算机启动测试程序，记此时刻为t2 = h+n秒，当次载荷测试 完成后，判读载荷数据中指令实际执行的时刻，记为t/，在延迟η秒后，分析载荷数据中实 际收到模拟信号源的时刻，记为t 2'，测试系统的指令启动延迟时间记为X秒，且指令启动延 迟时间由X = t/ 或X = t2' -t2获得；
[0046] 若在星上时刻〖3启动星上电子载荷进行系统延时标定，则卫星上的测控分系统按 照预先设定的时间间隔向地面测试网络发送广播遥测数据，载荷测试计算机通过测控专用 测试设备接收到卫星含有t 3时刻的广播遥测数据后，启动地面测试设备，通过载荷专用测 试设备向卫星发送模拟信号，将星上电子载荷接收到该模拟信号的时刻记为t 3'，则测试系 统的延迟时间y可以通过y = t3' -t3计算得出；所述η根据卫星电子载荷设计决定，以确 保此时卫星电子载荷处于正常工作状态；所述广播遥测数据包括卫星星时和卫星各分系统 的遥测参数；
[0047] (3)根据步骤（2)中的系统延时标定结果对地面时钟进行修正，在地面测试系统 按照指令启动测试程序的情况下，测试系统无法预知指令启动的时间，则需要在接收到指 令启动信号后采取减少第1个测试用例的执行时间X秒的方式进行修正；按照设定的星上 时间启动测试程序，则可以比设定的星上时间提前y秒启动测试程序来修正，从而使得星 上时间与地面测试系统时间同步；
[0048] (4)地面测试系统读取步骤（1)中的测试用例，并将测试用例中的模拟信号参数 和功率传送给载荷专用测试设备，载荷专用测试设备按照测试用例中的模拟信号参数和功 率发送模拟信号至卫星的电子载荷，并将该模拟信号参数和功率发送给载荷测试计算机记 录，卫星的电子载荷接收到载荷专用设备传送的模拟信号后，产生电子载荷数据，通过数传 专用测试设备传输给载荷测试计算机进行记录，地面测试系统实时记录当前载荷专用测试 设备的状态，所述载荷专用测试设备的状态包括载荷专用测试设备发送的模拟信号的参数 和功率；
[0049] (5)在进行步骤（4)的同时地面测试系统实时接收测控专用测试设备转发的广播 遥测数据，记录当前测试用例执行的时长，若小于等于测试用例中预先设定的执行时长，则 继续执行该测试用例，若大于测试用例中预先设定的执行时长，则顺序执行下一个测试用 例；
[0050] (6)重复步骤（4)?步骤（5)，直至所有测试用例均执行完成；具体的测试流程图 如图4所示；
[0051] (7)将步骤（4)中载荷计算机记录的电子载荷数据与输入模拟信号所对应的期望 值进行比对，计算电子载荷数据与期望值之间的差值；若该差值小于等于预先设定的阈值， 则该电子载荷符合要求，否则该电子载荷不符合要求；
[0052] (8)重复步骤（4)?步骤（7)，直至完成星上所有电子载荷的测试。
[0053] 具体实施实例
[0054] 以某型卫星电子载荷为例，该星上电子载荷为接收机设备，主要是接收地面不同 频段的信号，并生成相应的电子载荷数据。卫星的遥测广播频率是4次/秒，地面测试设备 与星上时间的同步精度可达到〇. 25秒。
[0055] 根据照测试项目要求，1.按照指令启动卫星电子载荷测试，工作模式为按照每10 秒在3个射频频段之间顺序循环切换，测试用例为3个，测试电子载荷的测频误差；2.按照 星上时间启动卫星电子载荷测试，工作模式为频段4、5分别按照5秒、15秒依次执行并循环 切换，测试用例为2个，脉宽测量误差。电子载荷的工作模式见表1，表1中对电子载荷两种 工作模式的工作频段和各频段执行时间进行了规定。
[0056] 表 1
[0057]
【权利要求】
1. 一种卫星电子载荷测试方法，其特征在于步骤如下： (1) 根据卫星电子载荷测试的需求，以列表形式编写各电子载荷的测试用例，测试用 例中包括模拟信号参数、功率和执行时长，所述模拟信号参数包括频率、脉冲宽度和重频周 期； (2) 卫星上的测控分系统按照预先设定的时间间隔向地面测试网络发送广播遥测数 据，地面测试系统实时记录广播遥测数据并对地面测试系统进行系统延时标定；所述地面 测试系统包括载荷测试计算机、载荷专用测试设备、测控专用测试设备和指令计算机，具体 为： 若按照地面指令计算机启动地面测试设备进行系统延时标定，则载荷测试计算机通过 测控专用测试设备接收广播遥测数据并记录当前广播遥测数据中的星上时间，记为\，在 延迟η秒后，载荷测试计算机启动测试程序，记此时刻为t 2 = h+n秒，载荷测试完成后，判 读载荷数据中指令实际执行的时刻，记为t/，在延迟η秒后，分析载荷数据中实际收到模拟 信号源的时刻，记为t 2'，测试系统的延迟时间记为X秒，且延迟时间由X = h-t/或X = t2_t2' 获得； 若在星上时刻〖3启动星上电子载荷进行系统延时标定，则卫星上的测控分系统按照预 先设定的时间间隔向地面测试网络发送广播遥测数据，载荷测试计算机通过测控专用测试 设备接收到卫星含有t3时刻的广播遥测数据后，启动地面测试设备，通过载荷专用测试设 备向卫星发送模拟信号，将星上电子载荷接收到该模拟信号的时刻记为t 3'，则测试系统的 延迟时间y可以通过y = t3' -t3计算得出；所述η根据卫星电子载荷设计决定，并确保此 时卫星电子载荷处于正常工作状态；所述广播遥测数据包括卫星星时和卫星各分系统的遥 测参数； (3) 根据步骤（2)中的系统延时标定结果对地面时钟进行修正，在地面测试系统按照 指令启动测试程序的情况下，若测试系统无法预知指令启动的时间，则通过在接收到指令 启动信号后采取减少第1个测试用例的执行时间X秒的方式进行修正；若按照设定的星上 时间启动测试程序，则通过比设定的星上时间提前y秒启动测试程序来修正，从而使得星 上时间与地面测试系统时间同步； (4) 地面测试系统读取步骤（1)中的测试用例，并将测试用例中的模拟信号参数和功 率传送给载荷专用测试设备，载荷专用测试设备按照测试用例中的模拟信号参数和功率发 送模拟信号至卫星的电子载荷，并将该模拟信号参数和功率发送给载荷测试计算机记录， 卫星的电子载荷接收到载荷专用设备传送的模拟信号后，产生电子载荷数据，通过数传专 用测试设备传输给载荷测试计算机进行记录，地面测试系统实时记录当前载荷专用测试设 备的状态，所述专用测试设备的状态包括专用测试设备发送的模拟信号、模拟信号参数和 功率； (5) 在进行步骤（4)的同时地面测试系统实时接收测控专用测试设备转发的广播遥测 数据，记录当前测试用例执行的时长，若小于等于测试用例中预先设定的执行时长，则继续 执行该测试用例，若大于测试用例中预先设定的执行时长，则顺序执行下一个测试用例； (6) 重复步骤（4)?步骤（5)，直至所有测试用例均执行完成； (7) 将步骤（4)中载荷计算机记录的电子载荷数据与输入模拟信号所对应的期望值进 行比对，计算电子载荷数据与期望值之间的差值；若该差值小于等于预先设定的阈值，则该 电子载荷符合要求，否则该电子载荷不符合要求； (8)重复步骤（4)?步骤（7)，直至完成星上所有电子载荷的测试。
【文档编号】G01R31/00GK104215859SQ201410484607
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】曾巍, 刘航 申请人:航天东方红卫星有限公司