专利名称：一种三星星座分布式并行测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于卫星自动化测试的分布式并行测试系统。
背景技术：
卫星星座是为完成某一特定空间任务而协同工作的多个卫星的集合，组成星座的卫星群具有主从关系，主节点卫星负责收集从节点卫星的遥测量及数传信息传送至地面测控和应用系统，同时负责接收地面系统的星座指令实现对星座卫星的控制和管理。三星星座卫星由一颗主星与两颗副星组成。在轨正常星座模式通过星间链路分系统建立，主星单独对地，副星的测控及数传信息均交给主星进行收集或转发。另外，在星座建立之前以及星间链路故障时，三颗卫星均存在独立工作的状态。在保障单星功能、性能及分系统间接口正确性的前提下，进一步组建星座模式，完成星间接口及三星组网工作的各种性能、功能测试，以验证单星及星座各种状态下卫星的可靠工作能力，是三星星座电性能·测试的任务。目前，多星并行测试仅实现了一套测试系统分时完成对多颗卫星的测试及多套系统同时完成对多颗卫星的并行测试，测试系统的集成化程度不高，未能实现一套系统对多颗卫星的分布式并行测试，并且多颗卫星为独立工作的关系，而且未涉及到星座测试系统的概念。2011年第I期《计算机测量与控制》中的一篇名为“卫星星座综合测试系统研究”论文概括性的介绍了星座测试系统的组成，文中仅罗列出了系统中各组成部分的集成实现方法，缺少星座测试系统的整体性描述，而且未分析不同测试阶段、不同测试状态下测试系统的独特性，尤其是缺少可行的测试系统构建方法和操作步骤，不具备可操作性。
实用新型内容本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种三星星座分布式并行测试系统，通过引入多链路、多通道、集成化技术完成多种测试形态下的测试设备平滑转换，避免过长时间的三星串行测试，实现了三星同步并行、三星异步异地并行、三星串行等多种模式的测试。本实用新型的技术解决方案是一种三星星座分布式并行测试系统，包括主星、第一副星、第二副星、信道模拟器、星座时差测量系统、姿控测试系统、供配电测试系统、星务测试系统、测控测试系统、遥测遥控前端、数传测试系统、载荷信号模拟源、星间链路模拟器、总控测试设备；主星通过控制开关与第一信道模拟器有线连接，主星通过控制开关与第二信道模拟器有线连接，第一信道模拟器通过控制开关与第一副星有线连接，第二信道模拟器通过控制开关与第二副星有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的星表接头及脱落电连接器经控制开关与姿控测试系统有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的脱落电连接器与供配电测试系统有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的脱落电连接器经控制开关与星务测试系统中的422设备有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的CAN总线与星务测试系统中的CAN监视器有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的星地测控接口经控制开关与测控测试系统有线连接，测控测试系统经遥测遥控前端有线接至电测间综合测试网；主星、第一副星和第二副星均通过各自的星地数传接口经控制开关与数传测试系统有线连接；主星、第一副星和第二副星上搭载的有效载荷均通过各自的有效载荷接口经控制开关与载荷信号模拟源有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的秒脉冲信号经控制开关与星座时差测量系统有线连接；主星、第一副星和第二副星通过控制开关与各自对应的星间链路模拟器有线连接；姿控测试系统、供配电测试系统、星务测试系统、数传测试系统、载荷信号模拟源、星座时差测量系统和总控测试设备均通过网络有线连接至电测间综合测试网；由总控测试设备完成对主星、第一副星、第二副星的三星并行测试控制或者对主星、第一副星、第二副星构成星座后的星座测试控制。本实用新型与现有技术相比的优点在于为了解决“星座”带来的更多测试任务和测试难题，秉承“全面、高效”的理念，提出了全新的三星星座分布式并行测试系统，该系统按照统一网络集中控制、各类设备分布实施，将卫星综合测试中的各种职能进行合理分配，旨在优化测试流程、提高测试效率和测试质量。I、本实用新型按照小卫星星座测试系统的设计方案，以“三星工厂单星测试一三 星工厂星座联试一三星单星大型试验一三星星座大型试验一三星发射场测试”为基准，对星座测试阶段进行了划分，各测试阶段与各种测试方式一一对应，实现了多种测试形态下的测试设备平滑转换。2、本实用新型将三星星座测试总体上分为“星座”和“单星”两种状态，以总控测试设备为主节点，其它分系统测试设备为从节点，在测试开始前，按照该测试阶段是“单星”或是“星座”模式，保持地面设备二级分布式架构不变，仅按需加入或精简各从节点，即可快速完成测试系统的搭建，使得整个测试系统处于动态调配管理下，更加灵活的组成各种测试模式。3、本实用新型提出的三星同步并行测试方式及三星异步异地并行测试方式，取代了三星串行测试流程，充分分析测试项目的兼容性和排斥性，对可兼容的测试项目实现完全并行的方式，而对于互斥的测试项目则采用“交叉并行”的解决方案，实现了分布式并行测试。4、本实用新型充分利用测试设备的集成化和多链路的设计特点，在优化了测试流程的基础上，提高了测试设备的利用率，减少了人力资源需求，同时缩短了星座卫星综合测试的周期，大大降低了企业的人力、设备、时间等卫星研制成本，降低了测试人员的工作强度，确保了卫星产品的安全和质量。5、本实用新型中采用的各分系统测试设备具有通用化的特点，可应用于多种组合方式的单星测试和多个不同卫星的并行测试等。
图I为本实用新型测试状态的组成原理图；图2为本实用新型适用的星座测试阶段划分示意图。
具体实施方式
[0015]如图I所示，为本实用新型测试系统的组成原理图。在单星测试阶段，利用并行测试方法，在同一时间内完成多项卫星测试任务，包括在同一时间内完成对多个被测卫星单元的测试，或者异步、异地并行完成对多个被测卫星单元的测试；在星座测试阶段，是将三颗卫星耦合为一颗“虚拟星”，通过地面测试系统的星座模式设置，仅使用一条星地链路对“虚拟星”进行集中管理，实现对一颗主星、两颗副星的遥控指令发送、遥测数据采集、数传数据采集、星间测量信息采集处理等任务。具体实施方案如下(I)采用“主-从网络架构”的方式，保持主节点(即总控测试设备0C0E)的集中控制功能，对从节点(即分系统测试设备SC0E)进行动态管理和分配，从节点可根据卫星状态和测试阶段加入或退出并行测试系统。(2)采用“三星同步并行测试”方式，利用各分系统地面测试设备多通道的特性，配置测试设备、规划测试项目，保证多通道链路在互不干涉的情况下，进行三星同步并行测 试，完成单星各分系统功能、性能及接口测试。(3)采用“星座联试”方式，设置地面测试设备均工作在星座模式下，完成星座模式下卫星信息数据流的统一管理和多项星间测试项目。(4)采用“三星异步异地分布式并行测试”方式，弱化了力学试验条件限制，将原本只能三星串行进行测试的流程，借用该模式，按照“交叉并行”的方式，实现多星异步异地并行测试。 (5)采用“三星并行热试验”方式，将三颗卫星放置在不同的真空容器内，通过星间有线连接，重构出星座测试模式，模拟卫星在轨工作工况，验证星座卫星在空间环境下各项性能指标的正确性。如图I所示，本实用新型测试系统主要包括主星、副星I、副星2、信道模拟器、星座时差测量系统、姿控测试系统、供配电测试系统、星务测试系统、测控测试系统、遥测遥控前端、数传测试系统、载荷信号模拟源、星间链路模拟器、总控测试设备等。其中星座时差测量系统的结构及使用方法参见专利号为201020574949. X，名称为“一种三星星座时差测试系统”的专利；供配电测试系统的结构及使用方法参见专利号为200920110360. 1，名称为“一种支持星座测试的地面供配电测试系统”的专利；遥测遥控前端的结构可参见专利号为200920246994. X，名称为“一种基于Cortex基带设备的遥测前端”的专利以及专利号为201010532698. 3，名称为“一种通用遥控前端”的专利；测控测试系统的结构可参见专利号为201010270200. 0，名称为“一种用于三星并行测试的扩频测控综合测试系统”的专利；数传测试系统的结构可参见专利号为200920277496. 1，名称为“一种用于卫星数传分系统的测试设备集成系统”的专利；总控测试设备的结构可参见专利号为200710178501. 9，名称为“一种卫星分包遥测数据的解包方法”的专利、专利号为200710177502. 1，名称为“一种卫星自动化测试平台及测试方法”的专利以及专利号为200910237625. 9，名称为“一种适用于小卫星的分布式测试控制系统”的专利；姿控测试系统可参考“乔延枫.小卫星姿态控制系统的地面测试方法[J].红外，2002 (3)”中所述的系统组成方法；星间链路模拟器的结构可参见专利号为200810103362. 8，名称为“双向测距与时间比对处理终端”的专利；信道模拟器采用DBM公司的SLE70-2-140，载荷信号模拟源采用Agilent公司的E8267D ;星务测试系统中的422设备采用Moxa公司的A53，CAN监视器采用IXXAT公司的USB_to_CAN II。[0023]如图2所示，为本实用新型星座综合测试阶段划分示意图。I、三星同步并行测试在图I的基础上，断开主星与两颗副星之间的星间数传通道、星间测控通道与卫星的连接开关，断开三颗卫星的秒脉冲信号与星座时差测量系统的连接开关，断开星座时差测量系统与电测间综合测试网的连接开关，接通各单星星间链路模拟器与对应卫星的连接开关，接通三条星地测控链路及三条星地数传链路与卫星的连接开关，接通星务测试系统(422设备及CAN监视器)与三颗卫星的连接开关，接通姿控测试系统与三颗卫星的连接开关，接通载荷信号模拟源与三颗卫星的连接，通过测控测试系统和数传测试系统及遥测遥控前端的配合，构成三星同步并行测试方式。这种测试方式适用于工厂单星测试、振后单星测试、软件回归单星测试、出罐后单星测试、发射场单星测试等阶段。该模式下进行测试的具体操作步骤为(I)按照两级分布式管理的网络结构搭建综合测试系统；(2)启动总控测试设备，按对应卫星启动测试软件；(3)启动多链路遥测遥控前端，设置为单星模式，分别与相应卫星总控软件进行签到；(4)接通测控设备三条星地测控链路与三颗卫星的连接，启动多通道测控地面测试设备，设置为单星模式，三条通道并行工作；完成测控设备与前端设备的签到工作；(5)脱插电缆连接至三颗卫星，启动支持星座测试的地面供配电测试系统，进行远程统一控制；(6)若进行姿控分系统测试，接通姿控测试设备与三颗卫星星表及脱插电缆的连接开关，启动三套姿控地面测试设备，三套姿控地面测试设备并行工作；(7)若进行数传分系统测试，接通数传设备与三颗卫星的星地数传链路的连接开关，启动集中控制数传地面测试设备，三条通道并行工作；(8)若进行星间链路分系统测试，接通星间链路模拟器与单颗卫星的连接开关，启动星间链路地面模拟器；(9)若进行有效载荷分系统测试，接通载荷信号模拟源与单颗卫星的连接开关，三条通道并行工作。2、星座联试在图I的基础上，接通主星与两颗副星之间的星间数传通道、星间测控通道的连接开关，接通三颗卫星秒脉冲信号与星座时差测量系统的连接开关，接通星座时差测量系统与电测间综合测试网的连接开关，接通星务测试系统(422设备及CAN监视器)与三颗卫星的连接开关，接通姿控测试系统与三颗卫星的连接开关，接通载荷信号模拟源与三颗卫星的连接，接通测控测试系统与三颗卫星的连接开关，接通主星数传测试系统与主星的连接开关，断开单星星间链路模拟器与卫星的连接开关，断开两颗副星数传测试系统与副星的连接开关，在三颗卫星正常工作且星间通信链路建立后可断开两颗副星测控测试系统与副星的连接开关，构成星座联试测试方式。该方式适用于工厂星座联试、振后星座联试、软件回归星座联试、星座可靠性增长试验、发射场星座联试等阶段。星座联试是三星星座卫星所特有的模式，它是建立在单星工作状态正确的前提下，进一步通过星间有线连接建立星座模式，此时，主要用于验证星间接口正确性、星座功能及性能。与三星并行测试不同的是，三颗卫星不再具有平等关系，而是以主星为主干节点，两颗副星为从节点，互相配合工作。此方式主要增加了与星间接口测试相关的测试设备，其余状态与三星同步并行模型基本相同。该模式下进行测试的具体操作步骤为(I)按照两级分布式管理的网络结构搭建综合测试系统；(2)总控测试设备、供配电测试系统、姿控测试系统设置均与三星同步并行子模型状态相同；(3)启动多链路遥测遥控前端，设置为单星模式，分别与相应卫星总控软件进行签到；待三颗卫星正常工作，星间通信链路建立后，设置遥测遥控前端为星座模式；(4)接通测控测试系统三条星地测控链路与三颗卫星的连接，启动测控测试系统， 设置为单星模式，三条通道并行工作；完成测控测试系统与前端设备的签到工作；待三颗卫星正常工作，星间通信链路建立后，用指令切换遥测为“三星下传”模式，设置测控测试系统为星座模式，仅通过主星通道实现对三颗卫星的遥测/遥控信息管理，此时，可断开两颗副星的星地测控链路连接开关；(5)连接数传测试系统与主星的星地数传链路，断开数传测试系统与两颗副星星地数传链路的连接开关，仅通过主星通道实现对三颗卫星数传数据的接收；(6)断开单星星间链路模拟器与卫星的连接开关，接通主星与两颗副星之间的星间数传通道、星间测控通道的连接开关，建立星座模式；(7)载荷信号模拟源的有效载荷信号通过功分器将信号一分为三，接通与三颗卫星的连接开关，实现三颗卫星对载荷信号的同步接收；(8)接通三颗卫星星秒脉冲信号与星座时差测量系统的连接开关，将三颗卫星星上的时间信息通过高频电缆引入到星座时差测量系统进行硬件测试；接通星座时差测量系统与电测间综合测试网的连接开关，通过时差采集软件实现对频率计测量的时差结果的实时采集、统计并送入测试实时数据库。3、三星异步异地分布式并行测试在图I的基础上，断开主星与两颗副星之间的星间数传通道、星间测控通道与卫星的连接开关，断开三颗卫星的秒脉冲信号与星座时差测量系统的连接开关，断开星座时差测量系统与电测间综合测试网的连接开关，接通单星星间链路模拟器与卫星的连接开关，接通三条星地测控链路与卫星的连接开关，按照卫星放置的工位延长或转接相应的低频及高频电缆，构成三星异步异地分布式并行测试方式。该方式适用于三星力学试验测试阶段。该模式下进行测试的具体操作步骤为(I)按照两级分布式管理的网络结构搭建综合测试系统；(2)总控测试设备、遥测遥控前端设置均与三星同步并行方式状态相同；星间链路模拟器不参加试验；(3)测控测试系统三条通信链路分别放置至三个位置，即一条通道对应振动间、一条通道对应光照区、一条通道对应综合测试区，分别接通与相应位置的卫星连接开关；启动多通道测控地面测试设备，设置为单星模式，三条通道并行工作；完成测控测试系统与前端设备的签到工作；[0054](4)脱插电缆分别放置至三个位置，即一个对应振动间、一个对应光照区、一个对应综合测试区，分别与相应位置的卫星相连；启动支持星座测试的地面供配电测试系统，进行远程统一控制；(5)光照时不需要姿控测试系统，两套姿控测试系统分别放置至两个位置，即一个对应振动间、一个对应综合测试区，启动两套独立姿控测试系统并行工作，完成振前测试、振中测试及单个方向振后检查；(6)光照时不需要数传测试系统，数传测试系统两条通信链路分别放置至两个位置，即一个对应振动间、一个对应综合测试区，启动集中控制数传测试系统，两条通道并行工作；完成振前测试及单个方向振后检查；(7)光照时不需要载荷信号，将载荷信号模拟源的有效载荷信号分时连接至两个位置，即一个对应振动间、一个对应综合测试区，完成振前测试及单个方向振后检查；(8)光照时不需要星间链路模拟器，将星间链路模拟器分时连接至两个位置，即一·个对应振动间、一个对应综合测试区，完成振前测试及单个方向振后检查。4、三星并行热试验在图I的基础上，断开三颗卫星的秒脉冲信号与星座时差测量系统的连接开关，断开星座时差测量系统与电测间综合测试网的连接开关，断开CAN监视器与卫星的连接开关，接通422设备与卫星的连接开关，接通姿控测试系统与三颗卫星的连接开关；初期单星热试验时，断开主星与两颗副星之间的星间数传、星间测控通道的连接开关，接通单星星间链路模拟器与卫星的连接开关，接通三条星地测控链路及三条星地数传链路与卫星的连接开关；后期星座热试验时，接通主星与两颗副星之间的星间数传、星间测控通道的连接开关，构成三星并行热试验方式。该模式适用于三星热试验测试阶段。全面验证三星热设计的合理性需要从两个方面展开，首先是单星自身热设计的考核，其次是三星联合工作(即星座模式)状态下的联合热设计的考核，于是三星星座卫星采用了三星联合热试验方式，将主星放置在一个空间模拟器内，副星I和副星2共同放置在另一个空间模拟器内并通过冷板隔离。根据热试验工况安排，试验流程按卫星状态可表示为“主星一三星一星座”，相应的地面设备存在三种状态，一是支持单星测试的配置，二是支持三星并行测试的配置，三是支持星座模式测试的配置。根据这三种情况，采取测试设备最大包络的原则，将所需要的测试设备节点均接入综合测试网内，按照测试进程和测试需求，决定设备的开关机状态以及单星/星座配置状态，以保证地面测试设备的平滑过渡。该模式下进行测试的具体操作步骤为(I)按照两级分布式管理的网络结构搭建综合测试系统；(2)启动总控测试设备，在主星单独测试时，先仅开启主星相应软件；在三星并行及星座测试阶段，再启动两颗副星的测试软件；(3)启动多链路遥测遥控前端，设置为单星模式，在主星单独测试时，仅与主星总控软件进行签到；在三星并行测试时，再与两颗副星总控软件进行签到；待三颗卫星正常工作，星间通信链路建立后，设置遥测遥控前端为星座模式；(4)测控测试系统三条通信链路分别连接至三颗卫星，启动测控测试系统，设置为单星模式，在主星单独测试时，仅与主星前端链路进行签到，仅主星通道工作；在三星并行测试时，再与两颗副星前端链路进行签到，三条通道并行工作；待三颗卫星正常工作，星间通信链路建立后，用指令切换遥测为“三星下传”模式，设置测控测试系统为星座模式，仅通过主星通道实现对三颗卫星的遥测/遥控信息管理，此时，可断开两颗副星的星地测控链路的连接开关；(5)脱插电缆连接至三颗卫星，在主星单独测试时，仅开启星座供配电测试系统中的主星通道；在三星并行及星座测试阶段，再启动星座供配电测试系统中的两颗副星通道，进行远程统一控制；(6)姿控测试系统分别连至三颗卫星星表及脱插电缆，在主星单独测试时，仅启动主星姿控测试系统；在三星并行及星座测试阶段，启动三套独立姿控测试系统并行工作；(7)数传测试系统三条通信链路分别连接至三颗卫星，在主星单独测试时，仅启动主星通道数传测试系统；在三星并行测试阶段，启动两颗副星通道的数传测试系统，三条通道并行工作；在星座测试阶段，可断开两颗副星通道的星地数传链路，仅通过主星通道实现对三颗卫星数传数据的接收；(8)星间链路通过有线方式建立星座，在主星单独测试及三星并行测试阶段，可从罐外电缆转接处断开星间测控通道及星间数传通道的连接开关，代之以接通星间链路模拟器与卫星的连接开关，分时进行星间链路分系统单星测试；在星座测试阶段，断开星间链路模拟器与卫星的连接开关，接通星间测控通道及星间数传通道的连接开关，建立星座模式；(9)载荷信号模拟源的有效载荷信号通过功分器将信号一分为三同时接入到三颗卫星，在主星单独测试，可从罐外电缆转接处断开信号模拟源到两颗副星连接开关；在三星并行及星座测试阶段，接通信号模拟源到两颗副星连接开关，实现三颗卫星对载荷信号的同步接收。本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
权利要求1.一种三星星座分布式并行测试系统，其特征在于包括主星、第一副星、第二副星、信道模拟器、星座时差测量系统、姿控测试系统、供配电测试系统、星务测试系统、测控测试系统、遥测遥控前端、数传测试系统、载荷信号模拟源、星间链路模拟器、总控测试设备；主星通过控制开关与第一信道模拟器有线连接，主星通过控制开关与第二信道模拟器有线连接，第一信道模拟器通过控制开关与第一副星有线连接，第二信道模拟器通过控制开关与第二副星有线连接 ；主星、第一副星和第二副星均通过各自的星表接头及脱落电连接器经控制开关与姿控测试系统有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的脱落电连接器与供配电测试系统有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的脱落电连接器经控制开关与星务测试系统中的422设备有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的CAN总线与星务测试系统中的CAN监视器有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的星地测控接口经控制开关与测控测试系统有线连接，测控测试系统经遥测遥控前端有线接至电测间综合测试网；主星、第一副星和第二副星均通过各自的星地数传接口经控制开关与数传测试系统有线连接；主星、第一副星和第二副星上搭载的有效载荷均通过各自的有效载荷接口经控制开关与载荷信号模拟源有线连接；主星、第一副星和第二副星均通过各自的秒脉冲信号经控制开关与星座时差测量系统有线连接；主星、第一副星和第二副星通过控制开关与各自对应的星间链路模拟器有线连接；姿控测试系统、供配电测试系统、星务测试系统、数传测试系统、载荷信号模拟源、星座时差测量系统和总控测试设备均通过网络有线连接至电测间综合测试网；由总控测试设备完成对主星、第一副星、第二副星的三星并行测试控制或者对主星、第一副星、第二副星构成星座后的星座测试控制。
专利摘要一种三星星座分布式并行测试系统，针对三星各测试阶段的特点，将原本需要三套测试设备来完成三星测试的地面电气支持设备架构，按照统一网络集中控制、各类设备分布实施的方式，统一融合为一套多链路、多通道的集成化测试系统。采用“主-从网络架构”的方式，保持主节点的集中控制功能，对从节点进行动态管理和分配，从节点可根据卫星状态和测试阶段加入或退出综合测试系统，从而形成了三星同步并行测试、星座联试、三星异步异地测试及三星分布式并行热试验等四种测试模式。本实用新型测试系统实现了测试资源的合理配置和动态调度，优化了测试流程，提高了测试效率和测试质量。
文档编号G05B23/02GK202632091SQ201220117938
公开日2012年12月26日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者马颖宁, 陈逢田, 肖川, 王建军, 葛建云, 胡锐 申请人:航天东方红卫星有限公司