卫星电源控制器、可测试性验证方法及可测试性验证平台与流程

本发明涉及卫星电源控制器（pcu），尤其涉及一种卫星电源控制器、可测试性验证方法及可测试性验证平台。

背景技术：

卫星属于技术密集的、复杂的高技术产品。尽管有高可靠性作为保证，但卫星在真空、失重、高低温和强辐射且充满未知干扰因素的太空环境下运行几年甚至十几年，部件的老化、故障的发生在所难免。为了保证卫星的安全，避免单机部件发生故障而引起整个系统瘫痪，必须在故障发生伊始迅速予以有效处理，维持系统功能基本正常。要实现上述技术要求，就必须从卫星设计开始开展测试性的设计工作，保证故障诊断的覆盖率和诊断效能，提高其自诊断和外部诊断能力。

目前，卫星电源控制器（pcu）重视的主要是“系统地面测试保障”而非“系统可测试性设计”。在地面测试发现异常状态时，往往借助专家经验、查找历史数据进行比对、接入转接盒连接外部测试设备、拆除设备进行单检测试等多种便利手段来进行故障排除定位。这种利用地面综合测试覆盖来确保任务可靠和安全的工作模式，使得总体对产品在固有可测试性上的设计缺陷缺少关注。同时，运行时由于缺少有效的测试资源和测试手段，出现故障时也很难直接检测并定位至具体部件。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种卫星电源控制器、可测试性验证方法及可测试性验证平台。

本发明提供了一种卫星电源控制器，包括卫星电源控制器本体和健康管理模块，所述卫星电源控制器本体与所述健康管理模块连接。

所述健康管理模块包括核心板、模拟板和互连背板，所述核心板、模拟板分别与所述互连背板连接，所述核心板主要用来运行故障诊断算法、进行通信，所述模拟板主要负责对不同采样频率的测试点进行采样。

作为本发明的进一步改进，所述核心板为fpga+arm双核心核，所述模拟板为高速采样的fpga模拟板。

作为本发明的进一步改进，所述卫星电源控制器本体主要包括s3ra模块、bcdra模块、tmtc模块、bcdrb模块、s3rb模块，所述s3ra模块、bcdra模块、tmtc模块、bcdrb模块、s3rb模块分别与所述健康管理模块连接。

本发明还提供了一种可测试性验证方法，包括以下步骤：

s1、对卫星电源控制器本体进行测试性分析和设计确定测试点；

s2、在所述卫星电源控制器本体的基础上，新增健康管理模块，所述健康管理模块采用模块化设计，包括1个核心板和若干个模拟板，所述核心板主要用来运行故障诊断算法、进行通信，所述模拟板主要负责对不同采样频率的测试点进行采样，各个所述模拟板和所述核心板通过互连背板进行连接；

s3、把测试点从所述卫星电源控制器本体的各模块引至健康管理模块，增加的测试点应对所述卫星电源控制器本体无影响；

s4、在健康管理模块中对测试点进行采集、运行故障诊断算法并把故障诊断结果传输至通信接口；

s5、确定故障测试样本库；

s6、搭建可测试性验证平台进行可测试性验证，所述可测试性验证平台包括多个对所述卫星电源控制器本体进行可测试性验证的模拟器；

s7、实施故障注入试验，每次注入故障测试样本库中的一个故障，通过对所述模拟器进行设置模拟卫星在轨工作情况，进行健康管理模块中的故障诊断算法，记录试验数据，修复产品到正常状态，然后再注入下一个故障，直到完成所有故障测试样本库为止；

s8、计算故障检测率、故障隔离率、虚警率是否达到指标要求。

作为本发明的进一步改进，所述故障测试样本库主要包括故障注入方法、故障注入成功判据、故障检测和故障隔离成功标志。

作为本发明的进一步改进，在步骤s4中，所述故障诊断算法采用基于模型的故障诊断方法。

作为本发明的进一步改进，在步骤s5中，所述故障测试样本库的选择采用基于准随机序列的简单随机方法从故障模式库中进行抽样。

作为本发明的进一步改进，在步骤s7中，实施故障注入试验的故障注入方法根据故障模式选择硬件注入或软件注入。

本发明还提供了一种可测试性验证平台，用于进行所述的可测试性验证方法，所述可测试性验证平台包括太阳电池阵模拟器、蓄电池组模拟器、负载模拟器、综合电子模拟器，所述综合电子模拟器通过控制总线分别与所述太阳电池阵模拟器、蓄电池组模拟器、负载模拟器连接，所述太阳电池阵模拟器、蓄电池组模拟器、负载模拟器分别与所述卫星电源控制器本体连接，所述综合电子模拟器与卫星电源控制器连接，所述综合电子模拟器为工控机，用来模拟对卫星电源控制器的遥控遥测操作。

本发明的有益效果是：通过增加模块化设计的健康管理模块来增加卫星电源控制器的可测试性，保证加卫星电源控制器的故障诊断的覆盖率和诊断效能，提高其自诊断和外部诊断能力。

附图说明

图1是本发明一种卫星电源控制器的示意图。

图2是本发明一种卫星电源控制器的健康管理模块的示意图。

图3是本发明一种可测试性验证平台的示意图。

图4是本发明一种卫星电源控制器的各模块组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，一种卫星电源控制器（pcu），包括卫星电源控制器本体1和健康管理模块2，所述卫星电源控制器本体1与所述健康管理模块2连接。健康管理模块2即phm模块。

如图1至图4所示，所述健康管理模块2包括核心板21、n个模拟板22和互连背板23，例如，可以优选设置3个模拟板22，所述核心板21、模拟板22分别与所述互连背板23连接，互连背板23即调整背板，所述核心板21主要用来运行故障诊断算法、进行通信，所述模拟板22主要负责对不同采样频率的测试点进行采样。

如图1至图4所示，所述核心板21为fpga+arm双核心核，所述模拟板22为高速采样的fpga模拟板。

如图1至图4所示，所述卫星电源控制器本体1主要包括s3ra模块11、bcdra模块12、tmtc模块13、bcdrb模块14、s3rb模块15，所述s3ra模块11、bcdra模块12、tmtc模块13、bcdrb模块14、s3rb模块15分别与所述健康管理模块2连接。

本发明提出了一种在原电源控制器（pcu）中增加健康管理模块（phm）的方式，使pcu本身具备在轨故障诊断能力，从而使得pcu具备了可测试性。另外，本发明还提供了一种可测试性验证方法，包括以下步骤：

s1、对卫星电源控制器本体1进行测试性分析和设计确定测试点，对pcu进行测试性分析，综合考虑成本、测试性指标、测试点对pcu影响等因素，确定最优测试点；

s2、在所述卫星电源控制器本体1的基础上，新增健康管理模块2，所述健康管理模块2采用模块化设计，包括1个核心板21和n个模拟板22，所述核心板21主要用来运行故障诊断算法、进行通信，所述模拟板22主要负责对不同采样频率的测试点进行采样，各个所述模拟板21和所述核心板22通过互连背板23进行连接，采样这样灵活配置的方案，可拓展性好，可方便的增加或减少测试点；

s3、把测试点从所述卫星电源控制器本体1的各模块引至健康管理模块2，增加的测试点应对所述卫星电源控制器本体1无影响，引线应尽量短；

s4、在健康管理模块2中对测试点进行采集、运行故障诊断算法并把故障诊断结果传输至通信接口；

s5、确定故障测试样本库；

s6、搭建可测试性验证平台进行可测试性验证，所述可测试性验证平台包括多个对所述卫星电源控制器本体进行可测试性验证的模拟器；

s7、实施故障注入试验，每次注入故障测试样本库中的一个故障，通过对所述模拟器进行设置模拟卫星在轨工作情况，进行健康管理模块中的故障诊断算法，记录试验数据，修复产品到正常状态，然后再注入下一个故障，直到完成所有故障测试样本库为止；

s8、计算故障检测率、故障隔离率、虚警率是否达到指标要求。

所述故障测试样本库主要包括故障注入方法、故障注入成功判据、故障检测和故障隔离成功标志。

在步骤s4中，所述故障诊断算法采用基于模型的故障诊断方法。

在步骤s5中，所述故障测试样本库的选择采用基于准随机序列的简单随机方法从故障模式库中进行抽样。

在步骤s7中，实施故障注入试验的故障注入方法根据故障模式选择硬件注入或软件注入。

如图3所示，本发明还提供了一种可测试性验证平台，用于进行所述的可测试性验证方法，所述可测试性验证平台包括太阳电池阵模拟器32、蓄电池组模拟器33、负载模拟器34、综合电子模拟器31，所述综合电子模拟器31通过控制总线分别与所述太阳电池阵模拟器32、蓄电池组模拟器33、负载模拟器34连接，所述太阳电池阵模拟器32、蓄电池组模拟器33、负载模拟器34分别与所述卫星电源控制器（pcu）连接，所述综合电子模拟器31与卫星电源控制器（pcu）连接，所述综合电子模拟器31为工控机，用来模拟对卫星电源控制器（pcu）的遥控遥测操作。

本发明提供的一种卫星电源控制器、可测试性验证方法及可测试性验证平台，具有以下特点：

1、通过增加模块化设计的phm模块（1个核心板21和n个模拟板22）来增加卫星电源控制器（pcu）的可测试性。

2、测试点从pcu各模块引至phm模块，引入的测试点对原pcu没有影响。

3、利用pcu可测试性实验验证平台进行可测试性验证，平台包括太阳电池阵模拟器32、蓄电池组模拟器33、负载模拟器34、综合电子模拟器31、辅助源、连接线缆等。

4、验证方法包括确定故障测试样本库、实施故障注入、设定模拟器、运行故障诊断算法、记录测试数据、修复产品和计算故障检测率、故障隔离率、虚警率指标。

如图4所示，提供一实施例来具体说明本发明，某卫星pcu包括s3ra模块11、bcdra模块12、tmtc模块13、bcdrb模块14、s3rb模块15，phm模块为在原pcu基础上新增的模块。

（1）通过测试性分析和设计确定测试点。对pcu进行测试性分析，综合考虑成本、测试性指标、测试点对pcu影响等因素，确定最优测试点66个。

（2）新增的phm模块包括1个核心板21和3个模拟板22，核心板21为fpga+arm双核心，用来运行故障诊断算法、进行通信等；模拟板22为高速采样的fpga，负责对不同采样频率的测试点进行采样；各模拟板21和核心板22通过高速背板进行连接。

（3）把测试点从pcu各模块引至phm模块，增加的测试点应对原pcu无影响，引线应尽量短。

（4）在phm中对测试点进行采集、运行故障诊断算法并把故障诊断结果传输至通信接口。其中故障诊断算法采用基于模型的故障诊断方法。

（5）确定故障测试样本库，包括故障注入方法、故障注入成功判据、故障检测和故障隔离成功标志等。故障样本库的选择采用基于准随机序列的简单随机方法从故障模式库中进行抽样。

（6）使用图3所示的pcu可测试性实验验证平台进行可测试性验证，平台包括太阳电池阵模拟器32、蓄电池组模拟器33、负载模拟器34、综合电子模拟器31、辅助源、连接线缆等。其中综合电子模拟器31为工控机，用来模拟对pcu的遥控遥测操作。

（7）实施故障注入试验，每次注入样本库中的一个故障，故障注入方法根据故障模式选择硬件注入或软件注入。通过对模拟器进行设置模拟卫星在轨工作情况，之后进行故障检测、故障隔离，故障诊断结果通过1553b通信接口传送至工控机（同时是综合电子模拟器31）。记录试验数据，修复产品到正常状态，然后再注入下一个故障，直到完成所有故障样本库为止。

（8）计算故障检测率、故障隔离率、虚警率是否达到指标要求。

本发明提供的一种卫星电源控制器、可测试性验证方法及可测试性验证平台，增加了卫星电源控制器可测试性，使卫星电源控制器具备在轨故障诊断能力；给出了卫星电源控制器可测试性验证方法和平台，为卫星电源控制器可测试性验证提供了一种方便的手段。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。