天临空地协同遥感系统的自动测试装置的制作方法

1.本技术整体上属于天临空地协同遥感系统自动测试验证领域，尤其涉及由天基卫星、临近空间飞艇、航空有人飞机或大型/小型无人机构建的一体化协同综合遥感系统的自动测试装置与系统。


背景技术：

2.航天技术的研究和发展都需要自动测试技术的定性、定量测试和检验。随着计算机技术、微电子技术、网络通信技术、测试技术的飞速发展，航天系统、设备的复杂度日益提高，传统的测试模式已经无法满足大系统的测试要求。天、临、空一体综合遥感系统综合采用卫星、飞艇、无人机等多域平台协同遥感，获取全天时、全天候、高精度遥感图像信息，为用户提供精准应急应用数据服务，其测试系统非常复杂，测试分系统多，测试周期长，传统的测试方法由于人工进行设备操作、仪器数据读取与记录等过程繁杂，容易出现各分系统测试不同步，测试过程断裂等情况，同时，测试中间过程引入的微小的人为测试误差经过各级误差累积后，有可能导致整个测试结果偏差过大甚至出现错误，传统的测试模式很难适用到复杂体系的测试验证中，急需构建自动测试装置与系统，通过将复杂系统在实验室内集成仿真，采用模拟与仿真数据作为输入，模拟体系全流程工作状态，在自动测试过程中自动获取和计算指标测试值，可以大大提高测试效率，增加测试结果可靠性，自动测试装置与系统的构建对于天、临、空一体综合遥感系统的设计验证与建设实施都具有非常重要的意义，通过自动化测试大大节省测试的人力和时间耗费越来越成为未来自动测试领域的发展重点。
3.由于天临空地协同遥感系统在近几年才真正进入发展与建设阶段，加之测试系统复杂，资金投入大，自动化测试方法尚没有应用于这一测试领域。


技术实现要素：

4.为了解决天临空地协同遥感系统集成仿真验证所涉及的系统资源结构、载荷组成、信息流程、应用模式、场景设计、集成仿真方法等问题，本技术提供了一种天临空地协同遥感系统的自动测试装置。
5.本技术提供了一种天临空地协同遥感系统的自动测试装置，用于对被测系统进行自动测试，所述被测系统为天临空地协同遥感系统的地面仿真验证系统，所述被测系统包括：卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统、地面平台仿真验证分系统，
6.其中，所述自动测试装置包括：
7.测试与监控管理分系统包括：卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统、地面监控管理系统；
8.时统设备，用于完成被测系统和自动测试装置内部所有单元的时间对准；
9.其中，卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统分别连接到卫
星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统，地面平台仿真验证分系统连接到地面监控管理系统，
10.其中，所述时统设备将卫星授时信息传输至卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统、地面平台仿真验证分系统、地面监控管理系统，
11.其中，卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统用于分别接收卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统内各载荷上报的载荷状态信息，并将上报的载荷状态信息转发至地面监控管理系统，地面监控管理系统对载荷状态信息进行指标计算，获取指标测试值并实时显示。
12.在根据本技术的至少一个实施例中，所述时统设备包括ntp时间网络服务器、秒脉冲分配器、导航接收机，
13.导航接收机接收导航信号，并通过网络交换机将卫星授时信息传输至卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统、ntp时间网络服务器，
14.卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统将卫星授时信息广播分发至卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统的所有载荷单元，
15.ntp时间网络服务器连接到地面平台仿真验证分系统和地面监控管理系统，
16.导航接收机还通过射频线和秒脉冲分配器连接至卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统，配合完成对时功能。
17.在根据本技术的至少一个实施例中，所述载荷状态信息包括测试时标和关键数据。
18.在根据本技术的至少一个实施例中，自动测试装置的测试指标包括数据传输速率、丢包率、任务规划时间、协同观测定位精度、多源数据融合时间、数据分发时间、任务最大响应时间。
19.在根据本技术的至少一个实施例中，测试与监控管理分系统还包括辅助测试单元，辅助测试单元为网络交换机。
20.在根据本技术的至少一个实施例中，卫星平台地面仿真验证分系统包括星载相机控制器、任务规划系统、数据处理系统、以及通信单元；
21.飞艇平台地面仿真验证分系统包括艇载相机控制器、数据处理系统、以及通信单元；
22.无人机地面仿真验证分系统包括机载相机控制器、数据处理系统、以及通信单元；
23.地面仿真验证分系统包括任务规划系统、数据交换设备、用户终端、以及通信单元。
24.在根据本技术的至少一个实施例中，其中，
25.卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统通过can总线和oc控制总线分别连接到卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统。
26.在根据本技术的至少一个实施例中，其中，地面平台仿真验证分系统通过lan网络连接到地面监控管理系统。
27.本技术还提供了一种天临空地协同遥感系统的测试方法，利用上述自动测试装置进行测试，所述测试方法包括：
28.s1：完成所述自动测试装置的开机自检和时间对准；
29.s2：使被测系统自动执行业务流程，同时进行自动测试装置的自动测试流程，
30.在被测系统自动执行业务流程过程中，卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统内的所有载荷分别向卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统上报载荷状态信息，
31.卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统将载荷状态信息转发至地面监控管理系统，
32.地面监控管理系统对载荷状态信息进行指标计算，获取指标测试值并实时显示。
33.本技术还提供了一种其上存储有软件指令的计算机可读存储介质，所述软件指令在被执行时实施上述方法。
34.在实验室环境下，本技术的提供的自动测试装置完成了自动测试装置环境集成、安装与调试，基于该系统完成了天临空地协同遥感系统自动化测试，贯通了系统业务流程，获取了关键指标测试值，基于测试数据完成了天临空地协同遥感系统综合效能评估，并借鉴该自动测试系统设计思路，在外场构建了天临空地协同遥感系统试验环境，开展了外场试验，室内和外场试验结果均达到预期，效果良好。本技术提供的自动测试装置极具科学性和合理性。
附图说明
35.下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本技术上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。以下附图仅旨在于对本技术做示意性说明和解释，并不限定本技术的范围。其中：
36.图1示出了根据本技术的实施例的天临空地协同遥感系统的自动测试装置的结构示意图。
37.图2示出了根据本技术的实施例的被测系统的结构示意图。
38.图3示出了根据本技术的实施例的测试与监控管理分系统与被测系统连接关系。
39.图4示出了根据本技术的实施例的时统设备测试连接图。
具体实施方式
40.为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本技术的具体实施方式。
41.图1示出了根据本技术的一个实施例的天临空地协同遥感系统的自动测试装置的结构示意图。如图1所示，该自动测试装置用于在实验室环境下实现对被测系统(即天临空地协同遥感系统地面仿真验证系统)的自动测试。该自动测试装置包括：测试与监控管理分系统；时统设备。
42.1、被测系统
43.如图1所示，其中，被测系统为天临空地协同遥感系统的地面仿真验证系统，包括卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证
分系统、地面平台仿真验证分系统。
44.被测系统的结构如图2所示。卫星平台地面仿真验证分系统包括星载相机控制器、任务规划系统、数据处理系统、以及通信单元。飞艇平台地面仿真验证分系统包括艇载相机控制器、数据处理系统、以及通信单元。无人机地面仿真验证分系统包括机载相机控制器、数据处理系统、以及通信单元。地面仿真验证分系统包括任务规划系统、数据交换设备、用户终端、以及通信单元。
45.图2还示出了被测系统的接口连接关系。卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统、地面平台仿真验证分系统中，各分系统之间通过射频线两两相连，用有线连接代替无线通信，形成全联通网络，从而实现两两分系统的信息交互与通信。
46.如图2所示，卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统可分别通过射频线连接到地面平台仿真验证分系统。
47.卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统通过can总线和oc控制总线连接到测试与监控管理分系统，以实现载荷控制、状态监控以及关键信息下传等功能。地面平台仿真验证分系统通过lan网络连接到测试与监控管理分系统。被测系统通过1pps射频线连接到时统设备，配合can总线播发的时间信息完成系统对时等功能。
48.2、测试与监控管理分系统
49.测试与监控管理分系统主要完成被测原型系统的自动测试与状态、数据等的监控管理。如图3所示，测试与监控管理分系统包括卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统、地面监控管理系统、以及辅助测试单元(如网络交换机等)。测试与监控管理分系统与被测系统的具体连接结构如图3所示。
50.其中，卫星、飞艇、无人机各平台的数据管理系统分别通过can总线和oc控制总线连接到卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统，用于完成卫星、飞艇、无人机各平台的载荷指令/oc控制、指令解析、载荷状态汇总及下传、试验过程信息下传、平台姿态数据以及时间数据的广播分发等任务。地面平台仿真验证分系统通过lan网络连接到地面监控管理系统。地面监控管理系统为测试任务的执行与监控提供展示平台，具备试验进度监控、各平台载荷状态实时监视以及图像产品和测试指标实时展示等功能。
51.3、时统设备
52.时统设备包括ntp时间网络服务器、秒脉冲分配器、导航接收机，用于完成各平台分系统的时间对准，确保全系统所有单元时间统一，为系统正常工作以及后续测试指标计算提供统一时间标准。时统设备原理见图4所示。
53.其中，导航接收机接收导航信号，并通过网络交换机将卫星授时信息传输至各平台的数据管理系统(包括卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统)以及ntp时间网络服务器。各平台数据管理系统提取时间关键信息并经过格式变换后，通过can总线将时间信息广播分发至卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统的所有载荷单元，各载荷根据广播时间完成自身时间对准。
54.ntp时间网络服务器连接到地面平台仿真验证分系统和地面监控管理系统。地面平台仿真验证分系统以及地面监控管理系统为服务器设备，主要通过软件对时，通过网线从ntp时间网络服务器获取时间基准，完成自身时间对准。自动测试装置中，所有单元均采用高精度授时接收机统一授时以及1pps信号进行对时，整个自动测试装置时序高度一致，除地面系统由操作系统进行软件对时时间精度为ms级别外，其他平台均到ns级别。
55.本技术提供的自动测试装置可以完成天临空地协同遥感系统的数据传输速率、丢包率、任务规划时间、协同观测定位精度、多源数据融合时间、数据分发时间、任务最大响应时间等关键指标的一键自动测试，共分为七个测试科目，分别为：地面任务规划、任务指令上注、卫星广域搜索与在线自主规划、飞艇重点区域凝视观测、无人机精确确认、多源数据在艇融合、数据产品智能分发。
56.本技术提供的自动测试装置的具体测试过程包括以下步骤：
57.s1：根据图1至图4连接各参试设备，并完成开机自检和时间对准。
58.s2：使被测系统自动执行业务流程，同时进行自动测试装置的自动测试流程。其中被测系统自动执行的业务流程包括以下步骤：
59.1)地面任务规划。
60.地面用户终端模拟单个用户或指挥所发起观测需求，将需求转发至任务规划系统，地面任务规划系统根据用户需求进行任务规划、调度和控制，生成卫星、飞艇、无人机观测任务；
61.2)任务指令上注。
62.卫星、飞艇、无人机观测任务分别经过通信单元转发上注至卫星、飞艇、无人机数据管理系统；
63.3)卫星广域搜索与在线自主规划。
64.卫星平台数据管理系统接收到地面任务指令后，对指令进行解析，并调度相机控制器开机工作，相机控制器接收到广域搜索指令后对指令进行正确解析，将预置目标区域图像下传至星上处理系统，星上处理系统对目标区域图像进行处理，确定被观测区域大致方位和范围，并将图像切片发送给星上任务规划系统，星上任务规划系统根据卫星广域搜索结果进行自主任务规划，生成卫星协同观测任务，同时完成预置高分辨率遥感图像和低分辨率遥感图像的多源数据融合生成星上多源遥感图像产品。卫星数据管理系统控制星上处理系统将星上多源遥感图像产品通过通信单元下发至飞艇平台，用于艇上多源数据融合；
65.4)飞艇重点区域凝视观测。
66.飞艇通信单元收到地面任务指令后，将任务指令转发至艇上数据管理系统，艇上数据管理系统解析指令后，控制相机控制器开机工作，并将预置凝视图像传输至艇上处理系统；飞艇通信单元接收到卫星多源遥感图像后转发至艇上处理系统；飞艇通信单元接收到无人机多源遥感图像后转发至艇上处理系统；
67.5)无人机精确确认。
68.无人机通信单元接收到地面任务指令后，将指令转发至机上数据管理系统，机上数据管理系统对任务指令进行解析并控制相机控制器开机工作，对指定观测区域进行精确确认，相机控制器将预置的精确确认图像发送至机上数据处理系统，机上处理系统对图像
数据进行处理，获取观测区域精确信息，数据管理系统控制数据处理系统将处理后的精确确认图像产品通过通信单元上传至飞艇平台，供飞艇平台进行多源数据融合；
69.6)多源数据在艇融合
70.艇上处理系统对飞艇相机控制器下发的艇上凝视观测图像与卫星以及无人机发来的星上多源遥感图像产品和精确确认图像产品进行多源数据融合与综合处理，获取观测目标位置、数量以及发展状态等精确信息。
71.7)数据产品智能分发
72.在应急支援模式下，飞艇平台多源融合数据图像直接通过通信单元下发至用户终端用于决策与紧急救援。在常规观测模式下，卫星、飞艇、无人机原始图像信息通过通信单元下发至地面数据处理系统，地面数据处理系统对各平台原始数据进行多源融合与产品生产，并将产品数据通过数据交换设备下发用户终端，由于地面处理资源丰富，可以为指挥决策提供更高质量的数据产品。
73.完成步骤1)至7)后，至此完成了体系一个业务流程的自动执行过程。在被测系统自动执行业务过程中，被测系统的卫星平台地面仿真验证分系统、飞艇平台地面仿真验证分系统、无人机平台地面仿真验证分系统内的所有载荷通过can总线以1hz的频率向各自的数据管理系统上报自身载荷状态信息，按约定协议上报测试时标、关键数据等信息。卫星数据管理系统、飞艇数据管理系统、无人机数据管理系统接收并汇总相应平台内各载荷上报的信息，完成数据格式编排处理后，将各平台载荷数据包经各平台的通信单元转发至地面监控管理系统，地面监控管理系统对接收到的各平台载荷数据包进行解析，将各平台载荷状态进行实时显示，实现各平台的状态监视。地面监控管理系统将收到的测试时标信息以及关键数据等信息进行指标计算，获取指标测试值，并实时在界面显示。各平台实时生成的图像产品经过通信单元转发至地面监控管理系统，地面监控管理系统将接收到的图像数据产品进行图形化显示，便于测试人员及时了解系统测试情况。
74.经过验证，从用户需求提出到收到图像产品并在监控管理系统显示指标测试值，整个流程平均为5～10分钟，而人工完成该全流程测试需要十几人参与并至少需花费两天以上甚至一周的时间。可见，通过采用本技术提供的自动测试装置大大提高了测试效率，节省了人力物力消耗，可在短时间内获得大量测试数据，为研究人员分析处理数据提供了很大的便捷和支撑。
75.此外，本技术提供的自动测试装置打通了天临空地协同遥感系统各平台之间的业务流程与接口，为开展外场试验奠定了基础。
76.本技术提供的天临空地协同遥感系统自动测试装置中，各域载荷搭载平台如卫星、飞艇、航空飞机、小型无人机数量可根据实际需求进行增加，各平台搭载的载荷类型和数量也可进行动态适配。由于系统本身的复杂性以及天临空地协同遥感体系的日益拓展，本发明提出的体系构建方法还可通过进一步细化任务要求，针对不同任务设计对应的体系构型，配置合理的载荷资源，确保以最少的体系开销达到最佳对地观测效果。
77.根据本技术的一个实施例提供的天临空地协同遥感系统自动测试装置由被测卫星、飞艇、无人机及地面系统和测试与监控管理分系统组成，各分系统的结构、功能与接口如图1-4所示。其中，测试与监控管理分系统由卫星、飞艇、无人机数据管理系统、监控管理系统以及网络交换机等辅助测试单元组成，主要完成原型系统的自动测试与状态、数据等
的监控管理；时统设备由ntp时间网络服务器、秒脉冲分配器、导航接收机组成，主要完成全系统各平台的时间对准，确保系统所有单元时间统一，为系统正常工作以及后续测试指标计算提供统一时间标准。各平台仿真验证环境与监控与测试管理分系统主要通过can总线与oc控制总线相连接，实现载荷控制、状态监控以及关键信息下传等功能；与时统设备通过1pps射频线相连接，配合can总线播发的时间信息完成系统对时等功能。
78.根据本技术的一个实施例提供的自动测试装置能够完成七个测试科目，分别为：地面任务规划、任务指令上注、卫星广域搜索与在线自主规划、飞艇重点区域凝视观测、无人机精确确认、多源数据在艇融合、数据产品智能分发。根据本技术的一个实施例提供的自动测试装置从用户需求提出开始，自动按顺序执行七个测试科目后完成图像产品下发至用户终端的闭环工作流程。
79.根据本技术的一个实施例提供测试装置能够完成的天临空地协同遥感系统关键指标包括：数据传输速率、丢包率、任务规划时间、协同观测定位精度、多源数据融合时间、数据分发时间、任务最大响应时间等，地面监控管理系统通过收集和记录的关键节点时标以及数据信息，自动完成指标计算和显示。
80.经过验证，从用户需求提出到收到图像产品并在地面监控管理系统显示指标测试值整个流程平均为5～10分钟，而人工完成该全流程测试需要十几人参与并至少需花费两天以上甚至一周的时间，可见通过采用自动测试系统大大提高了测试效率，节省了人力物力消耗，可在短时间内获得大量测试数据，为研究人员分析处理数据提供了很大的便捷和支撑。
81.天临空地协同遥感系统各平台均按需搭载智能处理类载荷，一方面完成自身图像在线处理，另一方面将来自其他平台的数据与自身图像进行多源数据融合，但并没有详细给出具体哪一颗卫星或哪一艘飞艇作为核心节点完成这部分数据在线处理的重点工作。在本技术提供的自动测试装置中，通过对测试流程的设计和固化，将飞艇节点作为自动测试系统的核心节点，因为该节点位于卫星与无人机、地面系统的中间层，可以实现与其他域平台的灵活通信，另外凝视观测由于时间长，产生的数据量大，处理难度大，传输至其他平台处理需要耗费较多资源，而将卫星、无人机数据传输至飞艇平台进行数据处理相比将飞艇平台数据传输至卫星等平台可以节省更多的通信资源，因此，自动测试系统提出多源数据在艇融合处理，并基于该思路完成了系统自动测试。
82.在本技术提供的自动测试装置中，由于很多指标均与时间相关，系统内所有设备必须具有高度的时间一致性，一方面可以保证整个自动测试系统按照规定时序工作，另一方面基于时标信息计算的指标测试值才能具有较强的正确性和可信度，自动测试装置中，所有系统均采用高精度授时接收机统一授时以及1pps信号进行对时，整个自动测试装置时序高度一致，除地面系统由操作系统进行软件对时时间精度为ms级别外，其他平台均到ns级别。
83.在本技术提供的自动测试装置中，卫星、飞艇、无人机的数据管理系统主要实现以下功能：
①
平台内载荷指令控制与解析，主要接收地面任务指令，并将指令翻译为载荷控制指令，下发并控制载荷执行相应动作；
②
载荷状态汇总与下传，平台内各载荷通过can总线以1hz的频率上报自身工作状态，如相机载荷状态包括正常/故障、相机拍摄计数、图像切片数、相机曝光位置等，数据管理系统接收该平台所有载荷状态信息并进行数据格式编排，通
过平台通信单元传输至地面系统，并进一步通过lan网络转发至地面监控管理系统显示；
③
接收并控制载荷将过程数据下发地面监控管理系统，载荷过程数据包括用于指标计算的时标数据、数据大小、事件信息、自身计算的精度信息等，数据管理系统根据系统时序，控制载荷通过通信单元将上述数据下发地面通信单元并转发至地面监控管理系统进行指标计算；
④
时间、位置、姿态等信息广播分发，数据管理系统接收时统设备发送的授时等信息，并通过本平台can总线向平台内所有设备广播时统信息，can总线采用2.0版本标准帧，波特率500kbit/s。
⑤
oc控制功能，数据管理系统还负责根据测试时序通过oc开关控制响应载荷的开关机状态，确保设备相互之间不产生干扰。
84.在本技术提供的自动测试装置中，地面监控管理系统为测试任务的执行与监控提供展示平台，具备试验进度监控、各平台载荷状态实时监视以及图像产品和测试指标实时展示等功能，包括：
①
各平台所有载荷状态监视，接收并解析由各平台数据管理系统收集及下发的载荷状态信息，分平台分别显示所有设备状态，供测试人员掌握系统整体情况；
②
过程图像产品实时展示，飞艇平台多源融合数据图像以及地面处理后生成的图像产品通过通信单元转发至地面监控管理系统，实时展示，测试人员可以快速查看各平台数据处理情况；
③
关键指标计算，地面监控管理系统接收各平台载荷过程数据包括用于指标计算的时标数据、数据大小、事件信息、自身计算的精度信息等，根据约定算法计算指标测试值，并在界面实时图形化显示。
85.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
86.以上所述仅为本技术示意性的具体实施方式，并非用以限定本技术的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本技术的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本技术保护的范围。