一种组件化有效载荷地面综合测试系统的制作方法

本发明主要涉及有效载荷测试领域，具体而言，尤其涉及一种组件化有效载荷地面综合测试系统。

背景技术：

为了验证有效载荷分系统的总体设计，检测载荷与卫星平台之间、载荷设备之间电接口、数据接口的匹配性，确认集成后有效载荷分系统的功能、性能、工作模式设计的正确性、合理性，在有效载荷研制的初样、正样等各个阶段，均需要开展全面充分的有效载荷地面试验与验证工作。用于支持载荷完成上述试验任务的系统即为有效载荷地面综合测试系统。

有效载荷地面综合测试系统与卫星地面综合测试系统的主要区别在于①不同型号任务的被测对象差异性大：卫星系统通常都包含能源、热控、姿控、数管和测控等分系统，同一研制单位研制的卫星，特别是成系列成批次的航天器，所配置的这些分系统通常具有继承性。但不同航天器上配置的有效载荷往往跨越遥感、气象、天文、生命、材料和生物等多个学科，在功能、性能、接口和工作模式等方面均存在较大的差异性。②测试数据类型多样、处理算法复杂度高差异性大：卫星平台数据通常只包含工程和遥测参数，其处理需求大多为电压、电流、温度、压力和角度等物理量反演需求，而载荷数据除了包含工程和遥测参数之外，通常还包含图像数据、能谱数据、事例数据和高程数据，这些数据往往具有数据拼接、解压缩、彩色复原等复杂度高、差异性大的处理需求。

鉴于此，传统的有效载荷地面综合测试系统，通常针对被测型号有效载荷的设计进行定制化的开发与实现，研制的系统具有专用性，不能针对不同型号任务外部物理接口、交互协议、所配置有效载荷及其数据处理方法、工程遥测物理量反演方法的不同进行灵活的重构和扩展。对于一个新型号有效载荷的测试任务，往往需要全新构建相应的地面综合测试系统。这种研制模式一方面延长了测试系统的开发周期，造成了设备、人员等资源的浪费，另一方面研制的测试系统因不具有继承性而难以确保其高可用性和高可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决传统有效载荷地面综合测试系统专用性强、缺乏可沿用性的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种组件化有效载荷地面综合测试系统，通过采用交互层、处理层和应用层的三层的有效载荷地面综合测试系统统一架构，将不同分层设备设计为多个可沿用的组件，基于现有组件的组合、组件属性配置更改或者通过添加新的组件，构建出适合新型号任务的有效载荷地面综合测试系统。

本发明所述组件化有效载荷地面综合测试系统包括：交互层设备、处理层设备和应用层设备；

所述交互层设备，用于与有效载荷设备进行数据交互，将遥控及数据注入指令发送至有效载荷设备，采集有效载荷设备发送的载荷探测数据和工程遥测参数，为有效载荷设备提供一次母线电源和指令电源；

所述处理层设备，用于对有效载荷设备产生的载荷探测数据和工程遥测参数进行传输帧及源包格式处理与质量检测、数据解压缩和图像彩色复原、工程遥测参数物理量反演；对上行指令执行情况和下行工程遥测参数是否异常进行判读；

所述应用层设备，用于根据测试需求生成载荷数据注入指令、生成编辑测试序列、执行测试序列、分析测试序列的测试覆盖性，时快视有效载荷工程遥测参数和载荷探测数据。

作为所述系统的一种改进，所述工程遥测参数包括：工程参数、数字量遥测参数和模拟量遥测参数。

作为所述系统的一种改进，所述交互层设备包括：卫星平台控制总线接口仿真前端、卫星平台遥测遥控接口仿真前端、卫星平台供配电接口仿真前端和卫星平台高速数据采集接口仿真前端；

所述卫星平台控制总线接口仿真前端，用于向有效载荷发送数据注入指令，采集有效载荷发送的数字量遥测、工程参数，完成卫星平台与有效载荷之间的卫星时间码及其他业务数据的交互；

所述卫星平台控制总线接口仿真前端，包括：1553b总线接口组件、can总线接口组件、rs422总线接口组件、rs485总线接口组件；

所述卫星平台遥测遥控接口仿真前端，用于通过数字io控制接口向有效载荷发送遥控指令，通过ad转换接口采集有效载荷模拟量遥测数据；

所述卫星平台遥测遥控接口仿真前端包括：ad模拟量采集接口组件、数字io控制接口组件；

所述卫星平台供配电接口仿真前端，用于向有效载荷提供一次母线供电和指令供电；

所述卫星平台供配电接口仿真前端包括：直流稳压电源组件；

所述卫星平台高速数据采集接口仿真前端，用于采集有效载荷产生的载荷探测数据和工程参数；

所述卫星平台高速数据采集接口仿真前端包括：lvds接口数据采集组件、sapcewire接口数据采集组件和1394接口数据采集组件。

作为所述系统的一种改进，所述处理层设备包括：工程遥测参数处理服务器、测试数据综合判读服务器、载荷探测数据处理服务器和测试数据管理服务器；

所述工程遥测参数处理服务器，用于对卫星平台控制总线接口仿真前端、卫星平台高速数据采集接口仿真前端采集的有效载荷工程遥测参数进行物理量反演处理、反演结果网络分发和数据库入库管理；

所述工程遥测参数处理服务器包括若干进行物理量反演处理、反演结果网络分发和数据库入库管理的组件；

所述测试数据综合判读服务器，用于依据采集的有效载荷工程遥测参数判读遥控指令、数据注入指令和供电参数设置指令的执行情况，依据有效载荷数据判读文件判读工程遥测参数是否异常；

所述测试数据综合判读服务器，包括若干判读指令执行结果、判读工程遥测参数是否异常的组件；

所述探测数据处理服务器，用于依据载荷探测数据格式，进行传输帧、源包和用户帧格式处理与质量检测、载荷探测数据解压缩与图像彩色复原、工程遥测参数物理量反演；

所述探测数据处理服务器，包括若干载荷探测数据处理、工程遥测参数处理的组件；

所述测试数据管理服务器，用于管理工程遥测参数的组织及处理方法配置信息、遥控及数据注入指令配置信息，管理工程遥测参数物理量反演结果数据、数据处理报告及测试覆盖性分析报告文件。

作为所述系统的一种改进，所述应用层设备包括：测试序列生成与编辑终端、测试序列执行与测试覆盖性分析终端和测试监视终端；

所述测试序列生成与编辑终端，用于根据载荷设计说明、接口控制文件、载荷数据判读文件和载荷测试需求生成二进制载荷数据注入指令，依据载荷用户测试需求，对测试序列文件进行生成与编辑；

所述测试序列生成与编辑终端包括载荷数据注入文件生成、测试序列生成、测试序列编辑组件；

所述测试序列执行与测试覆盖性分析终端，用于自动或手动执行测试序列文件，经交互层设备向有效载荷发送遥控及数据注入指令。测试序列执行完成后，对执行的测试用例进行测试覆盖性分析，输出测试覆盖性分析报告；

所述测试序列执行与测试覆盖性分析终端包括若干执行测试序列、测试覆盖性分析的组件；

所述测试监视终端，用于对工程遥测参数、载荷探测数据进行快视，并提供数据回放、查询和下载功能。

所述测试监视终端包括若干工程遥测参数、载荷探测数据的快视组件。

作为所述系统的一种改进，每一个组件具有对应的动态链接库、属性配置文件。

本发明还提出一种基于组件化有效载荷地面综合测试系统的上行指令处理方法，所述方法流程包括：

根据载荷设计说明、接口控制文件、载荷数据判读文件和载荷测试需求，生成二进制载荷数据注入指令，生成并编辑有效载荷测试序列，生成载荷测试序列文件；

基于所述载荷测试序列文件，自动或手动执行测试序列，顺次将测试序列中指令通过交互层设备发送至有效载荷；当指令为遥控指令时，通过所述卫星平台遥测遥控接口仿真前端的io控制接口组件将遥控指令发送至有效载荷；当指令为数据注入指令时，通过所述卫星平台控制总线接口仿真前端向有效载荷发送数据注入指令；当指令为供电参数设置指令时，通过所述卫星平台供配电接口仿真前端远程对直流稳压电源设备进行参数设置，为有效载荷提供一次母线供电、指令供电；

对已发送指令的执行情况进行判读，确认指令执行状态；

在测试序列执行完成后，对本次执行的测试用例进行测试覆盖性分析，导出测试序列执行日志和测试覆盖性分析报告。

本发明还提出一种基于组件化有效载荷地面综合测试系统的下行数据处理方法，所述方法流程包括：

采集有效载荷发送的载荷探测数据、工程参数、数字量遥测、模拟量遥测；

对所述载荷探测数据进行传输帧、源包格式处理与质量检测，生成数据处理报告；

对所述载荷探测数据进行用户帧格式处理、解压缩和图像彩色复原处理；

将工程参数和数字量遥测、模拟量遥测进行物理量反演，生成工程遥测excel文件；

判读工程遥测参数及其复合参数，判断其是否异常，生成数据判读报告；

通过测试监视终端设备对工程遥测参数和载荷探测数据进行快视，并进行数据回放、查询和下载。

本发明的优势在于：

1、本发明的组件化有效载荷地面综合测试系统提供的组件在不同型号任务中具有较高的沿用比例，基于这些成熟组件开发的测试系统具有较高的继承性、高可靠性和可用性，可以显著缩短新型号任务测试系统的研制周期；

2、本发明的组件化有效载荷地面综合测试系统提供的交互层、处理层和应用层的多个成熟组件，可灵活应对不同型号任务外部接口类型、交互协议、载荷数据处理方法、物理量反演方法的变化，测试系统可实现对任务执行过程中测试需求变化的快速响应。

附图说明

图1为本发明的组件化有效载荷地面综合测试系统组成框图；

图2为本发明的组件化有效载荷地面综合测试系统的交互层设备组件；

图3为本发明的组件化有效载荷地面综合测试系统处理层设备组件；

图4为本发明的组件化有效载荷地面综合测试系统应用层设备组件；

图5为本发明的组件化有效载荷地面综合测试系统的上行指令发送流程图；

图6为本发明的组件化有效载荷地面综合测试系统的下行数据处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

如图1所示，本发明的组件化有效载荷地面综合测试系统，基于以太网测试总线进行框架构建，框架内不同部分通过以太网测试总线进行数据交互。按照与有效载荷交互的距离进行划分，分为交互层、处理层和应用层。

各分层设备包括多个可沿用组件，基于现有组件的组合、组件属性配置更改或添加新组件的方式实现各分层设备的功能，每一个组件以动态链接库+组件属性配置文件的方式提供。

交互层设备包括：卫星平台控制总线接口仿真前端、卫星平台模拟量遥测与遥控接口仿真前端、卫星平台供配电接口仿真前端和卫星平台高速数据采集接口仿真前端；所述交互层设备直接与有效载荷进行交互，包括向有效载荷发送遥控及数据注入指令，采集有效载荷发送的载荷探测数据、工程参数、数字量遥测、模拟量遥测。

如图2所示，交互层的设备及组件的功能说明如下：

所述卫星平台控制总线接口仿真前端，用于仿真卫星平台与有效载荷的总线接口数据通信；具体包括：

1553b总线交互组件：基于1553b总线板卡，作为总线控制端(buscontroller，bc)仿真卫星平台与有效载荷(作为远置终端remoteterminal，rt)进行总线通信，向有效载荷发送数据注入指令，采集有效载荷发送的数字量遥测、工程参数，完成卫星时间码及其他业务数据的交互；

can总线交互组件：基于can总线板卡，仿真卫星平台与有效载荷进行总线通信，向有效载荷发送数据注入指令，采集有效载荷发送的数字量遥测、工程参数，完成卫星时间码及其他业务数据的交互；

rs422总线交互组件：基于rs422总线板卡，仿真卫星平台与有效载荷进行总线通信，向有效载荷发送数据注入指令，采集有效载荷发送的数字量遥测、工程参数，完成卫星时间码及其他业务数据的交互；

rs485总线交互组件：基于rs485总线板卡，仿真卫星平台与有效载荷进行总线通信，向有效载荷发送数据注入指令，采集有效载荷发送的数字量遥测、工程参数，完成卫星时间码及其他业务数据的交互。

所述卫星平台遥测遥控接口仿真前端，用于仿真卫星平台与有效载荷分系统的遥测遥控接口，通过ad转换接口和数字io接口进行模拟量数据采集和遥控指令发送，具体包括：

ad数据采集组件：基于ad采集板卡，采集有效载荷温度等模拟量遥测；和

数字io控制组件：基于数字io控制卡，向有效载荷发送遥控指令。

所述卫星平台供配电接口仿真前端，用于仿真卫星平台给有效载荷供电；包括：

直流稳压电源组件：基于直流稳压电源为有效载荷提供一次母线供电、指令供电，采用网络远程控制方式对直流稳压电源进行输出电压控制、过流保护设置。

所述卫星平台高速数据采集接口仿真前端，用于仿真卫星平台通过lvds、sapcewire、1394等接口采集有效载荷产生的探测数据，具体包括：

lvds接口数据采集组件：基于lvds采集板卡，通过lvds接口采集载荷探测数据、工程参数；和

sapcewire接口数据采集组件：基于sapcewire采集板卡，通过sapcewire接口采集载荷探测数据、工程参数；和

1394接口数据采集组件：基于1394采集板卡，通过1394接口采集载荷探测数据、工程参数。

所述处理层的设备，用于实现有效载荷探测数据、工程遥测参数的处理，包括传输帧及源包格式处理与质量检测处理、数据解压缩及图像彩色复原处理、工程遥测参数物理量反演、载荷数据综合判读，工程遥测参数处理结果入库管理；

如图3所示，所述处理层设备具体包括：工程遥测参数处理服务器、测试数据综合判读服务器、载荷探测数据处理服务器和测试数据管理服务器。

所述测试数据管理服务器基于oracle数据库进行构建。

所述工程遥测参数处理服务器，用于对有效载荷通过平台控制总线接口、高速数据接口发送的工程遥测参数进行物理量反演处理、反演结果网络分发、数据库入库管理；具体包括：

工程遥测参数组织及处理方法配置信息管理组件：对每一个工程遥测参数在源包数据中的位置信息、处理公式信息进行管理；和

电压电流压力等四则运算公式转换组件：进行公式如y＝ax+b的电压、电流、压力等物理量转换处理，其中x为参数源码对应的十进制，a、b为公式系数，y为转换后的物理量的值。和

温度公式转换组件：温度转换处理公式如下：

其中a、b、c、vcc为公式系数，v为参数源码转换为物理量后的值，t为转换后的温度值。和

物理含义翻译公式组件：进行参数源码与物理含义之间翻译处理，如0x0a源码代表“全景相机a开”；和

物理量反演结果数据分发组件：将反演之后的处理结果数据通过以太网测试总线进行网络分发；和

物理量反演结果入库组件：基于sqlloader工具将反演之后的处理结果信息入数据库管理。

所述测试数据综合判读服务器，用于依据下行的工程遥测参数判读上行指令的执行情况；依据载荷数据判读文件判读工程遥测参数、复合参数(多个工程遥测参数经四则运算形成的新参数)是否异常；具体包括如下组件：

参数增量区间规则指令判读组件，用于判读指令的执行情况，规则如下：指令发送前后，参数增量属于某区间。如指令“全景相机a开机”，该指令执行前后遥测参数“母线电流”增量的区间为[0.09,0.15]；和

参数变化目标区间规则指令判读组件，用于判读指令的执行情况，规则如下：指令发送前后，参数变化至某目标区间或某目标值。如指令“载荷电控箱切a”，该指令执行后遥测参数“当前载荷电控箱设备”变化为0x0a；和

工程遥测参数和复合参数阈值规则判读组件，用于判读参数是否异常。规则如下：参数正常取值属于[minvalue，maxvalue]区间，若取值不属于该区间则判读参数为异常；和

工程遥测参数和复合参数枚举规则判读组件，用于判读参数是否异常。规则如下：参数正常取值属于枚举集合{value1，value2，…}，若取值不属于该集合则判读参数为异常；和

工程遥测参数和复合参数增量枚举规则判读组件，用于判读参数是否异常。规则如下：参数前后帧增量取值属于枚举集合{value1，value2，…}，若前后帧增量取值不属于该集合则判读参数为异常；和

工程遥测和复合数据统计特征判读组件，用于判读参数是否异常。规则如下：参数取值的统计特征包括均值、方差属于某阈值区间，若超出该区间则认为参数异常。

所述载荷探测数据处理服务器，用于依据载荷探测数据格式和处理要求，进行传输帧、源包、用户帧格式处理与质量检测、载荷探测数据解压缩与图像彩色复原、工程遥测数据物理量反演；具体包括如下组件：

传输帧格式处理与质量检测组件，用于传输帧格式同步、帧失步检测、航天器标识及虚拟信道标识符合法性检测、帧计数连续性检测；和

载荷源包格式处理与质量检测组件，用于源包格式同步、源包失步检测、应用过程标识符合法性检测、包计数连续性检测；和

载荷用户帧格式处理与质量检测模块，用于载荷用户帧格式同步、用户帧失步检测、用户帧载荷工作模式码合法性检测、用户帧计数连续性检测；和

rs译码组件，用于交织深度为1、2、3、4、5的rs(255,223)、rs(255,239)译码处理；

维特比译码组件，用于(2,1,7)卷积编码的维特比译码；和

解扰组件，用于采用伪随机序列h(x)＝x⁸+x⁷+x⁵+x³+1对加扰位置进行异或处理；和

crc校验组件，用于对生成多项式为x¹⁶+x¹²+x⁵+1的crc进行校验；和

累加和校验组件，用于对数据累加和信息进行校验；和

数据解压缩组件，用于jpeg图像数据解压缩；和

图像彩色复原处理组件，用于将位深为8位图像的像素dn值线性映射至位深为16位、24位彩色区间。

所述测试数据管理服务器，用于管理工程遥测参数组织及处理方法配置信息、遥控及数据注入指令配置信息，管理工程遥测参数物理量反演结果数据、数据处理报告及测试覆盖性分析报告文件。

所述应用层设备，用于根据测试需求实现有效载荷数据注入文件的生成、测试序列文件的生成、编辑、执行、测试覆盖性分析，以及载荷测试数据的实时监视；如图4所示，所述应用层的设备具体包括：测试序列生成与编辑终端、测试序列执行与测试覆盖性分析终端、测试监视终端和测试大屏等。

所述测试序列生成与编辑终端，用于编辑生成二进制载荷数据注入文件，依据载荷用户测试需求，对测试序列文件进行生成和编辑；具体包括如下组件：

数据注入文件生成组件，用于依据载荷生成说明，生成有效载荷各单机设备需要的数据注入指令二进制数据文件；和

测试序列生成组件，用于依据载荷用户测试需求，自动生成载荷测试序列；和

测试序列编辑组件，用于对自动生成的载荷序列进行人工编辑。

所述测试序列执行与测试覆盖性分析终端：自动或手动执行测试序列文件，经交互层设备向有效载荷发送遥控及数据注入指令。测试序列执行完成后，对执行的测试用例进行测试覆盖性分析，输出测试覆盖性分析报告；具体包括如下组件：

测试序列自动执行组件：按照测试序列文件，在指定卫星时刻，将测试序列中的指令顺次发送给交互层设备；和

测试序列手动执行组件：按照测试序列文件，在人工操作控制下，逐条发送测试序列中的指令给交互层设备；和

测试覆盖性分析组件：对测试序列对各载荷设备设计指令的覆盖情况、判读的工程遥测参数的覆盖性、载荷功能及工作模式设计的覆盖性进行统计。

所述测试监视终端：对工程遥测参数、载荷探测数据进行快视，并提供数据回放、查询、下载等功能。具体包括如下组件：

工程遥测参数表格快视组件，用于以表格形式快视载荷工程遥测参数的当前值；和

工程遥测参数趋势曲线快视组件，用于以曲线形式快视载荷工程遥测参数的历史值；和

载荷数据图像快视组件，用于以图像形式进行载荷数据快视，图像高度、宽度和位深度参数可设置；和

载荷数据二进制快视组件，用于以二进制文本形式进行载荷数据的快视；和

工程遥测参数载荷拓扑快视组件，用于以载荷设备的拓扑结构为背景，显示载荷工程遥测参数数据；和

三维场景快视组件，用于以载荷设备的三维结构为背景，显示载荷工程遥测参数数据；和

指令信息快视组件，用于以表格形式对已发送的指令信息进行快视。

在有效载荷的试验过程中，地面综合测试系统一方面负责数据注入文件生成、测试序例生成、编辑和执行，向有效载荷发送遥控及数据注入指令，驱动载荷完成各工作模式的试验；另一方面地面综合测试系统对有效载荷按照一定的格式、协议和频率下传的载荷探测数据，进行采集、处理、监视和持久管理。即有效载荷试验过程包括了上行指令与下行数据处理两个流程，分别如图5和图6所示。

如图5所示，上行指令处理流程包括：

步骤s1)根据载荷设计说明、接口控制文件、载荷数据判读文件和载荷测试需求，生成二进制数据注入指令，生成并编辑有效载荷测试序列，生成测试序列文件；

步骤s2)基于所述测试序列文件，自动或手动执行测试序列，顺次将序列中指令经交互层设备发送至有效载荷；当指令为遥控指令时，通过所述卫星平台遥测遥控接口仿真前端的io控制接口组件将遥控指令发送至有效载荷；当指令为数据注入指令时，通过所述卫星平台控制总线接口仿真前端向有效载荷发送数据注入指令；当指令为供电参数设置指令时，通过所述卫星平台供配电接口仿真前端远程对直流稳压电源设备进行参数设置，为有效载荷提供一次母线供电、指令供电；

步骤s3)对已发送指令的执行情况进行判读，确认指令是否执行；

步骤s4)在测试序列执行完成后，进行测试覆盖性分析，导出测试序列执行日志和测试覆盖性分析报告。

如图6所示，下行数据处理流程包括：

步骤x1)采集有效载荷发送的载荷探测数据、工程参数、数字量遥测、模拟量遥测，和；

步骤x2)对载荷探测数据进行传输帧及源包格式处理，生成数据处理报告；

步骤x3)将所述载荷探测数据进行用户帧格式处理、解压缩和图像彩色复原处理；将工程参数、数字量遥测数据、模拟量遥测数据进行物理量反演处理，生成工程遥测参数excel文件；

步骤x4)依据载荷数据判读文件，判读工程遥测参数是否异常，生成数据判读报告；

步骤x5)通过测试监视终端对工程遥测参数、载荷探测数据进行快视，并进行数据回放、查询和下载。

本发明涉及的技术创新点包括：

1、提出一种有效载荷地面综合测试系统框架：针对传统有效载荷地面综合测试系统专用性强、缺乏可沿用性的问题，提出了一种交互层、处理层、应用层等三层的有效载荷地面综合测试系统统一框架；

2、有效载荷地面综合测试系统的组件化：将不同分层设备的设计为多个可沿用组件，基于现有组件的组合、组件属性配置更改或者通过添加新的组件，即可构建出适合新型号任务的有效载荷地面综合测试系统。

所申请方法已经成功应用于嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号、中国首次火星探测任务的有效载荷地面综合测试系统中，任务执行结果表明：①该系统框架能够支持上述多个型号任务的有效载荷地面试验任务；②所提供组件在不同型号任务中具有较高的沿用比例，基于这些组件开发的测试系统具有较高的继承性、可靠性、可用性，可以显著缩短新型号任务测试系统的研制周期，实现对任务执行过程中测试需求变化的快速响应。

本发明提供的交互层、处理层、应用层的多个成熟组件，可灵活应对不同型号任务外部接口类型、交互协议、载荷数据处理方法、物理量反演方法的变化，是系统具有继承性、可靠性、可用性，显著缩短任务研制周期的主要原因。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。