一種小衛(wèi)星在軌自主測(cè)試方法

張德全 蔣軼穎 趙婷 孔令波 施思寒

（航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094）

一種小衛(wèi)星在軌自主測(cè)試方法

張德全 蔣軼穎 趙婷 孔令波 施思寒

（航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094）

提出了一種基于星上網(wǎng)絡(luò)的小衛(wèi)星系統(tǒng)層面的自主測(cè)試方法，能夠在較少的人工參與下，可靠地完成衛(wèi)星的在軌測(cè)試。主要測(cè)試內(nèi)容有衛(wèi)星重要參數(shù)監(jiān)視、遙控指令的自主測(cè)試、指定任務(wù)的自主測(cè)試。該星載自主測(cè)試方法是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的一種開(kāi)放式的測(cè)試框架，藉此進(jìn)行衛(wèi)星上的各種測(cè)試。

自主測(cè)試；在軌測(cè)試；星上網(wǎng)絡(luò)；小衛(wèi)星

1 引言

衛(wèi)星是由多個(gè)分系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)。目前，在軌自主測(cè)試一般只能實(shí)現(xiàn)單機(jī)層面的簡(jiǎn)單的自檢測(cè)試；開(kāi)展過(guò)一些星載電子設(shè)備機(jī)內(nèi)測(cè)試（Build in Test，BIT）技術(shù)的研究，但是其仍側(cè)重于各個(gè)功能模塊的測(cè)試，且在航天領(lǐng)域中研究和應(yīng)用還較少［1］。對(duì)可能危及整個(gè)衛(wèi)星和分系統(tǒng)安全的關(guān)鍵參數(shù)和以往在軌衛(wèi)星易出現(xiàn)故障的地方，目前較普遍的做法是在衛(wèi)星的設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)一些自主管理策略，作為整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的一部分在軌運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)預(yù)期的異常時(shí)，根據(jù)事先設(shè)計(jì)的策略對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行自主操作［2－9］。而小衛(wèi)星分系統(tǒng)級(jí)、整星系統(tǒng)級(jí)層面的地面和在軌功能、性能測(cè)試主要還是由人工來(lái)完成，測(cè)試周期也較長(zhǎng)。衛(wèi)星的在軌測(cè)試和長(zhǎng)期運(yùn)行管理，都依賴于地面測(cè)控和運(yùn)行管理人員，只能在地面測(cè)控弧段內(nèi)才能夠進(jìn)行。我國(guó)地面測(cè)控弧段有限，衛(wèi)星絕大部分時(shí)間都運(yùn)行在地面非測(cè)控弧段內(nèi)，因此無(wú)法對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行全天候的主動(dòng)監(jiān)視和測(cè)試，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。比如在地面測(cè)控弧段外使用載荷設(shè)備，如不能夠進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的自主測(cè)試，有問(wèn)題則不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、不能及時(shí)自主處理或故障隔離，會(huì)影響該載荷設(shè)備的安全，乃至整個(gè)衛(wèi)星的安全。

因此，一種能夠較少人工參與的、可靠的、自主進(jìn)行地面和在軌測(cè)試的小衛(wèi)星測(cè)試方法顯得尤為必要。本文提出了一種小衛(wèi)星在軌自主測(cè)試的方法，在不用更改目前衛(wèi)星信息流體系的情況下，達(dá)到小衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)層面的在軌自主測(cè)試和快速的地面測(cè)試。

2 自主測(cè)試技術(shù)框架設(shè)計(jì)

星上網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱“星上網(wǎng)”）采用現(xiàn)場(chǎng)總線（CAN），將星上各功能模塊有機(jī)地連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)星上信息交換和共享，實(shí)時(shí)地完成星上運(yùn)行的管理、測(cè)量和控制，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星運(yùn)行操作控制工作［10］。目前，國(guó)內(nèi)小衛(wèi)星星上信息流的管理采用的是集中管理、分散控制的方案，使用CAN總線，統(tǒng)一由星務(wù)分系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度和管理［11］。

衛(wèi)星上用于標(biāo)識(shí)設(shè)備和分系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、執(zhí)行情況的所有遙測(cè)數(shù)據(jù)和部分載荷數(shù)據(jù)都通過(guò)星上網(wǎng)絡(luò)匯集到星務(wù)分系統(tǒng)；用于控制設(shè)備和任務(wù)運(yùn)行的所有上行數(shù)據(jù)型指令和數(shù)據(jù)塊，以及已經(jīng)存在于衛(wèi)星上的能自主發(fā)送的管控指令（比如程控指令、相對(duì)程控指令、安全模式指令等），都通過(guò)星務(wù)分系統(tǒng)來(lái)完成解析或者自主發(fā)送，并通過(guò)星上網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)被控制和管理的設(shè)備［12］。星務(wù)分系統(tǒng)管控所有的遙測(cè)信息和所有數(shù)據(jù)型指令、數(shù)據(jù)塊，它依托星上網(wǎng)，對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視和測(cè)試。

衛(wèi)星的控制信息與狀態(tài)信息都由星務(wù)分系統(tǒng)管控，如在星務(wù)分系統(tǒng)中增加一套自主測(cè)試軟件，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星各個(gè)分系統(tǒng)或者設(shè)備的自主測(cè)試。為了適應(yīng)不同衛(wèi)星、不同分系統(tǒng)、不同設(shè)備的自主測(cè)試，自主測(cè)試軟件架構(gòu)應(yīng)該設(shè)計(jì)為一個(gè)開(kāi)放式的軟件架構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，自主測(cè)試軟件就是一個(gè)具有特定軟件框架結(jié)構(gòu)的軟件，能夠根據(jù)不同的擁有內(nèi)在邏輯關(guān)系的輸入，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出結(jié)果。比如說(shuō)，向衛(wèi)星發(fā)送一條“GPS授時(shí)”指令，該條指令是否正確執(zhí)行的判據(jù)，涉及到了兩個(gè)設(shè)備——星務(wù)設(shè)備和GPS設(shè)備，只有這兩個(gè)設(shè)備的遙測(cè)中相應(yīng)的GPS時(shí)間和星務(wù)時(shí)間一致了，且星務(wù)指令計(jì)數(shù)增加了1，才可認(rèn)為“GPS授時(shí)”指令正確發(fā)出了；向衛(wèi)星發(fā)送一條“GPS斷電”指令，該指令正確執(zhí)行后會(huì)產(chǎn)生如下的結(jié)果：星務(wù)遙測(cè)中指令計(jì)數(shù)加1、電源遙測(cè)中電流減小和GPS不再有遙測(cè)，即該指令有三個(gè)判據(jù)，且這三個(gè)判據(jù)是相“與”的關(guān)系。星上指令成百上千條，其對(duì)應(yīng)的遙測(cè)及其邏輯關(guān)系更多，把所有的指令及判據(jù)都固定地寫在自主測(cè)試軟件中，將使軟件變得龐大且不易維護(hù)。

小衛(wèi)星星務(wù)分系統(tǒng)都具備數(shù)據(jù)注入功能，因此將測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試項(xiàng)目的判據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)上注的方式注入星務(wù)分系統(tǒng)，星務(wù)分系統(tǒng)自主測(cè)試軟件根據(jù)上注的測(cè)試項(xiàng)目及其判據(jù)進(jìn)行邏輯判斷，并給出判斷結(jié)果。對(duì)測(cè)試結(jié)果中會(huì)危及設(shè)備安全或者衛(wèi)星安全的部分，可以根據(jù)星上的異常處理表立即進(jìn)行自主處理，異常處理表也是通過(guò)數(shù)據(jù)上注的方式進(jìn)行設(shè)置。通過(guò)數(shù)據(jù)上注的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試判據(jù)以及異常處理表存儲(chǔ)在星載計(jì)算機(jī)的非易失性存儲(chǔ)器中，數(shù)據(jù)上注一次后即可不再上注，便于應(yīng)對(duì)不同環(huán)境下的重復(fù)性的測(cè)試需求。

因此，小衛(wèi)星自主測(cè)試方法是在星務(wù)分系統(tǒng)的基礎(chǔ)上須要嵌入一套測(cè)試軟件，進(jìn)行自主測(cè)試；測(cè)試軟件中的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試判據(jù)以及異常處理表都可以通過(guò)數(shù)據(jù)上注的方式更新。

3 小衛(wèi)星自主測(cè)試方法

小衛(wèi)星自主測(cè)試方法主要采用兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：被動(dòng)型的方法和主動(dòng)型的方法。

被動(dòng)型的方法是實(shí)時(shí)監(jiān)視基于星上網(wǎng)絡(luò)的信息流的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的變化。如果有變化，則確定這些變化是否在正常的或者允許的范圍內(nèi)。

主動(dòng)型的方法是先主動(dòng)給被測(cè)設(shè)備（可以是設(shè)備、分系統(tǒng)或者衛(wèi)星的一個(gè)具體任務(wù)，下同）1個(gè)或者1組具體的外部激勵(lì)，通過(guò)分析被測(cè)設(shè)備對(duì)這些外部激勵(lì)的響應(yīng)情況，來(lái)確定被測(cè)設(shè)備的在各種狀態(tài)下的運(yùn)行情況。小衛(wèi)星的這些激勵(lì)，絕大部分都可以通過(guò)遙控指令和數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

按照小衛(wèi)星的信息流特點(diǎn)，將自主測(cè)試劃分為：重要參數(shù)的監(jiān)視、地面上行遙控指令的自主測(cè)試和指定任務(wù)的自主測(cè)試。

小衛(wèi)星自主測(cè)試方法的原理圖如圖1所示。

圖1 小衛(wèi)星自主測(cè)試方法的原理圖Fig．1 Schematic diagram of small satellite auto－test

3．1 重要參數(shù)監(jiān)視

重要參數(shù)監(jiān)視是自主測(cè)試軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視小衛(wèi)星重要的一些參數(shù)，判斷這些參數(shù)是否在允許的范圍內(nèi)，然后形成監(jiān)視記錄表，記錄表以固定周期下傳到地面。如果某些重要參數(shù)超出允許范圍，自主測(cè)試軟件主動(dòng)進(jìn)行一些故障恢復(fù)或者故障隔離操作，以避免衛(wèi)星在軌情況進(jìn)一步惡化。

重要參數(shù)監(jiān)視功能具體的實(shí)現(xiàn)方法如下：

（1）首先通過(guò)星上網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)參數(shù)監(jiān)視表實(shí)時(shí)獲取監(jiān)視的參數(shù)數(shù)據(jù)。

（2）根據(jù)參數(shù)監(jiān)視表和監(jiān)視規(guī)則，判斷參數(shù)是否正常。

（3）將監(jiān)視結(jié)果按時(shí)間順序放入監(jiān)視記錄表，衛(wèi)星在境外時(shí)，將監(jiān)視記錄表的內(nèi)容存放在固存中；在衛(wèi)星過(guò)境時(shí)，監(jiān)視記錄表以固定的周期傳送到地面測(cè)控站。

（4）對(duì)于重要的參數(shù)，如果監(jiān)視到其異常，立即依據(jù)異常處理表進(jìn)行處理，確保衛(wèi)星的安全或者為地面專家處理贏得時(shí)間。

重要參數(shù)監(jiān)視中設(shè)計(jì)了兩張表：參數(shù)監(jiān)視表和異常處理表。參數(shù)監(jiān)視表中用于存放需要監(jiān)視的參數(shù)、參數(shù)來(lái)源、參數(shù)的正常值范圍等。異常處理表中存放監(jiān)視表與異常處理表的映射關(guān)系、異常處理時(shí)要用到的數(shù)據(jù)指令等。監(jiān)視規(guī)則由兩部分組成：一部分是依據(jù)小衛(wèi)星信息流特點(diǎn)制定的參數(shù)監(jiān)視規(guī)則，另一部分對(duì)參數(shù)監(jiān)視表進(jìn)行邏輯分析得出的參數(shù)監(jiān)視規(guī)則。

參數(shù)監(jiān)視表和異常處理表通過(guò)數(shù)據(jù)注入的方式進(jìn)行更改、增加和刪除。通過(guò)這種注入的方式，以有限的資源來(lái)滿足量級(jí)較大的地面測(cè)試和在軌測(cè)試需求。

參數(shù)監(jiān)視的運(yùn)行原理見(jiàn)圖1中的“參數(shù)監(jiān)視”部分。

3．2 地面上行遙控指令的自主測(cè)試

在自主測(cè)試模式下，地面上行遙控指令可以分為兩種類型：增量型指令和閾值型指令。

增量型指令是指該指令被正確執(zhí)行后，相關(guān)的星上數(shù)據(jù)是在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加或者減少一個(gè)具體范圍的值。比如設(shè)備開(kāi)機(jī)指令被正確執(zhí)行后，電源負(fù)載電流是在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)具體范圍的值。

閾值型指令是指該指令被正確執(zhí)行后，相關(guān)的星上數(shù)據(jù)是變化為一個(gè)具體范圍的值。比如設(shè)備開(kāi)機(jī)指令被正確執(zhí)行后，星上采集的該設(shè)備的電壓模擬量就是一個(gè)具體范圍的數(shù)值。

所有的遙控指令都可以分為以上兩種類型。其指令及相關(guān)的星上數(shù)據(jù)可以制作兩種數(shù)據(jù)表：增量型指令表和閾值型指令表。增量型指令表中存放所須測(cè)試的增量型指令、以及這些指令被正確執(zhí)行后相應(yīng)的星上數(shù)據(jù)變化的情況；閾值型指令表中存放所須測(cè)試的閾值型指令、以及這些指令被正確執(zhí)行后相應(yīng)的星上數(shù)據(jù)變化的情況。

1）地面上行的增量型指令的自主測(cè)試方法

（1）自主測(cè)試軟件實(shí)時(shí)獲取星上網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，將增量型指令表中相應(yīng)的數(shù)據(jù)與獲取的數(shù)據(jù)保持一致（即數(shù)據(jù)同步），同時(shí)一直監(jiān)視星上網(wǎng)絡(luò)中是否有增量型指令發(fā)送來(lái)。

（2）如果有增量型指令出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中，則立即中止增量型指令表中相應(yīng)的數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)獲取的星上網(wǎng)數(shù)據(jù)的同步操作。

（3）待獲取最新的該增量型指令對(duì)應(yīng)的星上數(shù)據(jù)后，將新的數(shù)據(jù)與增量型指令表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，依據(jù)增量型指令判斷規(guī)則，判斷出該增量型指令是否正確執(zhí)行。增量型指令發(fā)送后，其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)可能有延時(shí)變化的情況，因此可以多判斷幾組數(shù)據(jù)，采取表決的方式來(lái)進(jìn)行增量型指令是否正確執(zhí)行的判斷。

（4）將指令執(zhí)行結(jié)果以數(shù)據(jù)包方式返回給星務(wù)主機(jī)，便于星務(wù)主機(jī)依據(jù)執(zhí)行情況進(jìn)行處理；同時(shí)開(kāi)啟增量型指令表中數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)獲取的星上數(shù)據(jù)間的同步操作。

（5）將指令執(zhí)行結(jié)果存入指令記錄表中，衛(wèi)星在境外時(shí)，將指令記錄表的內(nèi)容存放在固存中；衛(wèi)星在過(guò)境時(shí)，指令記錄表以固定的周期傳送到地面測(cè)控站。

2）地面上行的閾值型指令的自主測(cè)試方法

（1）自主測(cè)試軟件實(shí)時(shí)獲取星上網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，將閾值型指令表中相應(yīng)的數(shù)據(jù)與獲取的數(shù)據(jù)同步；同時(shí)一直監(jiān)視星上網(wǎng)絡(luò)中是否有閾值型指令發(fā)送來(lái)。

（2）如果有閾值型指令出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中，等待該閾值型指令對(duì)應(yīng)的星上數(shù)據(jù)的到來(lái)。

（3）在獲取最新的數(shù)據(jù)后，依據(jù)閾值型指令判斷規(guī)則，判斷出該閾值型指令是否執(zhí)行正確。閾值型指令發(fā)送后，其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)可能有延時(shí)變化的情況，因此可以多判斷幾組數(shù)據(jù)，采取表決的方式進(jìn)行閾值型指令是否正確執(zhí)行的判斷。

（4）將指令執(zhí)行結(jié)果以數(shù)據(jù)包方式返回給星務(wù)主機(jī)，便于星務(wù)主機(jī)依據(jù)執(zhí)行情況進(jìn)行處理。

（5）將指令執(zhí)行結(jié)果存入指令記錄表中。如果執(zhí)行不正確時(shí)，記錄下是哪個(gè)相關(guān)的數(shù)據(jù)變化不正確，以便用于原因分析；在衛(wèi)星過(guò)境時(shí)，指令記錄表以固定的周期傳送到地面測(cè)控站；同時(shí)也將結(jié)果保存到固存中，便于境外的數(shù)據(jù)分析。

對(duì)于一條數(shù)據(jù)型指令來(lái)說(shuō)，其可能既是增量型指令，又是閾值型指令。如果是這樣的話，采用的策略是分別判斷其作為增量型指令的執(zhí)行情況和作為閾值型指令的執(zhí)行情況，兩者都執(zhí)行正確的情況下才認(rèn)為指令執(zhí)行正確。因此測(cè)試規(guī)則也由兩部分組成：一部分是依據(jù)小衛(wèi)星信息流特點(diǎn)制定的測(cè)試規(guī)則，另一部分對(duì)增量型指令表和閾值型指令表進(jìn)行邏輯分析得出的測(cè)試規(guī)則。

增量型指令表和閾值型指令表也通過(guò)數(shù)據(jù)注入的方式進(jìn)行更改、增加和刪除。通過(guò)這種數(shù)據(jù)注入的方式，以有限的資源來(lái)滿足量級(jí)較大的地面測(cè)試和在軌測(cè)試需求。

3．3 指定任務(wù)的自主測(cè)試

為完成指定的測(cè)試任務(wù)，往往須要去執(zhí)行一組具有內(nèi)在相互關(guān)聯(lián)的指令。如果每個(gè)指令的執(zhí)行結(jié)果都符合設(shè)計(jì)預(yù)期，則最后的測(cè)試任務(wù)就能正常完成。因此指定任務(wù)的自主測(cè)試實(shí)際上是基于單個(gè)指令的自主測(cè)試來(lái)完成的。

為完成指定任務(wù)的自主測(cè)試，須要為星載自主測(cè)試軟件提供自測(cè)試任務(wù)表，表中包含：任務(wù)名稱、每個(gè)任務(wù)的一組數(shù)據(jù)型指令以及這些指令的開(kāi)始執(zhí)行時(shí)間。這個(gè)自測(cè)試任務(wù)表也通過(guò)上行注入數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行更改、增加或刪除。

對(duì)指定任務(wù)（由一組數(shù)據(jù)型指令組成）的自主測(cè)試方法如下：

（1）由遙控上行指令來(lái)啟動(dòng)指定的某組測(cè)試任務(wù)，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。

（2）該組測(cè)試任務(wù)開(kāi)啟后，將任務(wù)中指令的開(kāi)始執(zhí)行時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，時(shí)間一致時(shí)，將當(dāng)前時(shí)間對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)型指令通過(guò)星上網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。

（3）星條分系統(tǒng)自主測(cè)試軟件檢測(cè)到該條指令后，判別其是增量型指令還是閾值型指令或者兩者兼而有之，然后根據(jù)上節(jié)的方法來(lái)判斷該指令是否被正確執(zhí)行。

（4）如果該條指令被正確執(zhí)行，繼續(xù)將當(dāng)前時(shí)間與下條指令的時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，時(shí)間到時(shí)執(zhí)行下條指令，直到該組任務(wù)最后一條被正確執(zhí)行完畢，然后自動(dòng)關(guān)閉對(duì)該組任務(wù)的自主測(cè)試；如果該組中有任一條指令未被正常執(zhí)行，則暫時(shí)中止該測(cè)試任務(wù)的后續(xù)執(zhí)行。

（5）將指定任務(wù)的自主測(cè)試結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)包方式發(fā)送給星務(wù)主機(jī)，以便星務(wù)主機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。

計(jì)算采用SATWE，程序中選擇按中震（大震）不屈服進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。驗(yàn)算時(shí)，水平地震影響系數(shù)最大值按中震取值（2.8倍小震=2.8×0.04=0.112），不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整，荷載作用分項(xiàng)系數(shù)取1.0，組合值系數(shù)不變，材料強(qiáng)度取值標(biāo)準(zhǔn)值，抗震承載力調(diào)整系數(shù)1.0。底部加強(qiáng)區(qū)墻肢按中震不屈服及多遇地震（一級(jí)）分析結(jié)果的較大值進(jìn)行設(shè)計(jì)。驗(yàn)算表明主要墻肢在此種工況下不出現(xiàn)整體受拉情況，保證了墻肢抗剪的有效性。

（6）將指定任務(wù)的自主測(cè)試結(jié)果存入任務(wù)記錄表中，衛(wèi)星在境外時(shí)，將任務(wù)記錄表的內(nèi)容存放在固存中。如果任務(wù)未正常執(zhí)行，記錄下未正常執(zhí)行的相關(guān)內(nèi)容，以便用于原因分析；衛(wèi)星在過(guò)境時(shí)，任務(wù)記錄表以固定的周期傳送到地面測(cè)控站。

對(duì)指定任務(wù)（由一組數(shù)據(jù)型指令組成）的自主測(cè)試的原理圖見(jiàn)圖1中“自主測(cè)試”部分。

4 驗(yàn)證情況分析

小衛(wèi)星在軌自主測(cè)試方法作為低軌科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星的一項(xiàng)試驗(yàn)搭載項(xiàng)目，已經(jīng)通過(guò)了某衛(wèi)星的正樣裝配、總裝和測(cè)試（AIT）及在軌測(cè)試驗(yàn)證，在軌也已正常運(yùn)行了兩年。

衛(wèi)星在地面及在軌期間，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了多次試驗(yàn)。試驗(yàn)的方式是采用自主測(cè)試的同時(shí)，也采用人工判斷，然后將兩者的判斷結(jié)果進(jìn)行比較，如果兩者完全一致即證明了自測(cè)試技術(shù)的可信性；如果自主方式比人工方式所用時(shí)間大為縮短，即證明了自測(cè)試技術(shù)的有效性?？梢詮臏y(cè)試的“占用時(shí)間”、“監(jiān)視時(shí)段”、“處理異常的及時(shí)性”、“測(cè)試結(jié)果的正確性”這四個(gè)指標(biāo)來(lái)比對(duì)傳統(tǒng)的人工測(cè)試方法與自主測(cè)試方法。占用時(shí)間越短、監(jiān)視時(shí)段越長(zhǎng)、處理異常越及時(shí)、監(jiān)視與異常處理越可靠，則此測(cè)試方法更優(yōu)越。

比如在軌對(duì)某衛(wèi)星的熱控分系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)試。熱控分系統(tǒng)共32個(gè)控溫回路，其相關(guān)的測(cè)溫點(diǎn)有124個(gè)，測(cè)溫點(diǎn)遙測(cè)數(shù)據(jù)有124byte；控溫的門限有96byte的遙測(cè)數(shù)據(jù)；還有表征每個(gè)加熱回路的軟、硬件加熱狀態(tài)的遙測(cè)數(shù)據(jù)有64byte。也就是說(shuō)熱控相關(guān)的遙測(cè)數(shù)據(jù)共有284byte。地面專業(yè)熱控人員須要分析完284byte的遙測(cè)數(shù)據(jù)后，才能對(duì)衛(wèi)星的熱控情況做出最終的判斷。這其中還須要進(jìn)行一些邏輯判斷，比如要確定閉環(huán)控溫是否正確，須要綜合判斷控溫門限、軟硬件加熱狀態(tài)、控溫方式等遙測(cè)數(shù)據(jù)。因此，每次人工進(jìn)行衛(wèi)星熱控是否正常的判斷都需要10min以上的時(shí)間；并且由于衛(wèi)星只有在境內(nèi)才能收到其遙測(cè)數(shù)據(jù)，人工判斷只能在每次衛(wèi)星過(guò)境，地面站收到遙測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)才能進(jìn)行。

作為對(duì)比，采用自測(cè)試的方法。所有的判斷內(nèi)容都由星上的自測(cè)試軟件進(jìn)行。測(cè)試結(jié)果通過(guò)4byte的遙測(cè)數(shù)據(jù)傳送到地面系統(tǒng)。這4byte中每個(gè)bit表征為一個(gè)控溫回路的健康狀態(tài)。哪一路正常，則在遙測(cè)界面顯示該路“正常”；哪一路不正常，就在遙測(cè)界面顯示該路“異?！?。因此通過(guò)遙測(cè)界面，一目了然地即可看出整星熱控是否正常，異常時(shí)是哪一路異常，總耗時(shí)不到1min，約為人工判斷時(shí)間的1/10；并且可以全天時(shí)地進(jìn)行，判斷熱控異常時(shí)，可以立即進(jìn)行熱控下位機(jī)復(fù)位或者切換到相應(yīng)備份回路。

表1是針對(duì)熱控分系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，人工判斷和自主測(cè)試方法的指標(biāo)比對(duì)情況。

從某衛(wèi)星整星測(cè)試結(jié)果和在軌的運(yùn)行情況來(lái)分析，說(shuō)明小衛(wèi)星自主測(cè)試方法能夠在減少人為參與的情況下，較快地完成衛(wèi)星系統(tǒng)層面的自主測(cè)試。

5 結(jié)束語(yǔ)

小衛(wèi)星在軌自主測(cè)試方法是一種較少人工參與的小衛(wèi)星測(cè)試技術(shù)，能夠?qū)πl(wèi)星進(jìn)行全天時(shí)的監(jiān)視和測(cè)試，實(shí)時(shí)地進(jìn)行故障處理和隔離。它依托星上網(wǎng)絡(luò)，在目前小衛(wèi)星星務(wù)系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，借助高性能的星載計(jì)算機(jī)，在不須要對(duì)目前小衛(wèi)星體系結(jié)構(gòu)作大的改變的情況下，就可以完成對(duì)小衛(wèi)星的自主測(cè)試，具有很好的應(yīng)用前景。目前，此技術(shù)作為搭載試驗(yàn)已應(yīng)用在某低軌衛(wèi)星上，其地面和在軌測(cè)試結(jié)果良好，有效地縮短了衛(wèi)星地面測(cè)試和在軌測(cè)試的時(shí)間。

本文提出的自主測(cè)試方法是以星上網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸載體，而星上網(wǎng)絡(luò)主要用于對(duì)小衛(wèi)星的管理和控制，傳送衛(wèi)星控制信息和狀態(tài)信息，較少涉及載荷，因此本文提出的方法無(wú)法分析載荷的數(shù)據(jù)信息。如果小衛(wèi)星星上網(wǎng)數(shù)據(jù)流量過(guò)大，測(cè)試判據(jù)的邏輯過(guò)于復(fù)雜，則在軌自主測(cè)試軟件的處理復(fù)雜度會(huì)增大，將對(duì)星務(wù)分系統(tǒng)軟件的正常運(yùn)行產(chǎn)生不良的影響。

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（編輯：張小琳）

Study of Space－borne Auto－test Method for Small Satellite

ZHANG Dequan JIANG Yiying ZHAO Ting KONG Lingbo SHI Sihan
（DFH Satellite Co．，Ltd．，Beijing 100094，China）

This paper describes the space－borne auto－test method of small satellite based on Control Area Network（CAN）bus and presents the technology principle and the implementation methods in detail．The method can reliably complete on－orbit auto－test of small satellite，with least human participation．The method is fit for system－level auto auto－test of small satellite，which includes three parts：monitoring important parameters，auto test of telecommands and autotest of specific tasks．The space－borne auto－test method is designed to realize open test framework by embedded software．

auto－test；space－borne test；field bus；small satellite

V443．5

A

10．3969/j．issn．1673－8748．2016．02．017

2015－09－10；

2016－03－11

國(guó)家重大科技專項(xiàng)工程

張德全，男，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)樾莿?wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、小衛(wèi)星綜合電子技術(shù)、小衛(wèi)星自主測(cè)試。Email：zhangdequan＿2010@126．com。