載人航天器電測自動化程序設(shè)計及應(yīng)用

何永叢,李鴻飛,楊 楓,潘順良,吳 偉

(中國空間技術(shù)研究院 載人航天總體部，北京 100094)

載人航天器電測自動化程序設(shè)計及應(yīng)用

何永叢,李鴻飛,楊 楓,潘順良,吳 偉

(中國空間技術(shù)研究院 載人航天總體部，北京 100094)

針對現(xiàn)有載人航天器電測過程不能流程化、自動化程控，消耗了相當(dāng)多的人力資源和時間成本的問題，設(shè)計了載人航天器自動化測試程序;通過對自動化測試程序的格式、功能、處理流程進行分析和設(shè)計，為航天器電測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)了航天器電測全周期自動化、流程化，能夠適應(yīng)不同系列載人航天器電測，有效減少測試人員的手動操作及崗位人員數(shù)量，提高了測試效率，滿足高強度的地面測試，高效完成高密度的載人航天器發(fā)射任務(wù)。

載人航天器；電測；自動化測試程序；自動化測試

0 引言

航天器電測(也稱航天器電性能測試)是指在統(tǒng)一供配電條件下，對航天器各項功能、性能、接口等進行的全面檢查，在航天器若干研制活動中，航天器測試工作是其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一[1-3]。隨著航天器型號研制任務(wù)進一步加劇，存在航天器批產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化測試、高密度測發(fā)任務(wù)的情況，傳統(tǒng)以人工發(fā)送指令為主導(dǎo)的測試模式已不能滿足要求，必須使航天器電測過程流程化、自動化程控，提高電測效率，降低成本，解決人力、物力占用矛盾，滿足航天器高密度測發(fā)任務(wù)需求。

航天器自動化測試是航天器測試技術(shù)的主要發(fā)展方向和趨勢，即利用計算機按照預(yù)定程序自動完成控制指令發(fā)送及下傳數(shù)據(jù)監(jiān)視，是提高測試效率、保證測試質(zhì)量及安全、縮短測試周期、精簡測試隊伍的必然要求和有效手段。

國外對航天器自動化測試技術(shù)研究較為深入，而且開展的時間較長。以洛馬公司、波音公司為代表的美國宇航企業(yè)，在整星設(shè)計、制造、集成測試方面，在大量任務(wù)中積累了豐富的資源。洛馬公司在衛(wèi)星總裝集成測試和衛(wèi)星發(fā)射方面同樣極具競爭力。波音公司目前具有世界級先進的衛(wèi)星總裝集成測試工廠，配置了完備的自動測試系統(tǒng)，形成了高效運行的整星測試流程，具備了衛(wèi)星生產(chǎn)流水線作業(yè)的能力。ThalesAlenia Space公司已經(jīng)實現(xiàn)了有效載荷的完全自動化測試，當(dāng)前，航天器自動化程序設(shè)計及應(yīng)用已經(jīng)被世界航天強國廣泛采用，國內(nèi)對航天器自動化測試的研究還處于起步階段，主要通過對航天器測試業(yè)務(wù)中測試操作、流程、層次和體系結(jié)構(gòu)的分析，總結(jié)了面向航天器自動化測試語言的特征[4-7]，尚未形成有效的測試可執(zhí)行的數(shù)字資源。為提高我國航天器研制能力，追趕國際先進測試技術(shù)，發(fā)展航天器自動化測試迫在眉睫。

1 測試實現(xiàn)的架構(gòu)及原理

圖1為載人航天器自動化測試系統(tǒng)框架圖，測試人員使用測試系統(tǒng)控制端，向自動化測試系統(tǒng)主機發(fā)送控制指令，自動化測試系統(tǒng)主機解析、執(zhí)行測試程序，同時實時監(jiān)視執(zhí)行信息，前端設(shè)備和航天器響應(yīng)上行測試程序激勵并將遙測參數(shù)源碼回傳給自動化測試主機，自動化測試系統(tǒng)主解算源碼，將測試過程信息和遙測參數(shù)工程值通過組播方式發(fā)送到局域網(wǎng)上，數(shù)據(jù)訂閱服務(wù)器接收，響應(yīng)測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訂閱請求，提供數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，所有測試人員可以監(jiān)測測試程序執(zhí)行過程，構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)。

圖1 航天器自動化測試系統(tǒng)框架圖

由圖1可見，實際上自動化測試程序的設(shè)計是實現(xiàn)載人航天器自動化測試的核心問題，設(shè)計格式統(tǒng)一、語法簡便、操作靈活的測試程序，為航天器自動化測試提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，使測試過程不再是獨立的個體和離散的指令，測試系統(tǒng)具備了流程化、自動化程控能力，能有效減少測試人員的手動操作及人工干預(yù)，同時整合測試資源，提高測試電子化程度，減少不必要的重復(fù)勞動。

2 自動化測試程序設(shè)計

通過對自動化測試程序的格式、功能、處理流程進行設(shè)計，使航天器自動化測試流程化、全周期化。將測試文件中的相關(guān)信息轉(zhuǎn)換為計算機能夠識別的語言可以通過軟件編程的方法實現(xiàn)，但這種實現(xiàn)方法需要專業(yè)軟件編程人員投入大量的設(shè)計、編碼、調(diào)試工作，并且需要對測試人員編寫的測試細則有準(zhǔn)確的理解。因此，建立簡潔、直觀的自動化測試程序，按測試程序定義進行測試，將較好地適應(yīng)航天器自動化測試的需要，是實現(xiàn)航天器自動化測試的有效途徑[8-10]。

本文設(shè)計的測試程序采用CSV的文件格式定義，每一個字段之間采用制表符進行分隔，每一行表示一個具體的操作，每個操作根據(jù)操作碼的不同，可以包括多個子操作，每個子操作可以包括多個操作參數(shù)。在測試程序的定義中為每一個操作定義了一個順序增長的ID號，稱之為步號。

測試程序功能主要有：可以通過測試程序自主控制指令的發(fā)送以及遙測參數(shù)的判斷；執(zhí)行過程中支持對測試程序的管理，包括啟動、暫停、繼續(xù)和停止；可以指定測試程序開始執(zhí)行的時間、開始執(zhí)行的步號、某條操作的延時時間、暫停位；支持測試程序之間的交互，通過設(shè)計程序，可以使一個測試程序跳轉(zhuǎn)到另一個測試程序。支持多個測試程序并行執(zhí)行。表1為自動化測試程序格式。

表1 自動化測試程序格式

步號：該行操作的序號，一般自1開始按順序遞增。

時間類型：絕對時間和相對時間。

時間：該操作執(zhí)行的時間，格式為天：時：分：秒，也可換算為整秒。

操作碼：定義了后續(xù)子操作的內(nèi)容和流程，不同的操作碼帶有的子操作數(shù)量不一樣。表2是操作碼示例，可以是多個子操作的組合。

表2 操作碼示例

子操作：表3是子操作說明示例。一般來說，航天器電測涉及到的子操作為判斷遙測參數(shù)、測試程序控制、發(fā)送指令。

圖2、圖3為自動化測試程序處理流程圖。

表3 子操作說明示例

圖2 自動化測試程序主進程處理流程圖

圖3 測試程序子進程處理流程圖

由于可以同時執(zhí)行和管理多個測試程序，而各個測試程序彼此間相對獨立，故在處理測試程序時，將處理流程設(shè)計成主進程加子進程的方式，每個子進程負責(zé)管理一個測試程序；主進程負責(zé)接收管理命令，對子進程進行管理。

主進程設(shè)計了4種測試程序啟動及執(zhí)行方式：

1)立即啟動方式。用戶指定測試程序后，主進程立即按照測試程序文件內(nèi)容執(zhí)行測試。

2)定時啟動方式。定時啟動有兩種方式：

(1)按照絕對時間啟動。用戶輸入測試程序執(zhí)行的北京時間，主進程自動比對當(dāng)前北京時間，當(dāng)設(shè)定的北京時間到達后，啟動測試程序。

(2)按照相對時間啟動。用戶輸入相對于當(dāng)前時間點的執(zhí)行時間，主進程自動計算設(shè)定的時間點，當(dāng)設(shè)定的時間點到達后，啟動測試程序。

3)設(shè)定啟動步號。用戶可指定自測試程序中的任一步號開始執(zhí)行。

4)設(shè)定暫停位。用戶可指定測試程序中任一步號處暫停，當(dāng)測試程序執(zhí)行到該步后自動暫停。

測試程序主進程只負責(zé)接收并解析測試程序管理命令，它的處理流程如圖2所示。當(dāng)加載測試程序到運行時環(huán)境時，會啟動一個進程，即測試程序主進程。該進程首先初始化，然后不斷地從對應(yīng)的消息隊列中獲取控制消息并對該消息進行解析處理，如果消息是執(zhí)行測試程序命令，則創(chuàng)建一個子進程去執(zhí)行和管理該測試程序；如果該消息是暫停、繼續(xù)或者終止測試程序命令，則主進程更改共享內(nèi)存中該消息隊列的狀態(tài)，同時將該消息送至測試程序子進程。

當(dāng)測試程序主進程接收到執(zhí)行測試程序命令時就創(chuàng)建測試程序子進程，它的處理流程如圖3所示。該子進程首先讀取測試程序文本的內(nèi)容，然后對測試程序的每一步操作進行解釋執(zhí)行，如果在執(zhí)行過程中子進程收到主進程發(fā)來的該測試程序的控制命令(暫停、繼續(xù)或者終止)，則子進程做相應(yīng)的處理，直到該測試程序執(zhí)行完畢。

通過對自動化測試程序的格式、功能、處理流程進行設(shè)計，實現(xiàn)了航天器自動化測試流程化、全周期化。

3 應(yīng)用結(jié)果與分析

自動化測試程序應(yīng)用于多個系列的航天器電測，囊括了綜合測試、大系統(tǒng)聯(lián)試、大型試驗等測試項目，各型號測試程序應(yīng)用情況見表4，測試程序執(zhí)行準(zhǔn)確性均達到100%，指令發(fā)送正確、準(zhǔn)時。測試程序的應(yīng)用，不再人工發(fā)送指令，使測試任務(wù)程序化、測試實施規(guī)范化，減少約60%人工操作，節(jié)省約30%測試時間、提高了測試操作的準(zhǔn)確率，能夠有效減少測試崗位人員，取得了較好的應(yīng)用效果。

表4 各航天器測試程序應(yīng)用情況

4 結(jié)束語

自動化測試程序的設(shè)計及應(yīng)用為航天器自動化測試提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，使航天器測試過程不再是獨立的個體和離散的指令，測試系統(tǒng)具備了流程化、自動化程控能力，能有效減少測試人員的手動操作及人工干預(yù)，同時整合測試資源，提高測試電子化程度，減少不必要的重復(fù)勞動，有效減少測試崗位人員，能夠適應(yīng)高強度的地面測試，高效完成高密度的航天器發(fā)射任務(wù)。

[1] 王慶成.航天器電測技術(shù)[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,2007.

[2] Britton K J， Schaible D M.Spacecraft testing programs: adding value to the systems engineering process[Z]. Kennedy space center；Langley Research Center，2011.

[3] 馬世龍,余 丹.航天器自動化測試語言及系統(tǒng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2011.

[4] 朱維寶,王勁榕,李砥擎.航天器自動化測試建模及自動化測試語言設(shè)計[J].電子測量與儀器學(xué)報,2009(s):118-121.

[5] 孫 波,馬世龍,余 丹.航天器自動化測試與航天器測試語言[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報,2009,35(11):1375-1378.

[6] 黨建成,俞 潔,周 晶.FY-2衛(wèi)星綜合測試系統(tǒng)自動測試技術(shù)[J].上海航天,2005(s):72-77.

[7] 朱維寶,王勁榕,李砥擎.基于有向圖建模的航天器自動化測試研究與實現(xiàn)[J].計算機工程與設(shè)計,2010,31(8):1702-1705

[8] 何永叢,潘順良,李鴻飛,等.載人航天器自動化測試系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].計算機測量與控制,2015,23(10):3258-3263.

[9] 潘順良,張明江,李鴻飛,等.航天器遠程測試系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].航天器工程,2015,25(5):113-118.

[10] 何永叢,潘順良,李鴻飛,等.載人航天器自動化測試系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[A]. 第五屆國防科技工業(yè)試驗與測試技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略高層論壇[C].北京,2014:389-392.

Design and Application of Automatic Test Procedure for Spacecraft

He Yongcong, Li Hongfei, Yang Feng, Pan Shunliang, Wu Wei

(Institute of Manned Space System Engineering, China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China)

In the view that the existing manned spacecraft test system that costing lots of manpower and time is not procedural and automatic, this paper presents the automatic test procedure for manned spacecraft. Through analyzing and designing the format, function, procedure of automatic procedure, the automatic test system provides basic data resource for electrical test, makes the electrical test procedural and automatic, is suitable for series of manned spacecrafts, reduces manpower and manipulators, improves testing efficiency, satisfied with heavy intensity of electrical test and launch of manned spacecraft.

manned spacecraft; electrical test; automatic test procedure; automatic test

2016-06-25；

2016-07-25。

何永叢(1985-)，男，河北石家莊人，碩士研究生，工程師，主要從事載人航天器自動化測試方向的研究。

1671-4598(2016)12-0053-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.12.015

V416

A