衛(wèi)星多體制測控地面測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮志強(qiáng)，李宗德，紀(jì)春國，何 濤，陳 娟

(上海微小衛(wèi)星工程中心,上海 201203)

0 引言

衛(wèi)星廣泛應(yīng)用于氣象偵察、定位、軍事偵察等領(lǐng)域，隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，對衛(wèi)星也提出越來越高的應(yīng)用要求，包括在境外依然可以進(jìn)行測控的能力、抗干擾能力更強(qiáng)以及上下行速率更高。典型的軍事衛(wèi)星測控分系統(tǒng)通常要求同時具備對地非相干、中繼、擴(kuò)跳頻、測量數(shù)傳等多種體制，衛(wèi)星在發(fā)射入軌及在軌運(yùn)行過程中，多體制下不同工作模式、傳輸速率組合眾多，均要求在地面完成遍歷測試，對衛(wèi)星測控分系統(tǒng)地面測試提出了更高的要求，包括支持多體制測控測試的能力。

目前國內(nèi)也有許多關(guān)于衛(wèi)星測控地面測試平臺的研究，文獻(xiàn)[1]介紹了我國小衛(wèi)星綜合測試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對多級分布式自動化測試、智能批量測試等技術(shù)發(fā)展進(jìn)行展望，文獻(xiàn)[2]介紹了多星并行測試衛(wèi)星地面測試系統(tǒng)軟件的體系結(jié)構(gòu)與功能，通過對衛(wèi)星數(shù)據(jù)格式的配置，可適用不同類型衛(wèi)星的地面測試需求，支持在1臺計(jì)算機(jī)上同時測試多顆衛(wèi)星。文獻(xiàn)[3-4]主要介紹了測控地面測試平臺軟件通用化設(shè)計(jì)，采用通用化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理流程、接口封裝方法滿足多顆不同衛(wèi)星并行測試。文獻(xiàn)[5-6]研究了星座及批產(chǎn)衛(wèi)星自動化測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，文獻(xiàn)[7]針對導(dǎo)航終端批量測試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，提升對相同技術(shù)狀態(tài)星上設(shè)備的測試效率。文獻(xiàn)[8]針對傳統(tǒng)遙控軟件測試模式出現(xiàn)的測試周期長、適應(yīng)能力差、效率低等問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種通用的遙控軟件自動化測試仿真平臺，提升了軟件的自動化測試水平。文獻(xiàn)[9]研究了測試系統(tǒng)開放式硬件、模塊化軟件和標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)，增強(qiáng)測試系統(tǒng)可操作性和可移植性，提高測試效率和質(zhì)量。上述文獻(xiàn)分別從并行測試、提高批產(chǎn)產(chǎn)品測試效率，軟件支持格式通用化、自動化測試等角度分別進(jìn)行研究，需要組合考慮優(yōu)化設(shè)計(jì)衛(wèi)星測控地面測試系統(tǒng)。文獻(xiàn)[10]給出多通道測控測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，完成了多通道地面測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及綜合測試軟件設(shè)計(jì)，可滿足衛(wèi)星測試要求且具備靈活高可靠性，但是該方案僅支持常規(guī)衛(wèi)星對地、中繼通道測控地面測試，需要對軟硬件進(jìn)行改進(jìn)來滿足衛(wèi)星多體制測控地面測試需求。

本文以某遙感衛(wèi)星為例，討論了衛(wèi)星多體制測控系統(tǒng)地面測試平臺設(shè)計(jì)方法，該平臺實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星對地、中繼、擴(kuò)跳頻、測量數(shù)傳體制下不同工作模式場景測控測試的需求，基于地檢設(shè)備通道復(fù)用，靈活加載參數(shù)配置、通用化測控前端軟件實(shí)現(xiàn)自動統(tǒng)計(jì)和對結(jié)果進(jìn)行分析的功能，大大提高測試效率。

1 系統(tǒng)功能

衛(wèi)星多體制測控地面測試平臺主要功能包括對地、中繼、擴(kuò)跳頻[11]、測量數(shù)傳[12]等模式測控通道功能測試及測控相關(guān)軟件功能測試。

對地、中繼非相干測控通道測試：基于通用雙通道非相干、高速測控綜合測試地檢設(shè)備，通過配置頻點(diǎn)、碼組、編碼方式可支持中繼、對地兩個測試通道并行測試，包括測速測距精度統(tǒng)計(jì)、誤碼率統(tǒng)計(jì)等功能，且兩通道相對獨(dú)立，互不干擾，從硬件設(shè)備、處理軟件到記錄數(shù)據(jù)存放位置都區(qū)分開，方便管理、問題排查且提高了測試可靠性；

測量數(shù)傳測控通道測試：基于通用雙通道非相干、高速測控綜合測試地檢設(shè)備，通過加載配置文件方式可設(shè)置地檢支持測量數(shù)傳測控功能測試，支持262 kbps、1 Mbps等多種數(shù)據(jù)速率，自閉環(huán)功能，上下行原始數(shù)據(jù)存儲功能，靈活可配置，覆蓋測量數(shù)傳測控測試場景；

擴(kuò)跳頻測控通道測試：基于獨(dú)立的擴(kuò)跳頻綜合測試地檢，產(chǎn)生擴(kuò)跳頻遙控信號，接收擴(kuò)跳頻遙測并解析處理，支持自閉環(huán)功能，可記錄遙控指令及接收遙測原始數(shù)據(jù)，方便上下行數(shù)據(jù)排查。

圖1 多體制測控地面有線測試系統(tǒng)連接關(guān)系圖

測控相關(guān)軟件功能測試：基于通用化綜合測試平臺軟件進(jìn)行多通道遙控指令生成、多通道遙測數(shù)據(jù)解析、自主判讀，完成對測控分系統(tǒng)模式功能、出入境動作、安全保護(hù)措施、遙測存儲邏輯等軟件功能的覆蓋測試。平臺軟件具有遙控指令發(fā)送執(zhí)行結(jié)果遙測自主判讀和遙測自動化統(tǒng)計(jì)功能，具體包括各通道發(fā)送遙控指令后判斷衛(wèi)星“指令接收計(jì)數(shù)”、“指令執(zhí)行計(jì)數(shù)”是否正常增加，并將結(jié)果反饋顯示，衛(wèi)星出境遙測停發(fā)時，平臺軟件自主統(tǒng)計(jì)本次入境期間各通道遙測接收情況，包括幀校驗(yàn)情況、包計(jì)數(shù)連續(xù)性、有無遙測量超出正常范圍等，并將結(jié)果保存日志。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

衛(wèi)星測控系統(tǒng)支持4種測控體制通信鏈路，分別是星地非相干擴(kuò)頻測控鏈路、衛(wèi)星與中繼星進(jìn)行通信的中繼鏈路、星地?cái)U(kuò)跳頻測控鏈路和星地測量數(shù)傳一體化測控鏈路。其中星地非相干擴(kuò)頻測控和中繼測控的通信方式都為擴(kuò)頻通信，差別是上下行頻點(diǎn)、偽碼序列不同，因此基帶可以相同，讀取不同配置文件即可。星地測量數(shù)傳一體化測控上下行速率更高，編碼及調(diào)制方式也不同，需要切換處理基帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。擴(kuò)跳頻測控頻點(diǎn)、編碼及調(diào)制方式更加復(fù)雜，需要獨(dú)立專檢設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

對于地面測試系統(tǒng)而言，可采用兩套地面專檢設(shè)備。其中雙通道非相干、高速測控綜合測試地檢支持非相干擴(kuò)頻、測量數(shù)傳測控上下行數(shù)據(jù)通道收發(fā)處理能力，包括調(diào)制、解調(diào)、編碼、譯碼等功能。擴(kuò)跳頻專檢具備擴(kuò)跳頻上下行信號調(diào)制、解調(diào)、編碼、譯碼等功能。

衛(wèi)星進(jìn)行有線測試狀態(tài)下，地檢設(shè)備經(jīng)合分路器、環(huán)形器、衰減器與衛(wèi)星一體化應(yīng)答機(jī)、擴(kuò)跳頻測量數(shù)傳一體應(yīng)答機(jī)射頻接口直接通過高頻電纜連接，如圖1所示。在衛(wèi)星無線測試狀態(tài)下，地檢設(shè)備經(jīng)合分路器、環(huán)形器、衰減器、高頻電纜、地面測控天線與衛(wèi)星星上測控天線通信，如圖2所示。

圖2 多體制測控地面無線測試系統(tǒng)連接關(guān)系圖

測試過程中地面測試系統(tǒng)可通過加載不同的地檢配置文件即可快速切換對地、中繼、測量數(shù)傳、擴(kuò)跳等模式，并且可以根據(jù)不同模式下的不同參數(shù)(如碼組、速率、衰減等)存儲多個配置文件，實(shí)際測試過程中根據(jù)不同的測試場景調(diào)用對應(yīng)的配置文件即可，整個切換過程可在數(shù)秒內(nèi)完成。

如圖1和圖2所示，典型衛(wèi)星多體制測控分系統(tǒng)星上測控單機(jī)包括對地中繼一體化應(yīng)答機(jī)(包含星地非相干測控模塊、中繼測控模塊)，擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)(星地非相干測控備份)，擴(kuò)跳高速多模單機(jī)(包含擴(kuò)跳頻測控模塊、測量數(shù)傳一體化測控模塊)、固放、微波開關(guān)等。有線測試情況下星上測控單機(jī)射頻口可直接通過高頻電纜與地面設(shè)備相連，無線測試情況下通過星上測控天線與地面測控天線無線通信方式進(jìn)行連接。

典型衛(wèi)星多體制測控分系統(tǒng)地面部分主要包括測控前端、測控終端、非相干及高速測控地檢設(shè)備、擴(kuò)跳頻測控設(shè)備、可調(diào)衰減器、合分路器、環(huán)形器等設(shè)備。其中測控前端、測控終端、測控地檢均接入同一個局域網(wǎng)，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。測控終端可以有多臺，作用是可產(chǎn)生遙控指令通過網(wǎng)口發(fā)送到測控前端，同時接收解析處理遙測數(shù)據(jù)并顯示在界面上。測控前端主要與測控地檢設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信及完成數(shù)據(jù)編碼、加擾、解碼、解擾等操作。測控綜合地檢設(shè)備主要功能是通過網(wǎng)口接收測控前端發(fā)送的加密、編碼、加擾后的遙控指令數(shù)據(jù)流，根據(jù)不同通道調(diào)用不同參數(shù)配置文件，分別生成對地上行、中繼前向、擴(kuò)跳頻上行及測量數(shù)傳上行調(diào)制射頻信號發(fā)送給衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)。并且能接收對地下行、中繼返向、擴(kuò)跳頻下行及測量數(shù)傳下行射頻信號，進(jìn)行下變頻、捕獲、跟蹤、解調(diào)、解擴(kuò)等操作，最終將遙測完整幀以固定協(xié)議通過網(wǎng)口發(fā)送到測控終端。

2.1 測控終端

測控終端是作為測控前端接收遙測數(shù)據(jù)的分發(fā)展示的節(jié)點(diǎn)，同時也是用戶可以直接操作進(jìn)行遙控指令加工并發(fā)送給測控前端的節(jié)點(diǎn)。測控終端提供一個良好的用戶界面，可同時部署多臺PC機(jī)，供不同分系統(tǒng)衛(wèi)星測試測試人員使用，各節(jié)點(diǎn)用戶均可實(shí)時監(jiān)測衛(wèi)星完整遙測，或者查詢歷史遙測及日志信息等，但是對不同用戶設(shè)置不同指令發(fā)送權(quán)限，只有管理員以上權(quán)限才能加工指令并發(fā)送衛(wèi)星，限制多用戶同時上注，防止沖突。

2.2 測控前端

測控前端主要是作為后臺程序運(yùn)行的平臺，可處理大量的星上下傳的不同通道的遙測數(shù)據(jù)，并可以分發(fā)給不同的測控終端軟件進(jìn)行顯示，同時可以接收不同終端發(fā)過來的遙控指令，經(jīng)過加擾、編碼等處理后發(fā)送給測控綜合地檢設(shè)備。因此測控前端軟件需要運(yùn)行在具備較高性能的PC機(jī)上，才能保證所有測試數(shù)據(jù)收發(fā)的連續(xù)性。

2.3 非相干及高速測控地檢設(shè)備

非相干及高速設(shè)備是測控測試系統(tǒng)中重要的地面測試設(shè)備，包含兩個獨(dú)立通道，每個通道均具有非相干調(diào)制模塊、高速測量調(diào)制模塊、上變頻模塊、測量計(jì)算模塊、非相干解調(diào)模塊、高速測量解調(diào)模塊、下變頻模塊，均可以通道加載配置文件的方式快速切換地面設(shè)備的工作體制，包括非相干擴(kuò)頻星地測控、非相干擴(kuò)頻中繼測控、測量數(shù)傳測控3種工作模式。其中測量數(shù)傳測控與非相干測控模式進(jìn)行切換時，需要切換相應(yīng)的調(diào)制、解調(diào)器，完成對不同體制中頻信號的調(diào)制、解調(diào)。另外不同工作模式下，頻點(diǎn)、碼組、幀格式都需要調(diào)用對應(yīng)的配置，對應(yīng)切換上、下變頻器，偽碼生成模塊、幀同步模塊的配置，從而適應(yīng)不同體制測控信號的收發(fā)。非相干、高速測控綜合地檢設(shè)備原理如圖3所示。非相干模式測控上下行數(shù)據(jù)速率要求支持最大32 Kbps，高速測控要求支持262 Kbps和1 Mbps兩檔數(shù)據(jù)速率。

圖3 非相干、高速測控綜合地檢設(shè)備原理圖

測控綜合地檢設(shè)備還具有原子鐘模塊，可外部時鐘參考及GPS信號進(jìn)行時鐘同步，GPS天線放置于室外，通過射頻電纜將GPS信號傳給原子鐘，地檢設(shè)備接收解析GPS時間并同步測控地檢當(dāng)前系統(tǒng)時間，在地檢接收到一幀完整遙測后會根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)時間打上時間戳。星上也通過GPS天線信號進(jìn)行時間同步后，通過測試每幀遙測自帶的星上時間和地檢所打的時間戳之差可計(jì)算星地時延[13]。

2.4 擴(kuò)跳頻測控地檢設(shè)備

擴(kuò)跳頻測控地檢設(shè)備具有DS/FH上行信號產(chǎn)生，下行信號接收處理等功能[14]。由中頻調(diào)制器、上變頻器、偽碼生成單元、測量計(jì)算單元、中頻接收機(jī)、下變頻器及時碼和頻率參考單元組成。中頻調(diào)制器接收網(wǎng)口遙控?cái)?shù)據(jù)，并依次進(jìn)行組幀及信道編碼、直擴(kuò)調(diào)制/測量、跳頻變頻、上變頻后生成上行遙控信號。下行射頻輸入信號依次經(jīng)過下變頻、干擾抑制、捕獲、跟蹤、信道譯碼、數(shù)據(jù)同步后生成遙測數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)口發(fā)出。偽碼生成單元負(fù)責(zé)生成直擴(kuò)偽碼和跳擴(kuò)偽碼序列。測量計(jì)算模塊接收上下行測量采樣信息，解算得到測距、測速結(jié)果。擴(kuò)跳頻地檢也具有自閉環(huán)測試功能，可以查看指令上注情況，上注指令碼字，信號調(diào)制、解調(diào)等正確性。擴(kuò)跳頻測控地檢設(shè)備原理組成如圖4所示。

圖4 擴(kuò)跳頻測控地檢設(shè)備原理圖

2.5 中間鏈路

中間鏈路主要是星上應(yīng)答機(jī)與測控地檢設(shè)備之間的射頻通路，由高頻電纜、合路器、環(huán)形器、可調(diào)衰減器、天線等設(shè)備組成。其中可調(diào)衰減器用于調(diào)節(jié)上下行信號的強(qiáng)度，測試一體化應(yīng)答機(jī)、擴(kuò)跳頻測量數(shù)傳一體機(jī)接收機(jī)入口在靈敏下，中強(qiáng)電平情況下的接收功能、性能指標(biāo)，下行接收信號不同強(qiáng)度下遙測接收功能、性能及誤碼率測試情況。地面天線旋向、頻率使用范圍一般與星上對應(yīng)天線指標(biāo)一致。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

衛(wèi)星測控系統(tǒng)地面測試平臺的軟件主要包括位于前端機(jī)上的前端處理軟件、位于測控終端機(jī)上的測控終端處理軟件、加解密軟件等。軟件之間交互接口關(guān)系如圖5所示，接口標(biāo)準(zhǔn)化，具有通用性好，擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[15]。

圖5 衛(wèi)星測控系統(tǒng)地面測試平臺軟件原理圖

其中前端處理軟件主要完成與地測串口連接、完成星務(wù)串口數(shù)據(jù)收發(fā)，與測控地檢設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接、與加解密軟件網(wǎng)絡(luò)連接、TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸，同時具備編碼/譯碼、加擾/解擾、組幀/解幀、遙測解包等功能。

加解密軟件是作為獨(dú)立的軟件運(yùn)行于終端電腦上，并通過網(wǎng)線連入綜測系統(tǒng)局域網(wǎng)中，加解密軟件一般作為服務(wù)器運(yùn)行，由終端處理軟件發(fā)起連接申請，連接成功后，加解密軟件可完成對遙控?cái)?shù)據(jù)的加密，并將加密數(shù)據(jù)返回給終端處理軟件，同時可以接收前端處理軟件傳過來的加密遙測進(jìn)行解密操作，解密后數(shù)據(jù)發(fā)送給終端處理軟件進(jìn)行顯示。

終端處理軟件是集成了用戶界面、網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)庫管理、實(shí)時數(shù)據(jù)處理、回放等技術(shù)的復(fù)雜軟件，具有包含用戶管理、遙控指令加工、遙測數(shù)據(jù)實(shí)時處理、歷史日志數(shù)據(jù)查詢等功能。該軟件主要由初始化模塊、遙控處理模塊、遙測處理模塊、自主測試模塊、數(shù)據(jù)庫存儲查詢模塊和圖形操作界面組成。

3.1 初始化模塊

初始化模塊為整個程序最初執(zhí)行的程序，初始化程序設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)初始化(包括地面時間，遙測保存文件，網(wǎng)絡(luò)配置，配置文件等)數(shù)據(jù)庫連接。

3.2 遙控模塊

遙控模塊基于衛(wèi)星相關(guān)遙控指令數(shù)據(jù)格式，根據(jù)指令格式生成要求不同，具備直接指令、間接指令、注入數(shù)據(jù)、星間數(shù)據(jù)等幾種格式，支持CCSDS協(xié)議、AOS幀協(xié)議格式要求，生成指令碼并發(fā)送到測控前端處理軟件，由測控前端處理軟件發(fā)送到對應(yīng)通道地檢設(shè)備或轉(zhuǎn)接盒，并具備日志存儲功能。

3.3 遙測模塊

遙測模塊的任務(wù)是實(shí)時接收來自測控前端處理軟件接收到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行要測量解析顯示等操作，包括衛(wèi)星星務(wù)計(jì)算機(jī)通過地測通道下發(fā)到串口盒的遙測數(shù)據(jù)、經(jīng)非相干擴(kuò)頻測控通道下發(fā)到測控綜合地檢設(shè)備的非相干遙測數(shù)據(jù)、經(jīng)擴(kuò)跳頻通道下發(fā)到擴(kuò)跳頻地檢的遙測數(shù)據(jù)等，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理與分列顯示，同時支持回放原始遙測及地測數(shù)據(jù)。

3.4 自主測試模塊

自主測試模塊主要功能是預(yù)先設(shè)定測試方案，包括每一步需要發(fā)送的指令，發(fā)送間隔，發(fā)送條件等，各環(huán)節(jié)需要監(jiān)視的遙測量值及統(tǒng)計(jì)狀態(tài)預(yù)期結(jié)果。自主測試模塊可用于衛(wèi)星測控功能軟件項(xiàng)目測試中，包括遙控、遙測誤碼率測試、多幀上注測試、指令遍歷測試、時鐘穩(wěn)定度測試等，需要大量重復(fù)機(jī)械性性的發(fā)送指令，判斷遙測狀態(tài)，通過軟件自主測試可以大幅提高策略效率，同時減輕測試人員的工作量并提高測試可靠性。

舉例說明，遙測誤碼率測試過程需要實(shí)時統(tǒng)計(jì)下發(fā)遙測幀中固定字段的誤碼情況，顯示并保存誤碼情況及已統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)量。星地時延測試過程需要實(shí)時顯示并記錄遙測幀中的星上當(dāng)前幀時間信息、地檢通過原子鐘GPS同步后打的當(dāng)前時間戳信息、及兩者之差即為(星地時差)，通過連續(xù)統(tǒng)計(jì)星地時差隨時間漂移情況可以計(jì)算星上時鐘穩(wěn)定度。

自主測試模塊自動化監(jiān)測統(tǒng)計(jì)功能包括遙控指令執(zhí)行判讀監(jiān)測和遙測數(shù)據(jù)正確性自主監(jiān)測正確性，處理流程如圖6所示。

圖6 自主判讀模塊處理流程圖

3.5 數(shù)據(jù)庫存儲查詢模塊

使用對象數(shù)據(jù)庫進(jìn)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)格式庫設(shè)計(jì)，并基于此進(jìn)行通用化的衛(wèi)星測試軟件設(shè)計(jì)[16-17]，基于數(shù)據(jù)庫的衛(wèi)星通用測試軟件具有良好的通用性，能夠滿足不同衛(wèi)星項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和測試需求，支持?jǐn)?shù)據(jù)格式的快速變動和修改，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星測試系統(tǒng)的快速開發(fā)，并具有良好的應(yīng)用外延[18]。數(shù)據(jù)庫存儲查詢模塊主要處理數(shù)據(jù)包括遙控遙測相關(guān)配置表和歷史數(shù)據(jù)記錄。

衛(wèi)星指令包括固定參數(shù)指令和可變參數(shù)指令，其中指令碼、參數(shù)等格式內(nèi)容均儲存在數(shù)據(jù)庫中，便于快速更新，變參指令需要編寫對應(yīng)的變參函數(shù)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)指令參數(shù)生成功能。遙測數(shù)據(jù)幀格式、包格式、遙測量解析方法也是以標(biāo)準(zhǔn)化格式存在數(shù)據(jù)庫中，除一些復(fù)雜遙測解析方法需要專門寫函數(shù)去實(shí)現(xiàn)，其它遙測解析均可通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行配置。

數(shù)據(jù)庫存儲查詢模塊還支持查詢分析歷史遙測數(shù)據(jù)及接收情況，軟件能夠根據(jù)用戶需要調(diào)取數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)時間段的遙測幀數(shù)據(jù)、包數(shù)據(jù)、關(guān)鍵遙測量的歷史信息數(shù)據(jù)，包括遙測幀、包數(shù)據(jù)連續(xù)性、校驗(yàn)情況、遙測量數(shù)據(jù)具體解析前源碼，解析后值、遙測范圍等信息、并根據(jù)要求繪制圖形及數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行顯示，方便用戶分析和排查問題。

3.6 圖形操作界面

測控終端軟件為測控人員提供一個友好的圖形操作界面，用戶可便捷的實(shí)時查看各分系統(tǒng)遙測狀態(tài)同時可根據(jù)自己需求自定義遙測界面，最大化滿足不同分系統(tǒng)測試人員特定的測試需求。同時軟件能夠比較方便的調(diào)用不同分系統(tǒng)測控指令，同時根據(jù)各用戶需求預(yù)先制定好指令清單并保存。軟件還采用豐富的圖形顯示控件，既可在實(shí)時接收遙測數(shù)據(jù)時繪制實(shí)時遙測變化的曲線，也可在查詢的歷史數(shù)據(jù)時對遙測量進(jìn)行繪曲線的方式進(jìn)行顯示。圖形界面主要由遙測、遙控、測試、歷史等子頁面組成。

3.6.1 遙測子頁面

測控終端處理軟件測試操作界面遙測子頁面如圖7所示，遙測子頁面功能主要是查看星上各分系統(tǒng)的遙測量狀態(tài)，按不同傳輸通道傳下來的遙測數(shù)據(jù)分列進(jìn)行顯示，包括地測、非相干、擴(kuò)跳頻、測量數(shù)傳等通道，并且可以自定義關(guān)鍵要測量頁面，將各分系統(tǒng)中關(guān)鍵遙測保存到一個頁面上，方便監(jiān)視和判讀。

圖7 遙測狀態(tài)監(jiān)測頁面

3.6.2 遙控子頁面

遙控子頁面支持直接指令、間接指令、注入數(shù)據(jù)、自定義數(shù)據(jù)等不同數(shù)據(jù)類型指令的加工生成能力。不同類型指令生成指令碼可保存清單、并支持調(diào)用、插入、更新、刪除、調(diào)整順序等功能。根據(jù)不同通道的指令發(fā)送需求，可以選擇發(fā)送通道，包括地測、非相干、擴(kuò)跳、測量數(shù)傳、星間等通道，軟件可根據(jù)對應(yīng)通道的數(shù)據(jù)格式要求進(jìn)行相應(yīng)的組幀、送加解密軟件進(jìn)行加密等操作。

圖8 指令編制發(fā)控頁面

3.6.3 測試子頁面

測控終端處理軟件測試操作界面測試子頁面如圖9所示，主要功能是實(shí)現(xiàn)自動化測試及統(tǒng)計(jì)功能，實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)指令發(fā)送邏輯設(shè)定及判讀功能，遙控指令發(fā)送邏輯設(shè)定包括單指令連續(xù)發(fā)送、發(fā)送間隔設(shè)定，指令清單序列讀取發(fā)送，間隔設(shè)定，不同指令執(zhí)行效果自主判讀設(shè)定等功能。同時軟件支持對遙測幀、包信息自主檢驗(yàn)，遙測量范圍的自動統(tǒng)計(jì)，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果存成日志文件并保存到數(shù)據(jù)庫中，特別在模飛測試過程中，自動化測試統(tǒng)計(jì)可以自動對每次入境測控功能進(jìn)行自動統(tǒng)計(jì)保存，比較實(shí)用。

圖9 自動化測試頁面

3.6.4 歷史子頁面

測控終端處理軟件測試操作界面歷史子頁面如圖10所示，主要功能負(fù)責(zé)建立不同登錄用戶、通過不同通道發(fā)送遙控指令的歷史記錄存儲管理及不同通道下發(fā)的遙測數(shù)據(jù)歷史記錄管理，方便用戶形成測試總結(jié)及分析測試問題。

圖10 歷史數(shù)據(jù)查詢頁面

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

衛(wèi)星多體制測控地面測試平臺已作為通用化測試平臺應(yīng)用在多個衛(wèi)星型號地面測試系統(tǒng)中，具體如下。

4.1 整星聯(lián)試

整星聯(lián)試是星上單機(jī)設(shè)備以單機(jī)形式在綜測廠房桌面進(jìn)行展開或者裝星后，通過低頻、高頻等電纜進(jìn)行連接。多體制地面測控測試系統(tǒng)以高頻電纜有線方式與星載應(yīng)答機(jī)相連，模擬衛(wèi)星地面測控系統(tǒng)及中繼星發(fā)送衛(wèi)星單機(jī)測試指令，接收衛(wèi)星下發(fā)的遙測數(shù)據(jù)，測試星上單機(jī)功能、性能及接口等指標(biāo)滿足情況及長時間模飛測試考核整星工作模式工作正確性。

4.2 整星環(huán)模試驗(yàn)

整星環(huán)境試驗(yàn)包括力學(xué)試驗(yàn)[19]、EMC試驗(yàn)[20]、熱真空試驗(yàn)[21]、磁試驗(yàn)，其中力學(xué)試驗(yàn)和熱真空試驗(yàn)主要考核衛(wèi)星對力學(xué)、熱真空的環(huán)境耐受能力，EMC試驗(yàn)主要驗(yàn)證衛(wèi)星各單機(jī)部件協(xié)同工作的相容性，磁試驗(yàn)主要分析衛(wèi)星磁特性及對姿控磁特性單機(jī)的影響。多體制地面測控測試系統(tǒng)與衛(wèi)星建立上下行或中繼前返向鏈路，通過上注指令對衛(wèi)星進(jìn)行控制，同時實(shí)時接收衛(wèi)星遙測進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，是環(huán)境試驗(yàn)測試中的重要部分。

圖11 衛(wèi)星地面試驗(yàn)系統(tǒng)連接關(guān)系

4.3 對接試驗(yàn)

對接試驗(yàn)主要是與三亞、佳木斯等地面站測控設(shè)備及中繼星開展對接試驗(yàn)，測試衛(wèi)星非相干擴(kuò)頻、中繼、擴(kuò)跳頻、測量數(shù)傳等體制的功能、性能指標(biāo)及與地面站及中繼星之間的接口匹配情況。多體制地面測控測試系統(tǒng)與衛(wèi)星建立上下行或中繼前返向鏈路，作為設(shè)置和監(jiān)測衛(wèi)星狀態(tài)的重要手段，在對接前的自檢、對接過程中的狀態(tài)監(jiān)測等過程中都是必要的，發(fā)揮著重要作用。

衛(wèi)星典型無線狀態(tài)地面測試系統(tǒng)連接關(guān)系如圖11所示，各分系統(tǒng)測試終端設(shè)備通過TCP/IP連入相同綜測局域網(wǎng)，測控、星間、數(shù)傳等分系統(tǒng)終端設(shè)備通過天線輻射射頻信號方式接入衛(wèi)星系統(tǒng)。有線狀態(tài)情況下，無測控、數(shù)傳、星間、GNSS等天線，衛(wèi)星與地面測試系統(tǒng)終端設(shè)備是直接通過高頻電纜相連，其它設(shè)備連接關(guān)系與有線完全一樣。

在衛(wèi)星各項(xiàng)測試及試驗(yàn)過程中通過地測、對地、中繼、擴(kuò)跳、測量數(shù)傳等通道分別累計(jì)上注直接指令不小于1 000條，間接指令不小于3 000條，通過測量數(shù)傳高速測控通道進(jìn)行了多次星上軟件上注測試，合計(jì)成功上注超過10 000幀重構(gòu)代碼和指令數(shù)據(jù)，星上接收指令執(zhí)行均正確，驗(yàn)證了地面測試平臺的多體制遙控上注功能。各通道連續(xù)接收下行遙測幀均不少于5 000幀，地面測試系統(tǒng)接收解析正常，驗(yàn)證了地面測試系統(tǒng)多體制遙測接收解析功能。在模飛測試情況下，衛(wèi)星最長連續(xù)10天保持加電運(yùn)行，地面測試系統(tǒng)連續(xù)工作正常，數(shù)據(jù)記錄完整，驗(yàn)證了軟件長期運(yùn)行可靠性。在整星聯(lián)試和對接測試中均對測控加解密功能測試、誤碼率功能測試、幀包連續(xù)性自動化統(tǒng)計(jì)、星地時差等功能進(jìn)行了充分測試，驗(yàn)證了正確性。衛(wèi)星多體制測控地面測試系統(tǒng)功能測試覆蓋性如表2所示。

衛(wèi)星多體制測控地面測試系統(tǒng)在各項(xiàng)試驗(yàn)中均進(jìn)行了充分測試，系統(tǒng)功能正常，處理結(jié)果符合要求，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，驗(yàn)證了測控系統(tǒng)測試平臺多體制兼容能力及可靠性。

表2 衛(wèi)星多體制測控地面測試系統(tǒng)功能測試覆蓋性

5 結(jié)束語

衛(wèi)星多體制測控地面測試平臺將非相干擴(kuò)頻對地測控、中繼測控、擴(kuò)跳頻測量、測量數(shù)傳測控地面測試功能整合，僅需切換地檢配置即可支持多體制測控地面測試，且支持多通道相互備份。同時，采用多通道通用化、自動化測試軟

件設(shè)計(jì)方法，測控終端軟件通過配置數(shù)據(jù)庫的方式可以快速更新修改，通用性好。平臺軟件具有自動化測試能力，可自定義指令發(fā)送序列及發(fā)送要求，自動監(jiān)測遙測狀態(tài)，平臺軟件還可自主判讀測控入境幀、包、遙測接收正確性，可減少測試人員重復(fù)勞動，有助于及早發(fā)現(xiàn)問題，同時可提高測試可靠性。

該地面測試平臺經(jīng)過的某型號研制、試驗(yàn)等過程的驗(yàn)證，結(jié)果表明具有良好的使用效果，可為其它衛(wèi)星地面測控測試系統(tǒng)提供參考。