面向批產(chǎn)衛(wèi)星的并行模飛自動化測試系統(tǒng)設計與應用

李 暢，易 進，袁建富，任 迎

（長光衛(wèi)星技術股份有限公司，吉林 長春 130000）

0 引言

隨著商業(yè)衛(wèi)星的快速發(fā)展，對衛(wèi)星組網(wǎng)，星座建立提出了更高標準的要求，衛(wèi)星制造將從“研制”向“批產(chǎn)”模式邁進，這對衛(wèi)星的測試工作是全新的挑戰(zhàn)。手動發(fā)送遙控指令，判讀遙測狀態(tài)的測試方法無法保障衛(wèi)星的研制周期，消耗大量時間、人力資本，不適用于批產(chǎn)衛(wèi)星的測試模式，須探究和開發(fā)更具競爭力的、高效的測試系統(tǒng)。針對批量衛(wèi)星測試，相關研究人員進行了衛(wèi)星通用自動化測試系統(tǒng)體系結構研究[1-4]，以及并行自動化測試軟件設計[5-10]。

根據(jù)國內(nèi)外衛(wèi)星的研制流程，測試主要包括桌面聯(lián)試、模飛測試、環(huán)境試驗等，貫穿于衛(wèi)星測試的整個周期[11]。本文針對模飛測試進行優(yōu)化，打破現(xiàn)有的1 人1星、發(fā)送指令、遙測判讀、執(zhí)行確認、記錄結果、數(shù)據(jù)接收、手動解圖的測試方法，全面引入自動化測試系統(tǒng)，實現(xiàn)1 名測試人員完成多星并行的模飛測試，減少人員干預，提高測試可靠性以及效率，縮短測試周期。

1 模飛測試架構

模飛測試是模擬衛(wèi)星各個飛行階段的特定環(huán)境，通過長時間不間斷的綜合電性能測試，檢驗飛行程序的正確性，考核各分系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，檢驗星上信息通道傳遞的可靠性，是驗證衛(wèi)星在軌能否正常運行的重要環(huán)節(jié)。

模飛測試的基本架構主要包括地面測試設備以及測試服務器、測試終端。測試設備包括：遙控遙測調(diào)制解調(diào)器；CAN 總線監(jiān)視設備；數(shù)傳數(shù)據(jù)地面接收器；PXI架構閉環(huán)模擬器；導航信號模擬器，將閉環(huán)動力學的軌道UTC 信息轉(zhuǎn)換為真實的導航信號，通過射頻鏈路連接至星上，可更好地模擬衛(wèi)星的真實在軌情況。測試服務器進行遙測解析并存儲在MySQL 數(shù)據(jù)庫中。測試終端負責發(fā)送指令以及星上遙測狀態(tài)監(jiān)測。模飛測試架構圖如圖1 所示。

圖1 模飛測試架構圖

基于PXI 架構的衛(wèi)星地面閉環(huán)模擬器上兩個核心的組成部分，分別是Custom Device 和動力學模型。Custom Device 是根據(jù)衛(wèi)星運行的接口協(xié)議編寫的星上設備單機，可以看作衛(wèi)星姿控部件的模擬器，用以模擬星上部件在軌運行時的狀態(tài)。Custom Device 通過RT FIFO與運行在RT 上的動力學模型進行通信，動力學模型實現(xiàn)了空間環(huán)境的仿真。

模飛測試中，在星箭分離后，中心機通過功能模塊按照一定的通信協(xié)議將命令發(fā)送到Custom Device 的執(zhí)行器，模擬中心機對星上執(zhí)行器的控制情況。Custom Device 執(zhí)行器信息發(fā)送至動力學模型，動力學模型實現(xiàn)空間環(huán)境仿真，根據(jù)執(zhí)行器的信息，通過空間模型的計算將得到敏感器在軌運行感知數(shù)據(jù)。動力學模型將動力學仿真的狀態(tài)傳遞給Custom Device 中的敏感器，用以模擬衛(wèi)星姿控敏感器在空間環(huán)境下的工作狀態(tài)。Custom Device 敏感器按照中心機的協(xié)議通過模擬的星上物理接口將敏感器的值返回給中心機。從而完成阻尼模式及業(yè)務模式下姿控分系統(tǒng)的測試。

在模飛測試衛(wèi)星姿態(tài)對日穩(wěn)定后，對在軌業(yè)務模式及配置參數(shù)進行遍歷，模擬衛(wèi)星在軌姿態(tài)及載荷的執(zhí)行情況，測試人員上注業(yè)務并對衛(wèi)星執(zhí)行時星上狀態(tài)遙測進行判讀，完成星上下傳圖像信息的數(shù)據(jù)解析，驗證衛(wèi)星在軌運行情況。

2 模飛自動化測試系統(tǒng)

模飛自動化測試系統(tǒng)是在模飛測試架構的基礎上，通過引入自動化測試，解決業(yè)務上注、參數(shù)判讀、數(shù)據(jù)接收以及圖像解析四大技術難題，從根本上解放測試壓力。

2.1 業(yè)務自動上注

模飛測試中業(yè)務遍歷環(huán)節(jié)，當前應用的測試方法是手動填寫并記錄測試參數(shù)，每顆衛(wèi)星都需1 名測試人員完成測試。對于批產(chǎn)化衛(wèi)星，該方法對測試人員需求大，一致性較差，測試成本高。因此，采用業(yè)務自動上注并記錄的方式，便于查詢問題，極大地減少了測試人員工作量，提高測試效率。

基于LabVIEW 編寫業(yè)務自動上注軟件，具體上注流程為：(1)程序加載業(yè)務規(guī)劃表、軌道星下點經(jīng)緯度表，讀取各個業(yè)務所需配置參數(shù)以及星下點經(jīng)緯度信息；(2)選擇上注方式，分為手動上注和自動上注兩種，手動上注是只上注任意一條所選擇的業(yè)務，自動上注是從所選的業(yè)務開始按可配置的時間間隔逐條順序自動上注；(3)根據(jù)讀取的相應參數(shù)配置、業(yè)務執(zhí)行的UTC 時間以及該時間所對應的經(jīng)緯度生成業(yè)務指令；(4)選擇上注通道，遍歷星上可用于上注的所有通道；(5)記錄上注業(yè)務指令的原碼以及業(yè)務執(zhí)行時的星上UTC 時間，作為測試存檔，便于問題分析；(6)讀取自動化測試服務器的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)遙測數(shù)據(jù)判斷業(yè)務是否上注成功，若成功，將按給定的時間間隔自動上注下一條業(yè)務，若失敗，將彈出對話框提醒，并停止自動上注，待解決問題后繼續(xù)上注。業(yè)務上注流程圖如圖2 所示。

圖2 業(yè)務上注流程圖

業(yè)務自動上注軟件操作簡便，降低操作失誤概率，在硬件測試環(huán)境滿足的條件下，可多顆衛(wèi)星同時操作，實現(xiàn)1 名測試人員為多顆衛(wèi)星進行業(yè)務上注，保證了批產(chǎn)化衛(wèi)星測試一致性。軟件操作界面如圖3 所示，該軟件已投入使用，在6 顆星并行測試中，效果顯著。

圖3 業(yè)務上注操作界面

2.2 遙測自動判讀

業(yè)務成功上注后，需對業(yè)務執(zhí)行時星上狀態(tài)以及配置參數(shù)的正確性進行判讀。目前常用的方式仍是人工判讀，工作量較大。衛(wèi)星遙測下傳，在測試服務器中進行解析并存儲在MySQL 數(shù)據(jù)庫中，遙測自動判讀程序通過ODBC 接口對遙測存儲數(shù)據(jù)庫進行重訪，獲取所需遙測解析值判讀衛(wèi)星狀態(tài)，從而提高測試可靠性與時效性，可廣泛應用到批產(chǎn)化衛(wèi)星的測試工作中。

遙測自動判讀中序列編寫方式有兩種：第一種是將規(guī)劃業(yè)務預先定義的判讀條件編寫成單獨序列，每一條業(yè)務對應唯一的判讀序列，配置參數(shù)固定，該方法適用于衛(wèi)星定型后的測試，對配置參數(shù)改動量較??；第二種是將配置參數(shù)寫入Excel 表格，通過查詢業(yè)務序號讀取對應業(yè)務的配置參數(shù)，并根據(jù)星上狀態(tài)進行判讀，所有業(yè)務都使用一個判讀序列的架構，該方法適用于衛(wèi)星研制階段，衛(wèi)星的配置參數(shù)需不斷改變，根據(jù)需求可選擇不同處理方法。具體的遙測自動化判讀流程為：(1)判斷衛(wèi)星的運行模式，當衛(wèi)星為在軌待機模式時，序列跳轉(zhuǎn)至無業(yè)務模式序列，對星上重點參數(shù)狀態(tài)進行循環(huán)判讀，當獲取到衛(wèi)星為業(yè)務模式時，跳轉(zhuǎn)到業(yè)務判讀序列；(2)跳轉(zhuǎn)到業(yè)務判讀序列后，獲取星上UTC 時間與業(yè)務自動上注保存的業(yè)務執(zhí)行UTC 時間對比，判斷當前執(zhí)行的業(yè)務序號；(3)根據(jù)得到的業(yè)務序號獲取該業(yè)務的配置參數(shù)，從自動化測試服務器的數(shù)據(jù)庫中獲取星上相對應的遙測參數(shù)進行判讀，從而判斷該業(yè)務執(zhí)行期間星上狀態(tài)是否正確，若判讀結果有誤，序列將報錯并退出，相應的測試結果形成測試報告，記錄測試相應數(shù)據(jù)，(4)業(yè)務結束后將繼續(xù)判讀衛(wèi)星的運行模式，循環(huán)上述操作。具體的遙測自動化判讀流程圖如圖4 所示。

圖4 業(yè)務判讀流程圖

基于TestStand 編寫的遙測自動判讀軟件可選擇測試對象數(shù)量，滿足多顆衛(wèi)星并行測試的需求。實現(xiàn)1 名測試人員監(jiān)測多顆衛(wèi)星運行狀態(tài)，將測試人員從繁重且重復的工作中解放，集中精力解決問題。

2.3 數(shù)據(jù)自動接收

測試中的數(shù)傳業(yè)務，需要數(shù)傳數(shù)據(jù)地面接收器接收星上下傳的圖像數(shù)據(jù)，并存儲在指定位置。當多顆衛(wèi)星同時進行數(shù)傳業(yè)務時，一名測試人員無法兼顧所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。數(shù)據(jù)自動接收軟件將替代人工操作，完成這一過程。

數(shù)據(jù)自動接收軟件嵌入在遙測自動判讀序列中，具體操作流程如下：(1)星上進入數(shù)傳模式，軟件程控地檢配置速率；(2)判斷地檢射頻鏈路是否鎖定；(3)鎖定后開始存儲接收數(shù)據(jù)；(4)數(shù)傳業(yè)務結束后，停止數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)自動接收流程圖如圖5 所示。

圖5 數(shù)據(jù)接收流程圖

2.4 圖像自動解析

數(shù)據(jù)下傳存入指定位置后，需對圖像數(shù)據(jù)進行解析。多星測試并行進行，數(shù)據(jù)需批量處理。應用Python編寫圖像自動解析程序，提高圖像解析效率，針對問題數(shù)據(jù)有效分析。

圖像自動解析具體操作流程如下：(1)判定需要解析文件創(chuàng)建時間，忽略掉前期文件；(2)判斷輸入文件夾的文件是否已解析完成，根據(jù)是文件名的后綴是否帶_DONE；(3)如未完成，修改deicc.xml 中文件輸入輸出路徑；(4)調(diào)用GF03D.exe 開始解圖；(5)解圖完畢，修改輸入輸出文件的名字，加上后綴_DONE；(6)判讀圖像的行流水號、成像處理箱的輔助數(shù)據(jù)，查看是否存在數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，如果有在窗口打印錯誤信息，同時寫在GAP.txt文件中；(7)循環(huán)上述操作。圖像自動解析軟件如圖6所示。

圖6 解圖及判讀輔助數(shù)據(jù)

3 并行模飛自動化測試系統(tǒng)的應用

目前，模飛自動化測試系統(tǒng)已在批產(chǎn)衛(wèi)星測試中應用。在長光衛(wèi)星技術股份有限公司的高分03 批產(chǎn)項目中，實現(xiàn)了6 顆衛(wèi)星進行并行模飛自動化測試從業(yè)務上注到遙測判讀、從數(shù)據(jù)接收到圖像解析均由1 名測試人員進行。單顆衛(wèi)星每天業(yè)務測試量可達到30+，超額完成測試需求。圖7 是6 顆衛(wèi)星并行進行模飛測試。在測試過程中，降低了測試人員的干預，有效避免了由于人員操作失誤導致的測試問題，并保證了衛(wèi)星測試的一致性，進一步完善模飛測試流程。

圖7 并行模飛測試系統(tǒng)

批產(chǎn)衛(wèi)星6 顆并行模飛自動化測試相較于單顆衛(wèi)星模飛測試，測試效率提高了66%，測試人員從6 人銳減到1 人，有效降低測試成本，縮短測試周期，順應批產(chǎn)化衛(wèi)星測試的發(fā)展趨勢。衛(wèi)星的并行模飛測試不僅對衛(wèi)星測試進行縱向?qū)Ρ?，同時也進行橫向?qū)Ρ龋箿y試更加立體化，針對測試中出現(xiàn)的問題可多顆衛(wèi)星同時進行對比，更加高效地發(fā)現(xiàn)并解決問題。

4 結論

基于批產(chǎn)衛(wèi)星測試需求提出的并行模飛自動化測試系統(tǒng)，有效地解決測試方法與測試需求間的矛盾，實現(xiàn)業(yè)務自動上注、遙測自動判讀、數(shù)據(jù)自動接收、圖像自動解析，滿足在測試人員不增加且測試設備充足的條件下可進行多顆衛(wèi)星并行測試的要求。該測試系統(tǒng)極大地提高了測試效率，降低了測試時間及人力成本，增強了測試可靠性及一致性，加速衛(wèi)星生產(chǎn)工業(yè)化進程。

面向批產(chǎn)衛(wèi)星的并行模飛自動化測試系統(tǒng)已投入使用，在批產(chǎn)衛(wèi)星的測試中已完成多次驗證，測試效果良好，達到預期要求，可應用到各型號衛(wèi)星的批產(chǎn)測試。