CN105306156A - 一种遥感卫星数传产品自动化测试***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种遥感卫星数传产品自动化测试***及方法，包括：PXI***控制器：为整个PXI平台提供实时操作***；PXI模块集：与PXI总线连接，提供与被测产品的直接接口；PXI机箱：为PXI***提供稳固机械结构平台、可靠的供电和散热***；测试***软件：与PXI模块集配合实现相应功能，提供与用户的交互接口。本发明基于通用的PXI架构设计，克服了现有遥感卫星数传地面测试***设备规模庞大，构建难度大、周期长的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及卫星数传产品测试技术领域，具体地，涉及遥感卫星数传产品自动化测试***。
背景技术
遥感卫星数传分***产品一般由数据预处理设备、基带数据处理设备和射频处理设备组成，完成载荷数据接收、预处理、存取、格式化、编码、调制等处理工作，提供卫星载荷数据的对地传输通道。
卫星数传地面测试***首先需要完成星上处理的逆过程，将接收到的射频信号恢复成载荷数据的原始状态，并完成数据传输过程的信号质量评价。另外在进行分***产品单独测试时，卫星数传地面测试***还需要提供星上其他***的模拟接口，向数传分***产品提供数据广播、指令发送、遥测采集等服务。
遥感卫星数传地面测试***通常由射频测试子***、基带测试子***以及数据模拟子***组成，一套完整的传统卫星数传地面测试***设备总数往往超过30台，远远大于星上产品的数量。传统遥感卫星数传地面测试***设备规模庞大，构建难度大、周期长，很难适应不断缩减的卫星研制周期。
因此在测试功能不缩减的前提下，不断减小设备规模，降低***构建难度，缩短***构建周期是未来遥感卫星数传地面测试的发展方向。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种遥感卫星数传产品自动化测试***及方法，该***和方法可实现传统遥感卫星数传地面测试***的全部测试功能，同时具备***规模小、构建容易、周期短的特点。
本发明是通过下述技术方案来实现的：
一种遥感卫星数传产品自动化测试***，主要由PXI***控制器、测试功能模块(简称PXI模块集)、PXI机箱以及测试***软件组成。
PXI***控制器是整个测试***的核心组件，为整个PXI平台提供Windows或其他实时操作***，是PXI模块与***软件的中间桥梁，将PXI模块与软件联合起来共同完成测试任务。
PXI模块集与PXI总线连接，每个模块提供相对独立的测试功能。
测试***软件：与PXI模块集配合实现相应功能，提供与用户的交互接口。
所述PXI模块集包括：
1)遥测采集单元：模拟卫星综合电子***遥测采集功能，采集数传产品的供电、状态、温度等模拟遥测信号，处理成数字信号后通过PXI总线发送至PXI***控制器；
2)接口处理单元：模拟卫星综合电子***与数传分***接口，提供数据总线接口和指令线接口，向数传产品广播平台数据、发送注数指令，采集数传产品数字遥测信息，通过PXI总线与PXI***控制器进行数据交互。
所述PXI模块集还包括射频信号源：按照配置生成特定波形信号(单载波或调制波)，模拟卫星数传输出的射频信号波形，用于配合遥感卫星数传产品自动化测试***自闭环，此模块可选用专业仪器厂商发布的成熟产品。
所述PXI模块集还包括高速数据流盘：提供测试数据的实时大容量存储单元，事后可按照需要对数据进行回放处理，此模块可选用专业仪器厂商发布的成熟产品。
所述PXI模块集还包括矢量信号分析仪：完成射频信号的下变频和中频数字转换功能，配合应用软件完成对卫星下传的射频信号质量分析，配合应用软件和高速数据流盘完成高速采样数据的记录，此模块可选用专业仪器厂商发布的成熟产品。
所述PXI模块集还包括可编程衰减器：完成射频信号的信号功率调整，通过PXI总线与PXI***控制器进行数据交互，此模块可选用专业仪器厂商发布的成熟产品。
所述PXI机箱为PXI控制器和PXI模块提供稳固可靠的机械结构平台，同时具有良好的供电***、散热***设计，机箱根据实际应用需求可设计成便携式、机架式或台式。
所述测试***软件运行在PXI控制器提供的操作***平台上，包括PXI模块驱动软件、***应用软件以及用户界面。
PXI模块驱动软件是配合各测试功能模块工作而开发的驱动程序，以便将测试功能模块集成到统一的PXI测试平台中；
***应用软件是基于LabVIEW、MATLAB或其他程序开发的功能软件，完成测试流程控制、测试数据仿真、测试数据分析等功能，本发明提出的卫星数传测试***配备的主要应用软件包括：
1)自动测试任务规划控制软件：完成对整个数传分***产品自动测试流程的控制，按照测试用例规定组织其他应用软件协同工作，配置其他应用软件和测试功能模块的工作参数，收集各模块测试结果，生成测试报告；
2)***自检控制软件：按照流程向各PXI模块发送自检命令，收集各PXI模块的反馈数据，综合判断后输出***自检结果；
3)卫星平台数据仿真软件：按照数传分***与卫星其他***的接口约定生成规定格式的仿真数据，包括卫星平台广播数据、遥测采集命令、遥控指令数据等，并通过接口处理单元执行；
4)遥测数据分析软件：接收PXI模块(遥测采集单元、接口处理单元)反馈的卫星数传产品工作状态遥测，通过LAN口或LXI口采集电源模块的供电电压与电流，根据约定的规则进行状态判断，输出遥测数据判读结果，并具有对遥测数据按规则进行存储和管理功能；
5)矢量信号分析软件：与矢量信号分析仪配合完成射频信号的分析，完成中频信号的数字化与存储控制，选用与矢量信号分析仪配套的软件产品；
6)载荷数据分析软件：完成高速数据流盘中存储的数据分析，将I/Q数据转化为比特流数据，完成数传数据格式检查、误码率分析、帧格式去除、载荷数据解压快视等功能，输出主要判读结果，形成测试报告；
7)其他应用软件：完成其他功能的应用软件，如提供遥测数据局域网广播功能的数据分发软件、提供测试***校时功能的局域网时间广播软件等。
用户界面是本测试***与用户交互接口，提供测试进度、产品状态、测试结果显示，提供测试用例编制、测试参数设置等输入接口。
利用上述遥感卫星数传产品自动化测试***进行自动化测试的方法，包括如下主要步骤：
步骤1：按测试状态完成测试设备与待测设备连接，运行自动测试任务规划控制软件，调用***自检控制软件启动自检流程；
步骤2：***自检控制软件收集各模块自检测试结果，并向自动测试任务规划软件反馈，自检通过后载入测试用例；
步骤3：按用户设定的时间启动测试流程，自动测试任务规划控制软件调用卫星平台数据仿真软件、遥测数据分析软件、矢量信号分析软件和PXI模块，按设计用例发送指令、接收处理遥测数据，利用高速数据流盘接收卫星下传数据，若遥测结果异常则按事先设计的预案进行处理；
步骤4：测试数据接收完毕后，自动测试任务规划控制软件启动载荷数据分析软件，调取高速数据流盘中存储的I/Q数据转化为比特流数据，进行数据格式检查、误码率分析、帧格式去除、载荷数据解压快视等功能，生成测试报告；
步骤5：自动测试任务规划控制软件收集载荷数据分析软件的测试输出，结合遥测判读结果，输出最终的用例测试报告。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明克服了现有遥感卫星数传地面测试***设备规模庞大，构建难度大、周期长的缺点，不仅设备规模较现有设备大大减小，而且构建容易、周期短，另外由于***基于通用的PXI架构设计，提高了***的灵活性。
本发明所公开的遥感卫星数传地面测试***对其他卫星或航天器地面测试***设计具有一定的借鉴意义。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所提供的遥感卫星数传产品自动化测试***框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明***是基于成熟PC技术的通用PXI架构(PCIExtensionsforInstrumentation，面向仪器***的PCI扩展，由美国国家仪器公司主导开发的一种通用测试***总线)。
本实施例是一种小型光学遥感卫星数传产品自动化测试***及测试方法，如图1所示。该光学遥感卫星采用数据压缩→AOS格式化→级联编码→QPSK调制→行波管放大→天线辐射的数据传输方案，采用1553B总线与综合电子***通信，接收数据速率800Mbps，信道编码采用RS+3/4卷积编码方式，对地传输数据速率200Mbps，数传频段为X频段。
首先确定测试***PXI模块集配置方案及各模块详细参数，具体如下：
1)射频信号源、高速数据流盘、矢量信号分析仪和可编程衰减器可根据星上产品的技术指标选用专业仪器厂商发布的成熟产品，包括安捷伦公司和NI公司生产的PXI模块产品，具体选型结果如下表。
表1模块选型表
2)遥测采集单元：在应用软件的控制下采集数传分***产品16路模拟量遥测、16路温度量遥测，遥测采集单元对模拟通道输入信号进行10比特量化，遥测采集芯片采用HI-546或HI-548，采集结果转换为数字量后通过PXI总线发送给控制器，遥测采集周期为1次/2秒。信号采集控制及与PXI总线控制器的通信采用FPGA来处理。为真实模拟卫星综合电子分***与数传的接口情况，按照卫星接口控制文件开发的PXI遥测采集单元，设计按卫星建造规范中关于接地、搭接以及布线方面的要求进行。
3)接口处理单元：提供两路1553B总线接口(一主一备)和18路OC门指令线接口。接口处理板1553B总线控制芯片采用61580芯片，通过配置确定一路作为BC端，另一路以及数传分***产品均作为RT端，芯片可选用DDC公司、58所或772所的产品。接插件选用AXON公司经ESA认证的1553B连接器，为避免插错，主份和备份总线的接插件选不同型号。接口处理板上的OC门指令线接口采用7046芯片，每片7046有6个OC门驱动器，可带40mA的负载。指令发送、遥测采集及与PXI总线控制器的通信等前端信息处理采用FPGA来完成。为真实模拟卫星综合电子分***与数传的接口情况，按照卫星接口控制文件开发的PXI接口处理单元，设计按卫星建造规范中关于接地、搭接以及布线方面的要求进行。
根据已选PXI模块型号和应用软件规模确定PXI***控制器的选型。考虑到PXI控制器中运行的应用软件对平台处理能力要求都较高，故需选择配备四核以上的处理器、4GB以上内存的嵌入式控制器；另外当射频信号源、高速数据流盘、矢量信号分析仪同时工作时对***总带宽要求较高，故需选择***总带宽不小于2GB/s的产品，可选产品为安捷伦公司生产的M9036A型或NI公司生产的NI-PXIe-8135型嵌入式控制器。具体到本实施例，选择的是NI的NI-PXIe-8135控制器。
根据已选PXI模块和PXI***控制器的功率和插槽数量要求确定PXI机箱选型。考虑到射频信号源、高速数据流盘、矢量信号分析仪占用的槽数较多，模块功耗也较大，故选用配备18个PXI/PXIe插槽的机箱产品，可选产品为安捷伦公司生产的M9018A型或NI公司生产的NI-PXIe-1085型PXI机箱。具体到本实施例，选择的是NI的NI-PXIe-1085机箱。
PXI模块驱动软件方面，射频信号源、高速数据流盘、矢量信号分析仪和可编程衰减器均由生产厂商随产品交付相应的驱动程序，将其安装到PXI控制器上即可。遥测采集单元和接口处理单元中的主芯片为FPGA，利用运行在控制器中的LabVIEW环境完成相应PXI模块的驱动控制程序开发。
应用软件方面，除矢量信号分析软件和载荷数据分析软件规模较大、功能较复杂外，其他软件均可直接利用LabVIEW或NITestStand完成开发。矢量信号分析软件需要与***中所选的PXI矢量信号分析仪配套，由PXI矢量信号分析仪供应商提供配套软件程序，如安捷伦开发的89601VSA软件。载荷数据分***软件需要完成对数据的处理、分析和显示等功能，通过C++或C#软件进行开发。
用户界面方面，主要包括测试流程状态显示、用例状态显示、数字遥测显示、模拟遥测显示、数据接收处理情况显示、主要遥测曲线显示、报警信息显示等，可利用LabVIEW环境完成开发。
利用上述这个测试***进行测试还需要配备一个具有LAN/LXI接口的程控电源，用于给星上产品供电。对部分不具备自检功能的卫星数传***而言，还需要配备一个载荷数据模拟器用来模拟卫星载荷，向数传产品发送载荷数据。
以上对本发明的一个具体案例的实现方式进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种遥感卫星数传产品自动化测试***，其特征在于，包括：
PXI***控制器：为整个PXI平台提供实时操作***；
PXI模块集：与PXI总线连接，提供与被测产品的直接接口；
PXI机箱：为PXI***提供稳固机械结构平台、可靠的供电和散热***；
测试***软件：与PXI模块集配合实现相应功能，提供与用户的交互接口。
2.根据权利要求1所述的遥感卫星数传产品自动化测试***，其特征在于，所述PXI模块集包含如下组件：
遥测采集单元：采集数传产品的模拟遥测信号，处理成数字信号后通过PXI总线发送至PXI***控制器；
接口处理单元：提供数据总线接口和指令线接口，向数传产品广播平台数据、发送注数指令，采集数传产品数字遥测信息，通过PXI总线与PXI***控制器进行数据交互。
3.根据权利要求2所述的遥感卫星数传产品自动化测试***，其特征在于，所述模拟遥测信号包括数传产品的供电、状态和温度。
4.根据权利要求2所述的遥感卫星数传产品自动化测试***，其特征在于，还包括射频信号源，按照配置生成特定波形信号，模拟卫星数传输出的射频信号波形，用于配合遥感卫星数传产品自动化测试***自闭环。
5.根据权利要求2所述的遥感卫星数传产品自动化测试***，其特征在于，还包括高速数据流盘，提供测试数据的实时大容量存储单元，并按照需要对数据进行回放处理。
6.根据权利要求2所述的遥感卫星数传产品自动化测试***，其特征在于，还包括矢量信号分析仪，完成射频信号的下变频和中频数字转换功能，配合应用软件完成对卫星下传的射频信号质量分析，配合应用软件和高速数据流盘完成高速采样数据的记录。
7.根据权利要求2所述的遥感卫星数传产品自动化测试***，其特征在于，还包括可编程衰减器，完成射频信号的信号功率调整，通过PXI总线与PXI***控制器进行数据交互。
8.根据权利要求1所述的遥感卫星数传产品自动化测试***，其特征在于，所述测试***软件包括PXI模块驱动软件、***应用软件以及用户界面。
9.一种利用权利要求1至7中任一所述的遥感卫星数传产品自动化测试***进行测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：按测试状态完成测试设备与待测设备连接，运行自动测试任务规划控制软件，调用***自检控制软件启动自检流程；
步骤2：***自检控制软件收集各模块自检测试结果，并向自动测试任务规划软件反馈，自检通过后载入测试用例；
步骤3：按用户设定的时间启动测试流程，自动测试任务规划控制软件调用卫星平台数据仿真软件、遥测数据分析软件、矢量信号分析软件和PXI模块，按设计用例发送指令、接收处理遥测数据，利用高速数据流盘接收卫星下传数据，若遥测结果异常则按事先设计的预案进行处理；
步骤4：测试数据接收完毕后，自动测试任务规划控制软件启动载荷数据分析软件，调取高速数据流盘中存储的I/Q数据转化为比特流数据，进行数据格式检查、误码率分析、帧格式去除、载荷数据解压快视等功能，生成测试报告；
步骤5：自动测试任务规划控制软件收集载荷数据分析软件的测试输出，结合遥测判读结果，输出最终的用例测试报告。
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