CN113885368A - 一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱 - Google Patents

一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱，所述电源模块，采用太阳方阵模拟器模拟星上太阳电池阵为整星供电，由测试设计服务器控制太阳方阵模拟器输出；所述供配电模块，以模拟量采集板卡形式安装在PXI机箱内，以有线方式对卫星参数进行测量、状态监视，并将测量结果传送至测试设计服务器进行存储；所述测控模块，以板卡形式安装在PXI机箱内，包括由测试设计服务器控制的上下变频板卡和调制解调板卡；所述测试设计服务器，用于存储方舱内硬件驱动，以及根据测试需求发送指令，控制完成皮纳卫星的测试。

Description

一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱
技术领域
本发明涉及一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱设计。
背景技术
小卫星测试作为小卫星整个研制过程中非常重要的一个环节，对卫星的研制周期、研制成本、研制效率有着很大程度的影响。目前的测试***虽然可以满足现在卫星测试需求，但受其自身测试技术的制约已经难以满足皮纳卫星的多种类、高产出、周期短的需求，皮纳卫星测试势必随着皮纳卫星的发展要求，向灵活构建、快速测试的趋势发展，因此需要采用新的测试技术来支撑新的测试***。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱设计，将地面供配电、电源、测控、总控测试***集成为一体，采用体积较小、便携移动的机箱架，配置通用、标准的对外接口，具备自动化测试功能，可以匹配所有类型皮纳卫星供配电、电源、测控、总控测试需求，能够实现高效、快速的***构建，大幅提高卫星测试效率。
本发明的技术解决方案是：一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱，包括电源模块、供配电模块、测控模块、PXI机箱、集成式机箱、测试设计服务器；
所述电源模块，采用太阳方阵模拟器模拟星上太阳电池阵为整星供电，由测试设计服务器控制太阳方阵模拟器输出；
所述供配电模块，以模拟量采集板卡形式安装在PXI机箱内，以有线方式对卫星参数进行测量、状态监视，并将测量结果传送至测试设计服务器进行存储；
所述测控模块，以板卡形式安装在PXI机箱内，包括由测试设计服务器控制的上下变频板卡和调制解调板卡；
所述测试设计服务器，用于存储方舱内硬件驱动，以及根据测试需求发送指令，控制完成皮纳卫星的测试；
所述PXI机箱，设置多个槽位，用于集成安装零槽控制器、供配电模块板卡、测控模块板卡，零槽控制器通过PXI总线实现与PXI机箱内其他板卡的信息交互，通过TCP/IP协议与测试设计服务器进行信息交互；
所述集成式机箱，用于安装部署电源模块、PXI机箱、测试设计服务器。
优选的，所述测试设计服务器包括设计中心软件包、控制中心软件包、数据中心软件包，其中设计中心软件包包括基础数据库维护工具、测试设计与流程规划模块；控制中心软件包包括测试执行模块、智能判读模块、遥测遥控前端模块、方阵模拟器控制模块；数据中心软件包包括测试数据库、测试分析与评估模块；
所述基础数据库维护工具用于录用卫星型号指令、参数、判据基础信息；
测试设计与流程规划模块用于以图形化拖拽的方式构建测试流程，流程信息保存为XMAL形式的电子测试细则；
所述的测试执行模块用于自动执行上述电子测试细节，执行过程中，指令发送前后，由智能判读模块完成对相关参数的判读，并依靠预先定义的判据基础信息发出对应的提示信息；
遥测遥控前端模块负责接收测试执行模块发送的遥控指令，并将接收的遥测数据发送至测试数据库；
方阵模拟器控制模块接收地面设备操作指令，模拟卫星供电状态输出，并将方阵模拟器操作记录和状态信息发至测试数据库；
智能判读模块实时完成卫星及测试设备状态的智能判读，一旦发生异常便报警；
测试分析与评价模块用于在测试评估阶段根据存储在测试数据库中的历史数据，依据测试结果判读规则自动生成测试报表。
优选的，所述电源模块采用是德科技的E4261A型太阳方阵模拟器。
优选的，所述供配电模块采用PXI-8516数据采集卡进行卫星重要模拟量参数的采集。
优选的，所述调制解调板卡的调制解调功能支持扩频及USB遥测遥控体制，中频中心频率66.0～74.0MHz，遥控码速率8bps～8kbps，遥测码速率1024bps～64kbps，帧长128～1024个字节，帧同步码组长16～64位；上变频板卡支持输入频率70MHz，带宽20MHz，输出频率2.0～2.4GHz，增益控制范围0dB～30dB，下变频功能支持输入频率2.0～2.4GHz，输出频率70MHz，带宽20MHz，增益控制范围0dB～20dB。
优选的，所述测控模块采用PXI-3U调制解调板卡和RC23-02-28上下变频板卡。
优选的，所述PXI机箱采用NI PXIe10651机箱，槽控制器采用基于PXIe总线的嵌入式控制器NI PXIe-8133，通过PXI总线接口实现与PXI机箱各板卡的信息交互。
优选的，所述集成式机箱采用派力肯机架箱，采用前后机箱盖安装方式运输，通过转接面板与外部接口连接，转接面板宽度19英寸，高度2U，对外接口为7个Y2-50ZJ接口，8个N型接口，3个网口，机箱内部配备千兆24***换机，宽度19英寸，高度1U，1个KVM，宽度19英寸，高度1U，1个8插孔电源分配单元PDU，宽度19英寸，高度1U。
优选的，所述测试设计服务器采用戴尔R230机架式服务器，E3-1270V5处理器，双网卡，2个USB3.0端口。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明实现了一种面向皮纳卫星的集成式方舱测试***，可以迅速构建、迅速升级，具有成本低、体积小、集成度高、灵活性好、可维护性强、内部接口种类少等特点。能够很好地适应未来皮纳卫星对测试设备特性的需求。
附图说明
图1为本发明一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱组成示意图；
图2为本发明一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱综合测试软件***；
图3为本发明一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱测试设计流程图。
图4为本发明一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱测试实施流程图。
具体实施方式
以下结合附图1-4与具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供的一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱设计包括电源模块、供配电模块、测控模块、测试设计服务器、PXI机箱、集成式机箱；
所述测试设计服务器采用戴尔R230机架式服务器，E3-1270V5处理器，64G内存，双网卡，2个USB3.0端口。
所述集成式机箱采用防水、防震、防尘、防撞击的派力肯机架箱，宽度19英寸(48.26cm)，高度12U(53.34cm)，深度80cm，用于安装部署电源模块、PXI机箱、测试设计服务器，采用前后机箱盖安装方式运输，通过转接面板与外部接口链接，转接面板宽度19英寸(48.26cm)，高度2U(8.89cm)，对外接口为7个Y2-50ZJ接口，8个N型接口，3个网口，机箱内部配备千兆24***换机，宽度19英寸(48.26cm)，高度1U(4.45cm)，1个KVM，宽度19英寸(48.26cm)，高度1U(4.45cm)，1个8插孔(220V16A)PDU，宽度19英寸(48.26cm)，高度1U(4.45cm)。
集成式机箱，在卫星加电前，如图1所示，将测试设计服务器，KVM(多计算机显示切换器)，PXI机箱，太阳方阵模拟器安装至集成式机箱，上架后拧紧前面板固定螺丝，制动边角滚轮，保证机箱不产生位移，打开机箱顶部风扇，保证机箱内部通风良好，各设备通过千兆交换机连入综合测试网。通过转接面板Y2-50接口，连接卫星供电、有线采集链路；通过转接面板N型接口，连接卫星测控通信链路。
测试设计服务器，用于安装部署综合测试软件***，如图2所示，包括设计中心软件包、控制中心软件包、数据中心软件包，其中设计中心软件包包括基础数据库维护工具、测试设计与流程规划软件(软件即模块，下同)；控制中心软件包包括测试执行软件、智能判读软件、遥测遥控前端软件、方阵模拟器控制软件；数据中心软件包包括测试数据库、测试分析与评估软件。综合测试软件***是整个测试***的核心组成部分，它是整星测试的设计中心、流程控制中心和数据中心。设计中心软件包，主要任务是录入卫星基本信息，规划测试项目、编制测试细则；控制中心软件包，主要任务是测试控制，实现自动读入电子测试细则，依据细则的顺序和要求发送遥控指令和地面设备操作指令，收集、解析、计算、存储和判读遥测数据，检查卫星的健康状态，收集和存储地面设备工作信息；数据中心软件包，主要任务是对测试数据开展更加深入的数据分析和数据挖掘，自动生成测试报表和测试总结。
电源模块，采用两台是德科技的E4261A型太阳方阵模拟器，共4通道输出，每个通道最大输出功率510W，***最大输出功率2400W，可以满足皮纳卫星测试需求，通过TCP/IP协议接入综合测试网络。太阳方阵模拟器控制软件安装部署在测试设计服务器上，测试过程中，测试执行软件发送地面设备操作指令至太阳方阵模拟器控制软件，太阳方阵模拟器控制软件读取卫星供电的参数设置、工作配置、加电顺序，控制太阳方阵模拟器按要求输出，通过集成式机箱转接面板Y2-50接口，给卫星进行供电，同时将太阳方阵模拟器输出电压、电流参数传送至测试数据库，用于数据存储分析。
供配电模块，采用PXI-8516数据采集卡进行卫星重要模拟量参数的采集，具有16路模拟量输入通道，最大量程-100V～+100V，16位分辨率，与被测物数字隔离，通道间隔离电压大于200V，通过星表插头与卫星连接。卫星加电后，卫星重要模拟量参数，通过有线方式经脱插电缆、供配电电缆，连接至集成式机箱转接面板Y2-50接口，传送至供配电模块，实现卫星状态实时监视，同时，将接收到的卫星测试数据传送至测试数据库，用于数据存储分析。
测控模块，以板卡形式安装在PXI机箱内，包括上下变频板卡和调制解调板卡，解调功能可通过软件切换方式完成USB体制和扩频体制两种信号的捕获跟踪解调处理，完成下行接收卫星遥测信息的功能。调制功能通过软件切换方式完成USB体制和扩频体制两种信号的调制处理，完成上行发送卫星遥控指令的功能。下变频功能用于接收应答机输出的S频段射频信号，下变频处理为中频信号。上变频功能用于可接收调制模块输出的中频信号，上变频处理为S频段射频信号输出。具体采用PXI-3U调制解调板卡和RC23-02-28上下变频板卡，调制解调功能支持扩频及USB遥测遥控体制。调制解调功能支持扩频及USB遥测遥控体制，中频中心频率66.0～74.0MHz，遥控码速率8bps～8kbps，遥测码速率1024bps～64kbps，帧长128～1024个字节，帧同步码组长16～64位，上变频功能支持输入频率70MHz，带宽20MHz，输出频率2.0～2.4GHz，增益控制范围0dB-30dB，下变频功能支持输入频率2.0～2.4GHz，输出频率70MHz，带宽20MHz，增益控制范围0dB-20dB。
卫星测试过程中，测试执行软件发送指令卫星加电，由下变频板卡接收卫星应答机输出的S频段射频信号并处理成中频信号。调制解调板接收下变频板卡发送的中频信号，完成USB和扩频体制信号的捕获跟踪解调处理后传送给遥测遥控前端软件，再由遥测遥控前端软件传送至测试数据库，完成整星的遥测接收解调任务；调制解调板卡接收遥测遥控前端软件发送的卫星遥控指令，由调制解调板卡完成USB体制或扩频体制信号的调制处理，生成并输出中频调制信号，上变频板卡对调制解调板卡输出的中频信号进行上变频处理，得到S频段射频信号输出。
PXI机箱，采用NI PXIe10651机箱，具有18个槽位，***吞吐量为8GB/s，插槽吞吐量为2GB/s，用于集成安装NI PXIe-8133零槽控制器、PXI-8516数据采集卡、PXI-3U调制解调板卡、RC23-02-28上下变频板卡，实现供配电模块和测控模块的测试功能，零槽控制器完成对PXI***的集成控制，通过PXI总线接口实现与机箱各模块的信息交互，通过网络接口实现与测试设计服务器的数据传递。
在测试设计阶段，基于设计中心软件包，依据遥测遥控约定文件和分***测试要求，设计测试项目，编辑测试细则。如图3所示，使用基础数据库维护工具录入型号指令、参数、判据等基础信息，使用测试设计与流程规划软件以图形化拖拽的方式构建测试流程，流程信息被自动保存为XMAL形式的电子测试细则。
卫星测试实施阶段，基于控制中心软件包，自动执行测试细则，开展整星测试。如图4所示，使用测试执行软件，自动执行测试细则，指令发送前、后，智能判读软件自动完成对相关参数的判读，并依靠预先定义的判读条件自动向测试人员发出提示信息。自动执行可以选择顺序执行、并行执行、循环执行、强制执行或者延时执行等模式。遥测遥控前端软件负责接收测试执行软件发送的遥控指令，并发送遥测数据至测试数据库；方阵模拟器控制软件接收地面设备操作指令，同时发送设备状态信息至测试数据库。智能判读软件还能够实时完成卫星及测试设备状态的智能判读，一旦发生异常便以声光报警的形式提醒测试人员，测试人员也可以利用实时监视软件和趋势分析软件查看数据，进行卫星健康状态判读。
测试评估阶段，需要对卫星测试结果进行分析处理和总结。在这个阶段，测试分析与评价软件提供数据分析和数据挖掘功能，根据测试结果判读规则自动生成测试报表。测试人员不仅可以对测试数据进行数据查询，还可以利用丰富的图形、趋势分析、衍生计算功能，为测试分析、总结提供有效的数据支持。
本发明提供了一种接口统一、安全可靠、集成化程度高、具备自动化测试功能的集成式测试方舱，实现地面测试***的优化整合，将设备资源利用最大化，***构架体积最小化，对外接口标准化，能够高效、快速的完成***构建、测试实施、测试分析，大幅提高皮纳卫星测试效率。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种面向皮纳卫星的集成式测试方舱，其特征在于包括电源模块、供配电模块、测控模块、PXI机箱、集成式机箱、测试设计服务器；
所述电源模块，采用太阳方阵模拟器模拟星上太阳电池阵为整星供电，由测试设计服务器控制太阳方阵模拟器输出；
所述供配电模块，以模拟量采集板卡形式安装在PXI机箱内，以有线方式对卫星参数进行测量、状态监视，并将测量结果传送至测试设计服务器进行存储；
所述测控模块，以板卡形式安装在PXI机箱内，包括由测试设计服务器控制的上下变频板卡和调制解调板卡；
所述测试设计服务器，用于存储方舱内硬件驱动，以及根据测试需求发送指令，控制完成皮纳卫星的测试；
所述PXI机箱，设置多个槽位，用于集成安装零槽控制器、供配电模块板卡、测控模块板卡，零槽控制器通过PXI总线实现与PXI机箱内其他板卡的信息交互，通过TCP/IP协议与测试设计服务器进行信息交互；
所述集成式机箱，用于安装部署电源模块、PXI机箱、测试设计服务器。
2.根据权利要求1所述的方舱，其特征在于：所述测试设计服务器包括设计中心软件包、控制中心软件包、数据中心软件包，其中设计中心软件包包括基础数据库维护工具、测试设计与流程规划模块；控制中心软件包包括测试执行模块、智能判读模块、遥测遥控前端模块、方阵模拟器控制模块；数据中心软件包包括测试数据库、测试分析与评估模块；
所述基础数据库维护工具用于录用卫星型号指令、参数、判据基础信息；
测试设计与流程规划模块用于以图形化拖拽的方式构建测试流程，流程信息保存为XMAL形式的电子测试细则；
所述的测试执行模块用于自动执行上述电子测试细节，执行过程中，指令发送前后，由智能判读模块完成对相关参数的判读，并依靠预先定义的判据基础信息发出对应的提示信息；
遥测遥控前端模块负责接收测试执行模块发送的遥控指令，并将接收的遥测数据发送至测试数据库；
方阵模拟器控制模块接收地面设备操作指令，模拟卫星供电状态输出，并将方阵模拟器操作记录和状态信息发至测试数据库；
智能判读模块实时完成卫星及测试设备状态的智能判读，一旦发生异常便报警；
测试分析与评价模块用于在测试评估阶段根据存储在测试数据库中的历史数据，依据测试结果判读规则自动生成测试报表。
3.根据权利要求1所述的方舱，其特征在于：所述电源模块采用是德科技的E4261A型太阳方阵模拟器。
4.根据权利要求1所述的方舱，其特征在于：所述供配电模块采用PXI-8516数据采集卡进行卫星重要模拟量参数的采集。
5.根据权利要求1所述的方舱，其特征在于：所述调制解调板卡的调制解调功能支持扩频及USB遥测遥控体制，中频中心频率66.0～74.0MHz，遥控码速率8bps～8kbps，遥测码速率1024bps～64kbps，帧长128～1024个字节，帧同步码组长16～64位；上变频板卡支持输入频率70MHz，带宽20MHz，输出频率2.0～2.4GHz，增益控制范围0dB～30dB，下变频功能支持输入频率2.0～2.4GHz，输出频率70MHz，带宽20MHz，增益控制范围0dB～20dB。
6.根据权利要求1或5所述的方舱，其特征在于：所述测控模块采用PXI-3U调制解调板卡和RC23-02-28上下变频板卡。
7.根据权利要求1所述的方舱，其特征在于：所述PXI机箱采用NI PXIe10651机箱，槽控制器采用基于PXIe总线的嵌入式控制器NI PXIe-8133，通过PXI总线接口实现与PXI机箱各板卡的信息交互。
8.根据权利要求1所述的方舱，其特征在于：所述集成式机箱采用派力肯机架箱，采用前后机箱盖安装方式运输，通过转接面板与外部接口连接，转接面板宽度19英寸，高度2U，对外接口为7个Y2-50ZJ接口，8个N型接口，3个网口，机箱内部配备千兆24***换机，宽度19英寸，高度1U，1个KVM，宽度19英寸，高度1U，1个8插孔电源分配单元PDU，宽度19英寸，高度1U。
9.根据权利要求1所述的方舱，其特征在于：所述测试设计服务器采用戴尔R230机架式服务器，E3-1270V5处理器，双网卡，2个USB3.0端口。
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