面向批产卫星的并行模飞自动化测试系统设计与应用

李 畅，易 进，袁建富，任 迎

（长光卫星技术股份有限公司，吉林 长春 130000）

0 引言

随着商业卫星的快速发展，对卫星组网，星座建立提出了更高标准的要求，卫星制造将从“研制”向“批产”模式迈进，这对卫星的测试工作是全新的挑战。手动发送遥控指令，判读遥测状态的测试方法无法保障卫星的研制周期，消耗大量时间、人力资本，不适用于批产卫星的测试模式，须探究和开发更具竞争力的、高效的测试系统。针对批量卫星测试，相关研究人员进行了卫星通用自动化测试系统体系结构研究[1-4]，以及并行自动化测试软件设计[5-10]。

根据国内外卫星的研制流程，测试主要包括桌面联试、模飞测试、环境试验等，贯穿于卫星测试的整个周期[11]。本文针对模飞测试进行优化，打破现有的1 人1星、发送指令、遥测判读、执行确认、记录结果、数据接收、手动解图的测试方法，全面引入自动化测试系统，实现1 名测试人员完成多星并行的模飞测试，减少人员干预，提高测试可靠性以及效率，缩短测试周期。

1 模飞测试架构

模飞测试是模拟卫星各个飞行阶段的特定环境，通过长时间不间断的综合电性能测试，检验飞行程序的正确性，考核各分系统工作的稳定性，检验星上信息通道传递的可靠性，是验证卫星在轨能否正常运行的重要环节。

模飞测试的基本架构主要包括地面测试设备以及测试服务器、测试终端。测试设备包括：遥控遥测调制解调器；CAN 总线监视设备；数传数据地面接收器；PXI架构闭环模拟器；导航信号模拟器，将闭环动力学的轨道UTC 信息转换为真实的导航信号，通过射频链路连接至星上，可更好地模拟卫星的真实在轨情况。测试服务器进行遥测解析并存储在MySQL 数据库中。测试终端负责发送指令以及星上遥测状态监测。模飞测试架构图如图1 所示。

图1 模飞测试架构图

基于PXI 架构的卫星地面闭环模拟器上两个核心的组成部分，分别是Custom Device 和动力学模型。Custom Device 是根据卫星运行的接口协议编写的星上设备单机，可以看作卫星姿控部件的模拟器，用以模拟星上部件在轨运行时的状态。Custom Device 通过RT FIFO与运行在RT 上的动力学模型进行通信，动力学模型实现了空间环境的仿真。

模飞测试中，在星箭分离后，中心机通过功能模块按照一定的通信协议将命令发送到Custom Device 的执行器，模拟中心机对星上执行器的控制情况。Custom Device 执行器信息发送至动力学模型，动力学模型实现空间环境仿真，根据执行器的信息，通过空间模型的计算将得到敏感器在轨运行感知数据。动力学模型将动力学仿真的状态传递给Custom Device 中的敏感器，用以模拟卫星姿控敏感器在空间环境下的工作状态。Custom Device 敏感器按照中心机的协议通过模拟的星上物理接口将敏感器的值返回给中心机。从而完成阻尼模式及业务模式下姿控分系统的测试。

在模飞测试卫星姿态对日稳定后，对在轨业务模式及配置参数进行遍历，模拟卫星在轨姿态及载荷的执行情况，测试人员上注业务并对卫星执行时星上状态遥测进行判读，完成星上下传图像信息的数据解析，验证卫星在轨运行情况。

2 模飞自动化测试系统

模飞自动化测试系统是在模飞测试架构的基础上，通过引入自动化测试，解决业务上注、参数判读、数据接收以及图像解析四大技术难题，从根本上解放测试压力。

2.1 业务自动上注

模飞测试中业务遍历环节，当前应用的测试方法是手动填写并记录测试参数，每颗卫星都需1 名测试人员完成测试。对于批产化卫星，该方法对测试人员需求大，一致性较差，测试成本高。因此，采用业务自动上注并记录的方式，便于查询问题，极大地减少了测试人员工作量，提高测试效率。

基于LabVIEW 编写业务自动上注软件，具体上注流程为：(1)程序加载业务规划表、轨道星下点经纬度表，读取各个业务所需配置参数以及星下点经纬度信息；(2)选择上注方式，分为手动上注和自动上注两种，手动上注是只上注任意一条所选择的业务，自动上注是从所选的业务开始按可配置的时间间隔逐条顺序自动上注；(3)根据读取的相应参数配置、业务执行的UTC 时间以及该时间所对应的经纬度生成业务指令；(4)选择上注通道，遍历星上可用于上注的所有通道；(5)记录上注业务指令的原码以及业务执行时的星上UTC 时间，作为测试存档，便于问题分析；(6)读取自动化测试服务器的数据库，根据遥测数据判断业务是否上注成功，若成功，将按给定的时间间隔自动上注下一条业务，若失败，将弹出对话框提醒，并停止自动上注，待解决问题后继续上注。业务上注流程图如图2 所示。

图2 业务上注流程图

业务自动上注软件操作简便，降低操作失误概率，在硬件测试环境满足的条件下，可多颗卫星同时操作，实现1 名测试人员为多颗卫星进行业务上注，保证了批产化卫星测试一致性。软件操作界面如图3 所示，该软件已投入使用，在6 颗星并行测试中，效果显著。

图3 业务上注操作界面

2.2 遥测自动判读

业务成功上注后，需对业务执行时星上状态以及配置参数的正确性进行判读。目前常用的方式仍是人工判读，工作量较大。卫星遥测下传，在测试服务器中进行解析并存储在MySQL 数据库中，遥测自动判读程序通过ODBC 接口对遥测存储数据库进行重访，获取所需遥测解析值判读卫星状态，从而提高测试可靠性与时效性，可广泛应用到批产化卫星的测试工作中。

遥测自动判读中序列编写方式有两种：第一种是将规划业务预先定义的判读条件编写成单独序列，每一条业务对应唯一的判读序列，配置参数固定，该方法适用于卫星定型后的测试，对配置参数改动量较小；第二种是将配置参数写入Excel 表格，通过查询业务序号读取对应业务的配置参数，并根据星上状态进行判读，所有业务都使用一个判读序列的架构，该方法适用于卫星研制阶段，卫星的配置参数需不断改变，根据需求可选择不同处理方法。具体的遥测自动化判读流程为：(1)判断卫星的运行模式，当卫星为在轨待机模式时，序列跳转至无业务模式序列，对星上重点参数状态进行循环判读，当获取到卫星为业务模式时，跳转到业务判读序列；(2)跳转到业务判读序列后，获取星上UTC 时间与业务自动上注保存的业务执行UTC 时间对比，判断当前执行的业务序号；(3)根据得到的业务序号获取该业务的配置参数，从自动化测试服务器的数据库中获取星上相对应的遥测参数进行判读，从而判断该业务执行期间星上状态是否正确，若判读结果有误，序列将报错并退出，相应的测试结果形成测试报告，记录测试相应数据，(4)业务结束后将继续判读卫星的运行模式，循环上述操作。具体的遥测自动化判读流程图如图4 所示。

图4 业务判读流程图

基于TestStand 编写的遥测自动判读软件可选择测试对象数量，满足多颗卫星并行测试的需求。实现1 名测试人员监测多颗卫星运行状态，将测试人员从繁重且重复的工作中解放，集中精力解决问题。

2.3 数据自动接收

测试中的数传业务，需要数传数据地面接收器接收星上下传的图像数据，并存储在指定位置。当多颗卫星同时进行数传业务时，一名测试人员无法兼顾所有卫星数据接收状态。数据自动接收软件将替代人工操作，完成这一过程。

数据自动接收软件嵌入在遥测自动判读序列中，具体操作流程如下：(1)星上进入数传模式，软件程控地检配置速率；(2)判断地检射频链路是否锁定；(3)锁定后开始存储接收数据；(4)数传业务结束后，停止数据接收。数据自动接收流程图如图5 所示。

图5 数据接收流程图

2.4 图像自动解析

数据下传存入指定位置后，需对图像数据进行解析。多星测试并行进行，数据需批量处理。应用Python编写图像自动解析程序，提高图像解析效率，针对问题数据有效分析。

图像自动解析具体操作流程如下：(1)判定需要解析文件创建时间，忽略掉前期文件；(2)判断输入文件夹的文件是否已解析完成，根据是文件名的后缀是否带_DONE；(3)如未完成，修改deicc.xml 中文件输入输出路径；(4)调用GF03D.exe 开始解图；(5)解图完毕，修改输入输出文件的名字，加上后缀_DONE；(6)判读图像的行流水号、成像处理箱的辅助数据，查看是否存在数据丢失现象，如果有在窗口打印错误信息，同时写在GAP.txt文件中；(7)循环上述操作。图像自动解析软件如图6所示。

图6 解图及判读辅助数据

3 并行模飞自动化测试系统的应用

目前，模飞自动化测试系统已在批产卫星测试中应用。在长光卫星技术股份有限公司的高分03 批产项目中，实现了6 颗卫星进行并行模飞自动化测试从业务上注到遥测判读、从数据接收到图像解析均由1 名测试人员进行。单颗卫星每天业务测试量可达到30+，超额完成测试需求。图7 是6 颗卫星并行进行模飞测试。在测试过程中，降低了测试人员的干预，有效避免了由于人员操作失误导致的测试问题，并保证了卫星测试的一致性，进一步完善模飞测试流程。

图7 并行模飞测试系统

批产卫星6 颗并行模飞自动化测试相较于单颗卫星模飞测试，测试效率提高了66%，测试人员从6 人锐减到1 人，有效降低测试成本，缩短测试周期，顺应批产化卫星测试的发展趋势。卫星的并行模飞测试不仅对卫星测试进行纵向对比，同时也进行横向对比，使测试更加立体化，针对测试中出现的问题可多颗卫星同时进行对比，更加高效地发现并解决问题。

4 结论

基于批产卫星测试需求提出的并行模飞自动化测试系统，有效地解决测试方法与测试需求间的矛盾，实现业务自动上注、遥测自动判读、数据自动接收、图像自动解析，满足在测试人员不增加且测试设备充足的条件下可进行多颗卫星并行测试的要求。该测试系统极大地提高了测试效率，降低了测试时间及人力成本，增强了测试可靠性及一致性，加速卫星生产工业化进程。

面向批产卫星的并行模飞自动化测试系统已投入使用，在批产卫星的测试中已完成多次验证，测试效果良好，达到预期要求，可应用到各型号卫星的批产测试。