卫星并行测试中测控前端通用化设计

李文霁 曾鸿 任光杰 韩立明

(航天东方红卫星有限公司，北京 100094)



卫星并行测试中测控前端通用化设计

李文霁 曾鸿 任光杰 韩立明

(航天东方红卫星有限公司，北京 100094)

为了提高卫星测试效率、降低卫星测试成本，提出了一种并行测试的卫星测控前端通用化设计方案。卫星测控前端采用通用化数据结构，可满足多颗不同卫星并行建立独立数据流的需求；采用通用数据处理流程和通用的模块化接口封装方法，同类功能模块采用统一接口，数据处理流程通过动态选择相应的功能模块完成不同测试状态下的卫星测试工作。实际应用结果表明，卫星测控前端通用化设计在多颗不同卫星并行测试过程中，能有效降低设备成本，减少人员数量需求。

卫星并行测试；测控前端；通用化设计

1 引言

多类型、小批量、并行生产、密集发射已经成为卫星技术发展的重要趋势，传统的卫星测试方式已经无法满足“一箭多星”、卫星组网等批量被测卫星(Satellite Under Test，SUT)的测试需要。为了有效降低成本、减少测试时间，卫星并行测试技术受到了普遍关注。

1996年，在美国国防部自动测试系统执行局(DoD ATS EAO)的协调下，美军与工业界联合提出了下一代自动测试系统Nx-Test的体系结构，并行测试技术被列为关键技术之一。经过多年发展，并行测试技术已经突破了长周期和多次数测试的局限，具备了满足卫星批量化研制生产的能力。国内的卫星并行测试技术起步较晚，文献[1]作为早期的并行测试研究之一，主要探讨并行测试的总体要求和发展方向。文献[2-6]中分别对并行测试的典型网络拓扑、数据协议约束和相应的数据管理方法、任务调度算法等方面进行了研究。

我国卫星领域的地面综合测试系统是借鉴欧洲航天局(ESA)的欧洲测试操作语言(European Test Operational Language，ETOL)系统的理念自行设计形成的，与国外测试系统体系结构基本相似。卫星测试大多以传统卫星测试团队的形式开展，每颗卫星有着固定的测试人员，造成了大量的人员浪费。卫星测控前端作为地面综合测试系统与卫星的主要数据接口之一，负责测控数据的采集和预处理。其通用化设计能够实现卫星并行测试中测控岗位的集中化操作管理，能有效降低设备成本，减少测试人员数量需求。目前，国内针对测控前端的通用化研究还比较少，且仅集中在对测控硬件设备的改进设计上[7-8]。

本文提出了一种适应卫星并行测试的通用化测控前端设计方案(不含基带设备)，与国内传统测控前端进行了比较分析，提出了数据结构通用化、数据处理流程通用化、数据处理接口通用化的设计方法，并在实际应用中验证了本文设计在卫星并行测试中的优势。

2 通用化测控前端与传统测控前端的对比

测控前端的基本功能是接收基带设备遥测数据，根据相关协议进行数据处理并发送至实时数据库，以及接收主测试计算机(MTP)遥控指令，根据相关协议进行数据处理并发送至基带设备。在传统测控前端设计的基础上，本文设计了一种通用化测控前端，进行了通用化数据结构设计和通用化数据处理流程设计。图1给出了通用化测控前端和传统测控前端的设备对比示意，传统测控前端的主要功能模块是针对特定卫星及特定测试设备设计的，每颗卫星测试要配备一个特定的测控前端，很难适应其他测试状态(如不同的遥控加密方式、遥测解密方式和地面测试设备等)。通用化测控前端采用通用化的数据结构和数据处理流程，兼容了种类繁多的测试设备和不同的卫星数据协议，并能将不同测试状态下的功能模块进行统一接口封装(如图1中“加解密模块1～n4”)，根据测试状态需要动态选择各个功能模块，适用于现有的所有卫星测试。另外，通用化数据结构引入卫星模块，使通用化测控前端能够同时应用于多颗卫星的并行测试工作中。通过上述设计，测控岗位人员在卫星并行测试中可以对多个卫星测试工作进行集中化操作管理，有效地降低了对人员数量的需求和对设备数量的需求，提高了不同卫星测试之间测试设备的可调配性。

注：n1～n4分别为卫星模块、通信协议模块、数据解析模块和加解密模块数量。图1 通用化测控前端与传统测控前端结构对比Fig.1 Comparative analysis between universal structure and traditional structer for TT&C front-end

3 通用化测控前端设计方案

3.1 数据结构通用化

树是最常用的一种数据结构[9]，具有结构简单、层次清晰等优点。树通常采用递归的方法定义，由树根节点及若干个子树节点组成，每个子树节点也可以有若干个自己的子树节点。当一个节点不存在自己的子树节点时，被称为叶节点，存在子树节点的则被称为枝节点。为了满足图1中的数据结构通用化特性，屏蔽不同卫星之间的参数差异，本文设计了一种针对卫星测控的通用树型数据结构，用来存储卫星测试所覆盖的所有遥测前端参数、遥控前端参数和实例。在多颗不同卫星并行测试时，这种设计能够有效建立若干条独立数据流，非常适用于并行测试。如图2所示，树型结构中各节点如下。

(1)卫星节点：叶节点，存储卫星的所有可变遥测遥控参数；

(2)基带设备节点：叶节点，存储基带设备的所有可变参数；

(3)MTP节点：叶节点，存储MTP的所有可变参数；

(4)策略节点：枝节点，包含卫星节点、基带设备节点、MTP节点各一个，用于存储一颗卫星测试所需要的所有参数、各类所需实例；

(5)策略组节点：枝节点，包含一组策略节点，用于存储单个测试任务中所有卫星的参数和各类所需实例；

(6)测试任务节点：枝节点，包含一个策略组节点，存储该测试任务所有信息、实例；

(7)测试任务管理节点：根节点，包含一组测试任务节点，用于管理所有测试任务信息。

图2 通用化数据结构树状图Fig.2 Tree of universal data structure

卫星节点存储了一颗卫星所有可变遥测参数和遥控参数，任何卫星可以根据此卫星的数据规范文件配置出合适的卫星节点，从而屏蔽不同卫星之间的参数差异；类似的，基带设备节点、MTP节点分别用于屏蔽不同基带设备、MTP所产生的差异。

每个策略节点聚合一个卫星节点、一个基带设备节点和一个MTP节点，策略实例提供卫星的对外操作接口；策略组节点包含多个策略节点，而一个测试任务节点聚合一个策略组节点，用于支持单个测试任务下的多星并行测试；测试任务管理节点包含多个测试任务节点，从而满足多测试任务并行测试的需要。测试任务节点实例还可以实现星座模式的对外接口，从而支持星座模式下的测试工作。

3.2 数据处理流程通用化

不同卫星测试所采用的基带设备类型、加解密方式等测试状态都可能存在较大差异，这些测试状态差异导致数据处理方法有着很大的不同，图1中采用了通用数据处理模块屏蔽这些差异。通用化数据处理设计，主要针对所有卫星类型和所有测试状态类型的测控前端数据处理过程和数据传输过程，提取通用的数据处理流程，并不涉及具体的数据处理方式。

数据处理流程的通用化设计，主要针对遥测数据处理流程和遥控数据处理流程。遥测数据处理通用流程如图3(a)所示，测控前端软件首先从基带设备中接收原始遥测数据；然后对原始遥测数据进行有效性分析，并丢弃不合法的遥测数据；随后提取遥测数据帧，并对遥测数据帧进行解密；最后过滤掉其他卫星测试产生的串扰数据，并向总控网进行广播。遥控数据处理流程如图3(b)所示，测控前端软件首先从MTP接收原始指令，并判断指令的有效性，过滤掉不合法指令；然后对原始指令进行数据处理，并进行指令加密；随后向基带设备发送最终指令，并等待基带设备的指令发送成功反馈信息；最后向MTP反馈指令发送成功信息。

不同基带设备发出的原始遥测数据格式和需要接收的遥控指令格式、数据处理方法有着明显区别，加密方式、解密方式的不同也严重影响数据处理方法。经过数据处理流程通用化设计，在任意测试状态下都只须根据测试状态参数选择具体的数据处理方法类型，并不会影响数据处理流程的通用性，因此该设计在任意测试状态下都具备通用性和可复用性。

图3 数据处理通用化流程Fig.3 Flow of universal data processing

3.3 数据处理接口通用化

数据处理通用化流程在调用具体数据处理接口时，需要同类数据处理接口能够以统一的对外接口暴露。数据处理接口通用化设计是对图1中各类数据处理模块进行规范性设计，以避免不同测试状态导致的接口不一致。对于数据处理接口的通用化，本文采用设计模式中经典的工厂模式和策略模式的组合方式，利用工厂模式提供统一对外接口，以实现数据处理接口的可复用性，降低了数据处理通用化流程中分支结构的使用率；利用策略模式实现不同测试状态下所需的数据处理方法，并具有高效的扩展性，能够快速适应新的测试状态。对于数据处理方法的通用化，主要采用数据解析、遥控指令加密、遥测数据解密3个模块，均以动态链接库(dll)的形式对外暴露，因此对新数据处理方法的扩展仅仅更换dll，而并不必更改可执行文件(exe)，可有效提高测控前端软件的可维护性。表1列出了3个模块所需要提供的主要接口和相关功能说明。

表1 通用化数据处理方法的主要接口

4 在并行测试中的应用

8颗卫星并行测试的岗位分布情况如图4所示，与传统测试模式相比，通用化测控前端使测控前端岗位摆脱了原来仅局限在某单一卫星测试的严格约束。在采用通用化测控前端设计后，测控前端的各种设备可以统一放置到机房，测控前端岗位人员在测控电测间对测控前端软件进行操作，完成卫星的测试设备参数设置和测试链路建立。在并行测试中，此设计有效地降低了测试成本，使测控岗位所需人数从原有的至少8人下降到2～3人，测控前端计算机需求从之前的8台下降到1台。

由于通用化测控前端适用于任何卫星测试，测控前端人员可以仅通过一个测控前端人机交互软件建立多个卫星节点，完成同项目中多颗卫星的测试链路建立，也可以建立多个策略节点，完成多项目中每颗卫星的测试链路建立，因此有效地减少了测试准备工作，提高了测试效率。

通用化测控前端设计能够为测控设备集中放置创造条件，有利于测试间进一步规范化建设，为今后完整实现卫星批量测试奠定了必要的基础。随着并行测试技术的不断发展，各测试岗位将能够从独立的卫星测试中脱离出来，实现真正意义的卫星批量测试。

图4 多星并行测试岗位分布示意Fig.4 Distribution of multi-satellite parallel test

5 结束语

为了满足卫星批量化生产、测试的发展需要，本文提出了一种卫星并行测试的测控前端通用化设计方法。通用化测控前端软件已经成功应用到卫星测试和发射任务中，完全满足并行测试的需要，产生了非常明显的效益：①不受卫星数量限制，测控岗位能够实现集中化测试操作和设备管理，降低对测试人员、测试设备的需求量；②适用于国内所有在用基带设备类型，实现了不同卫星之间不同类型基带设备的可调配性。

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(编辑：夏光)

TT&C Front-end Universal Design for Satellite Parallel Test

LI Wenji ZENG Hong REN Guangjie HAN Liming

(DFH Satellite Co. Ltd.,Beijing 100094,China)

To improve efficiency and reduce the cost for satellite test,this paper provides a TT&C front-end universal design for satellite parallel test，designs a universal data structure to meet the needs of establishing independent data stream for different satellites parallel test，and gives a universal data processing flow and a universal method to package interfaces.Similar function modules adopt unified interfaces,and the data processing flow dynamically selects appropriate modules to achieve test items in different test states.Practical application result shows that the design reduces device cost and personnel needs for different multi-satellites parallel test.

satellite parallel test； TT&C front-end； universal design

2014-12-25；

2015-04-07

李文霁，男，博士，工程师，从事卫星测试、测试系统研制工作。Email:liwenji1986@126.com。

V416.8

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2015.06.019