虛擬軟硬件技術(shù)在衛(wèi)星測(cè)控中的應(yīng)用

引言
衛(wèi)星研制過程的不同階段測(cè)試內(nèi)容和重點(diǎn)各不相同，初樣階段需要對(duì)接口信號(hào)做出及時(shí)判斷，正樣階段測(cè)試則強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和一致性，另外，不同測(cè)試場(chǎng)合對(duì)系統(tǒng)的靈活性要求也不同，研制階段要求測(cè)試系統(tǒng)“大而全”，發(fā)射場(chǎng)地則可以做到“小而精”，傳統(tǒng)做法是測(cè)試研發(fā)人員根據(jù)不同需求研發(fā)不同階段的測(cè)試設(shè)備，這種方法需要為測(cè)試設(shè)備耗費(fèi)不少研制經(jīng)費(fèi)和精力，硬件可靠性常常依賴于研發(fā)者的水平，更改起來也十分不便。這種方法尤其不適應(yīng)以成本低、開發(fā)周期短為特點(diǎn)的小衛(wèi)星。不同測(cè)試目的和系統(tǒng)的融合是提高測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)費(fèi)用和周期的有效辦法，虛擬儀器技術(shù)的硬件可靠性由標(biāo)準(zhǔn)硬件提供商保障，用戶根據(jù)自己的需求適當(dāng)選擇硬組件，編寫操作界面，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，可隨時(shí)根據(jù)需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行方便修改，達(dá)到不同測(cè)試目的公用一套測(cè)試系統(tǒng)的目的。
筆者用NI公司的軟硬件測(cè)控產(chǎn)品開發(fā)衛(wèi)星測(cè)試系統(tǒng)，以提高衛(wèi)星研發(fā)過程中的測(cè)試水平


圖1 基于VXI的信號(hào)分析系統(tǒng)


圖2 基于PXI的整星測(cè)試系統(tǒng)


圖3 自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的硬件體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
針對(duì)不同測(cè)試內(nèi)容和條件研制的基于虛擬儀器技術(shù)的測(cè)試系統(tǒng)主要由兩大模塊組成，一組是基于VXI的信號(hào)分析系統(tǒng)，主要針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部接口設(shè)計(jì)，功能為直接監(jiān)控被測(cè)對(duì)象的接口輸出信號(hào)，并為被測(cè)對(duì)象提供模擬輸入，控制被測(cè)對(duì)象；另一組則針對(duì)整星對(duì)外接口進(jìn)行測(cè)試，包括星上供電以及和衛(wèi)星通信等內(nèi)容。
基于VXI的信號(hào)分析系統(tǒng)主要由以下各部分組成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生器、控制服務(wù)器、電源等系統(tǒng)以及和被測(cè)對(duì)象對(duì)接的接口、隔離組件等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要分析被測(cè)對(duì)象的輸出，包括模擬量輸入、數(shù)字I/O、開關(guān)量等；激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)主要針對(duì)被測(cè)對(duì)象輸入設(shè)計(jì)，包括開關(guān)控制、模擬輸出、數(shù)字I/O輸出控制以及故障模擬等；控制服務(wù)器則對(duì)以上相關(guān)組件進(jìn)行控制，并可根據(jù)用戶需求提供故障模擬和在線分析等功能。這一部分組成如圖1，其中用到的主要組件為：VXI-1500，VXI-MXI-2，MIO-64E-1，AMC2501，SCXI-1001，SCXI-1320；軟件在LABWindows/CVI下開發(fā)。
整星測(cè)試系統(tǒng)主要基于PXI完成，針對(duì)被測(cè)對(duì)象的對(duì)外輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)試和控制，包括對(duì)整星供電從及和衛(wèi)星通信等功能。該部分組成如圖2所示。
整星測(cè)試系統(tǒng)和信號(hào)采集系統(tǒng)共用調(diào)理信號(hào)，共享軟件資源，同時(shí)，它可以通過總線產(chǎn)品完成和被測(cè)系統(tǒng)的CPU通信，間接獲取被測(cè)對(duì)象信息。PXI小巧靈活的特點(diǎn)可以使之很方便的從一種被測(cè)對(duì)象擴(kuò)展到多種被測(cè)對(duì)象，從一個(gè)測(cè)試場(chǎng)地搬運(yùn)到另一個(gè)測(cè)試場(chǎng)地，這尤其適合野外測(cè)試、車載發(fā)射測(cè)試、搭載發(fā)射等對(duì)靈活性有要求的測(cè)試場(chǎng)合。
整星測(cè)試系統(tǒng)組成如圖2，其中用到的主要組件為：XI-1011，PXI-1025，PXI-6527，SCXI-1120，SCXI-1327，SCXI1120D，SCXI-1001，SCXI-1320；軟件在LABWindows/CVI下開發(fā)。

發(fā)展目標(biāo)
根據(jù)研制需要，一種具有更大靈活性和通用性的基于虛擬儀器技術(shù)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)將極大地提高系統(tǒng)研制效率，這一系統(tǒng)具有的硬件體系結(jié)構(gòu)如圖3所示，在信號(hào)分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加控制服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和綜合測(cè)試系統(tǒng)軟件功能，并將測(cè)試數(shù)據(jù)上網(wǎng)共享。
應(yīng)用服務(wù)器由用戶根據(jù)測(cè)試需求向控制服務(wù)器提出測(cè)試申請(qǐng)，控制服務(wù)器則根據(jù)應(yīng)用服務(wù)器的申請(qǐng)直接操作硬件，應(yīng)用服務(wù)器同時(shí)根據(jù)權(quán)限通過局域網(wǎng)將系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享給不同的數(shù)據(jù)用戶。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于管理測(cè)試過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
這種系統(tǒng)的軟件分層管理，物理層為主要包含硬件信號(hào)屬性、定義等；驅(qū)動(dòng)層完成硬件信號(hào)驅(qū)動(dòng)并屏蔽硬件的差異，中間層完成硬件資源的分配；應(yīng)用層主要完成用戶交互、自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)管理、遠(yuǎn)程通信、系統(tǒng)診斷模塊。

結(jié)語
本文所述的信號(hào)分析系統(tǒng)、整星測(cè)試系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某顆實(shí)驗(yàn)星的研制，第三階段研發(fā)也在方案設(shè)計(jì)之中，系統(tǒng)的成功應(yīng)用證明了虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星測(cè)試的可行性、可靠性?！?

參考文獻(xiàn)：
1.  Ruth Moser , ‘Novel Missions for Nest Generation Microsatellites : The Results of a Joint AFRL-JPL Study’，13th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites.
2.  ‘ALS proposal for improving the effectiveness of the model and test philosophy applied by ESA’，SG PP Al0908
3.  ‘虛擬儀器白皮書’，NI公司