一種星載電子設備的通用化自動測試系統的設計

卞新豪，趙巾衛，方 猛，夏宇垠，許 猛

（中國航天科工集團8511研究所，江蘇南京 210007）

0 引言

星載設備通用化自動測試系統是使用計算機代替人工操作，按照預定的程序，控制和管理被測載荷的地面儀器設備。測試系統能對信號激勵、信號采集、信號測量實施控制，對測試信息進行處理、判讀和記錄，并給出測試結果報告[1]。

從20世紀80年代中后期開始，以美國為代表的西方主要發達國家就開始致力于自動化測試系統的通用化，并逐步形成了以軍種為單位的通用化系列標準。但是目前通用自動化測試系統依然存在應用范圍有限、開發和維護成本過高、系統間缺乏互操作性、測試診斷新技術難以融入已有系統等諸多不足。我國航天型號自動測試系統從20世紀80年代初開始研制，至今主要經歷了2代：CAMAC自動測試系統和VXI自動測試系統。開發出的相應測試系統主要包括：衛星控制系統、衛星整星自動測試系統、遙測測試系統、運載火箭測試系統、仿真系統等[2-3]。其中專門針對衛星載荷的自動測試系統相對較少。

我國現有的航天測試系統多為人工參與程度較高的簡單通用測試平臺，或為僅供某一特定型號使用的測試系統。主要存在以下問題：1）通用性差：缺乏統籌規劃，大多采用一套測試系統對應一套被測設備的模式，無法適應一對多的方式。若一套測試系統可同時控制測試多套被測設備，則可以縮減測試時間，減少測試人員。2）兼容性差，沿用性差：測試系統相互間不兼容，無法沿用，不同設備使用的測試系統無法統一，需重復投入，重復開發。3）人工參與程度高：設計師測試工作量大，并且人為失誤也會影響對被測設備功能性能的判斷。4）指令遍歷性不夠：指令受人為因素影響過高，無法遍歷所有指令，導致測試覆蓋性不夠。5）痕跡回溯性差：測試痕跡、測試時間、測試內容事后匹配程度差，無法回溯測試狀態及復現測試環境。

本文設計了一種基于開放式硬件和軟件設計的通用化自動測試系統，能有效提高自動測試系統的通用性、復用性、測試覆蓋性及自動化程度，是解決航天測試系統現有痼疾的一種有效途徑。

1 通用化自動測試系統的組成與工作原理

通用化自動測試系統的研制，基于“開放式、模塊化”的設計思想，硬件方面采用標準的商業架構，減少了設備復雜性、縮短了開發周期、降低了成本，軟件方面采用模塊化+開放式協議的方式，利于重復使用，使系統具有很好的互操作性和可移植性[4-5]。通用化自動測試系統主要由地檢硬件和地檢軟件構成，其中地檢軟件又可分為地檢驅動軟件、顯控軟件及自動控制測試軟件。

通用化自動測試系統的組成及工作原理如圖1所示。

圖1 通用化自動測試系統組成及工作原理

2 系統架構

為滿足通用性及復用性，通用化自動測試系統采用開放式架構來實現。

2.1 硬件架構設計

通用化自動測試系統的硬件平臺為地檢設備（以下稱“地檢硬件”），主要起上傳下達的作用，其主要功能為模擬整星星務管理系統、數傳分系統等系統功能，對被測載荷完成控制、遙測、數據下傳等功能，檢驗被測載荷的功能性能是否正常。

地檢硬件基于市面上常用的商業架構——PXIe總線架構進行構建。采用模塊化的方案來實現相關信號的收發，所有模塊均安裝在9槽的PXIe機箱中，由機箱的控制器通過PXIe總線完成對模塊化儀器的控制及采集數據的讀取，并提供各種總線接口，不同項目根據需要加插不同板卡。地檢設備硬件主要受地檢驅動軟件的控制及調用。

2.2 軟件架構設計

軟件平臺按照功能可分為3種可執行軟件，分別為地檢驅動軟件、顯控軟件及自動控制測試軟件。

3種軟件之間的工作流程如圖2所示。

軟件按照分層的方法進行設計，主要包括應用層、協議引擎、庫函數、驅動程序四層，如圖3所示。

顯控軟件和自動測試軟件為應用層面軟件，主要針對不同被測設備的不同協議進行協議編輯，并存入協議數據庫中，使用過程中從數據庫進行調用，地檢驅動軟件為調用庫函數，調配各板塊驅動運行方式。所有的軟件采用開放式協議方式，可由不同的設計師自行修改及分配。

2.3 通用化設計基礎

系統實現通用化設計的核心為協議編輯軟件，根據開放式的協議自動生成用戶所需的界面，實現多種不同協議之間的重新配置，如圖4所示。

圖2 自動測試系統工作流程圖

圖3 軟件架構原理框圖

當更換被測設備后，在協議編輯軟件上對被測設備的協議進行重新編輯，然后將協議存儲至SQLITE數據庫，保存為DB文件，各軟件在初始化過程中加載DB文件，并且將數據庫中映射信息加載至控件的隱藏彈窗屬性中，實現軟件的加載，如此則可滿足不同課題的不同協議進行。

地檢驅動軟件接收到被測設備發送的數據，將不同的數據根據協議進行分類后，送至顯控軟件，顯控軟件根據加載的協議數據報文包頭包尾判斷所屬協議內容，并調用數據庫中對應的協議數據包進行數據解析，如圖5所示，在解析過程中為滿足通用化使用，特在協議編輯軟件中設計了幾種常規的字段格式：

圖4 協議編輯軟件主界面

圖5 顯控軟件主界面

1）偏移：字段相對包頭的偏移（即從包頭開始第幾個有效含義）；

2）所占字節：有效字段所占的字節位數；

3）解算方式：有效字段的類型（位表示、固定值、變長消息標識符等）；

4）屬性：有效字段的屬性（即該字段表示的含義）。

2.4 自動化測試的基礎

系統實現自動測試的基礎即自動測試軟件，自動測試軟件通過聯動顯控軟件及驅動軟件，同時控制信號源或頻譜儀來實現智能化自動控制，為滿足自動測試軟件能按照預設的時間和指令方式運行，專門設計了任務規劃功能，在任務規劃中加入了指令測試鏈表，以時間軸作為基線，進行靈活配置。每個指令鏈規定了執行的時間、執行的指令類型等，如圖6所示。軟件采用C#的動態腳本編譯技術實現，測試線程啟動后會解析測試鏈表中的每一個測試步驟，根據指令類型控制信號源或者頻譜儀的設置，同時發送指令命令顯控軟件將指令發送至驅動軟件進行執行，顯控軟件接收回饋的數據進行解析，最后根據測試要求自動生成測試結果，完成測試。

圖6 自動測試軟件指令測試鏈表

3 應用效果

目前，通用化自動測試系統已成功應用于多種型號的星載載荷研制測試過程中，從實際應用情況來看，該系統具有以下幾項顯著效果：

1）適應了不同型號課題的測試需求，減少了資金及人力的重復投入；

2）具備了單套測試系統對多臺套被測載荷同時進行控制處理的功能，大幅提高了測試效能，原多臺套被測載荷線形測試流程轉變為并行測試流程，節約了50%以上的測試時間；

3）實現了智能化、無人化、并行測試后，可減少50%以上的測試人員，且大幅降低了測試工程師的工作強度；

4）提高了測試覆蓋性及指令的遍歷性，實現了對指令自我判讀的功能，減少了人為誤判現象；

5）保護了被測載荷的正常運行，在被測載荷非正常運行情況下能自動報警，極端情況下可根據預設定的處理方式對被測載荷進行關機，實現對被測載荷的保護。

4 結束語

針對我國現有的航天測試系統通用性差、兼容性差、人工參與程度高、指令遍歷性不夠、痕跡回溯性差等諸多問題，本文設計了一種基于星載設備的通用化自動測試系統，通過開放性硬件及軟件設計，滿足并適應了不同衛星型號的測試需求，且具備一套測試系統對應多套被測設備的功能，在測試時間、人力資源和資金投入上具有明顯的優勢，使用過程中取得了較好的效果。該設計對構建航天自動測試體系具有一定的參考價值。