一種星載電子設備的通用化自動測試系統(tǒng)的設計

卞新豪，趙巾衛(wèi)，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(tǒng)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(tǒng)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(fā)達國家就開始致力于自動化測試系統(tǒng)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(tǒng)依然存在應用范圍有限、開發(fā)和維護成本過高、系統(tǒng)間缺乏互操作性、測試診斷新技術難以融入已有系統(tǒng)等諸多不足。我國航天型號自動測試系統(tǒng)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(tǒng)和VXI自動測試系統(tǒng)。開發(fā)出的相應測試系統(tǒng)主要包括：衛(wèi)星控制系統(tǒng)、衛(wèi)星整星自動測試系統(tǒng)、遙測測試系統(tǒng)、運載火箭測試系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)等[2-3]。其中專門針對衛(wèi)星載荷的自動測試系統(tǒng)相對較少。

我國現有的航天測試系統(tǒng)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(tǒng)。主要存在以下問題：1）通用性差：缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，大多采用一套測試系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)相互間不兼容，無法沿用，不同設備使用的測試系統(tǒng)無法統(tǒng)一，需重復投入，重復開發(fā)。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(tài)及復現測試環(huán)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(tǒng)，能有效提高自動測試系統(tǒng)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(tǒng)現有痼疾的一種有效途徑。

1 通用化自動測試系統(tǒng)的組成與工作原理

通用化自動測試系統(tǒng)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(yè)架構，減少了設備復雜性、縮短了開發(fā)周期、降低了成本，軟件方面采用模塊化+開放式協(xié)議的方式，利于重復使用，使系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的組成及工作原理如圖1所示。

圖1 通用化自動測試系統(tǒng)組成及工作原理

2 系統(tǒng)架構

為滿足通用性及復用性，通用化自動測試系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)、數傳分系統(tǒng)等系統(tǒng)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(yè)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(fā)，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(zhí)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(xié)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(xié)議進行協(xié)議編輯，并存入協(xié)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(xié)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(tǒng)實現通用化設計的核心為協(xié)議編輯軟件，根據開放式的協(xié)議自動生成用戶所需的界面，實現多種不同協(xié)議之間的重新配置，如圖4所示。

圖2 自動測試系統(tǒng)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(xié)議編輯軟件上對被測設備的協(xié)議進行重新編輯，然后將協(xié)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(xié)議進行。

地檢驅動軟件接收到被測設備發(fā)送的數據，將不同的數據根據協(xié)議進行分類后，送至顯控軟件，顯控軟件根據加載的協(xié)議數據報文包頭包尾判斷所屬協(xié)議內容，并調用數據庫中對應的協(xié)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(xié)議編輯軟件中設計了幾種常規(guī)的字段格式：

圖4 協(xié)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(jié)：有效字段所占的字節(jié)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(tǒng)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(lián)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(guī)劃功能，在任務規(guī)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(guī)定了執(zhí)行的時間、執(zhí)行的指令類型等，如圖6所示。軟件采用C#的動態(tài)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(fā)送指令命令顯控軟件將指令發(fā)送至驅動軟件進行執(zhí)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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?yōu)椴⑿袦y試流程，節(jié)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(tǒng)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(tǒng)，通過開放性硬件及軟件設計，滿足并適應了不同衛(wèi)星型號的測試需求，且具備一套測試系統(tǒng)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(yōu)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。