辛峰 林型勇 黃艷軍

摘要：該論文簡述天地對接遙控設(shè)備的特點和遙控設(shè)備測試技術(shù)在保證遙控設(shè)備成功研制過程中的重要作用。介紹了天地對接遙控設(shè)備的測試模式、測試數(shù)據(jù)源、測試數(shù)據(jù)的可靠性保證和測試設(shè)備的實現(xiàn)。保證設(shè)備各功能和性能的自動化、全覆蓋測試，以滿足空間飛行和交會對接要求。

關(guān)鍵詞：遙控； 全覆蓋測試； 自動化測試

中圖分類號：TP3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）11-0226-03

Testing Technology for Space Ship Telecommand Device

XIN Feng， LIN Yin-yong， HUANG Yan-jun

（Academic Institute of Shanghai Aerospace Electronic Technology， Shanghai 201109， China）

Abstract： This paper briefly describes the characteristic of space ship telecommand devices and the importance of testing technology which ensures the succeed in the development of telecommand devices， introducing the testing model， the testing data source， reliability of the data source and the implementation of the testing device which ensures all covering testing of the telecommand devices to meet all requirement of the successful space tasks.

Key words： telecomamnd； All covering testing； automatic testing

1 前言

遙控設(shè)備是天地對接測控上行信道中的關(guān)鍵設(shè)備，是執(zhí)行上行遙控注數(shù)和直接指令控制的關(guān)鍵單元單機。要保證遙控設(shè)備的成功研制，除在方案，電路設(shè)計，元器件選用等方面的綜合考慮外，對設(shè)備的功能和性能的全覆蓋測試也是必不可少的。天地對接遙控設(shè)備的主要特點是通道多，接口多，數(shù)據(jù)種類多和高可靠。其功能主要包括解調(diào)、譯碼、解密、注數(shù)、直接指令控制、轉(zhuǎn)發(fā)、明密切換等多種功能。為保證上述功能和多通道的全覆蓋測試，遙控測試設(shè)備需模擬多種數(shù)據(jù)輸出、各種執(zhí)行工況和故障模式，同時接收遙控設(shè)備執(zhí)行后的相應(yīng)輸出結(jié)果進行分析，以測試遙控設(shè)備功能正確性和性能的可靠性。保證飛船遙控設(shè)備的各項功能和性能指標(biāo)符合飛行任務(wù)要求。

2 測試模式

遙控設(shè)備分為運輸飛船遙控設(shè)備和目標(biāo)飛行器遙控設(shè)備。前者的輸入通道有應(yīng)答機a/b、S中繼和Ka中繼；輸出接口有直接指令，用戶數(shù)據(jù)、空空轉(zhuǎn)發(fā)和遙測數(shù)據(jù)。后者的輸入通道有應(yīng)答機a/b、S中繼、空空和AOS；輸出接口有直接指令，用戶數(shù)據(jù)和遙測數(shù)據(jù)。每套遙控設(shè)備都各自有三臺單機組成。因此除了上述通道接口外，單機間還存在接口即遠(yuǎn)置接口。為全面測試上述多通道和多接口，將遙控設(shè)備的測試分為以下四種測試模式。

圖1 天地對接遙控設(shè)備示意圖

2.1 單通道測試模式

單通道控制模式是空間飛行任務(wù)中對遙控設(shè)備最常態(tài)的控制模式，因此，單通道測試為遙控設(shè)備測試中最重要的測試之一。單通道測試模式即分別測試遙控設(shè)備中各個通道上行輸入數(shù)據(jù)時，船上或器上遙控設(shè)備的功能和性能。主要包括：容錯功能、指令譯碼功能、數(shù)據(jù)注入功能、明密切換功能、自定義數(shù)據(jù)執(zhí)行、密鑰更換、空空數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能；和指令誤碼率，數(shù)據(jù)誤碼率，指令干擾毛刺，空空強度等性能的測試。另外，為測試遙控設(shè)備對數(shù)據(jù)的相應(yīng)時間和對同一通道上連續(xù)注入數(shù)據(jù)的相應(yīng)情況，單通道測試模式下，模擬數(shù)據(jù)源的發(fā)送時間間隔需實時可控。如圖2所示，遙控設(shè)備的執(zhí)行情況通過后端接口輸出，測試設(shè)備回收輸出數(shù)據(jù)并分析，以此來判斷遙控設(shè)備的功能和性能是否符合規(guī)定的要求。

圖2 遙控設(shè)備測試示意圖

2.2 多通道測試模式

對遙控設(shè)備的多通道控制為非常態(tài)的控制，一般發(fā)生在兩個遙控區(qū)域的交叉區(qū)域或通過不同通道發(fā)送不同類型的數(shù)據(jù)等一些誤操作。多通道測試主要測試遙控設(shè)備對正確控制模式下多通道輸入數(shù)據(jù)的響應(yīng)功能和性能，和在誤操作模式下，遙控設(shè)備可能出現(xiàn)的各種工作狀態(tài)和執(zhí)行情況的變化和對錯誤操作的提示，及錯誤操作后，遙控設(shè)備執(zhí)行狀況的恢復(fù)性和健壯性。

多通道測試通過遙控測試設(shè)備模擬并發(fā)送兩個或多個通道向遙控設(shè)備同時或錯時發(fā)送相同或不同類型數(shù)據(jù)，如指令、數(shù)據(jù)、密切明、密鑰、自定義數(shù)據(jù)等。以測試遙控設(shè)備的各種響應(yīng)情況。以保證遙控設(shè)備在各種正確或錯誤操作模式下的可測、可復(fù)現(xiàn)、可控制。保證遙控設(shè)備的正常工作。同時為更精確地控制各個通道上數(shù)據(jù)的發(fā)送時間，遙控測試設(shè)備需保證各通道上時間可實時精確控制。

2.3 自動化測試模式

遙控設(shè)備在執(zhí)行空間飛行任務(wù)時，保證上行鏈路的暢通是至關(guān)重要的，對各個通道輸入的不同類型的數(shù)據(jù)遙控設(shè)備必須在保證指標(biāo)的情況下成功執(zhí)行。鑒于這樣的實際要求，測試設(shè)備要能夠?qū)b控設(shè)備提供長時間、無人看守的自動化測試。以保證在持續(xù)不斷的激勵下遙控設(shè)備仍然能夠正常工作，以保證其健壯性。

自動化測試還能保證遙控設(shè)備在進行力學(xué)試驗、熱學(xué)試驗、綜合應(yīng)力試驗、電磁兼容式樣等各種長時間試驗過程中，進行長時間、自動化的測試和驗證，能夠保證各項單機試驗任務(wù)的順利完成。

此外，在測試誤指令，漏指令概率和注入數(shù)據(jù)誤碼率時，自動測試模式可以保證持續(xù)的數(shù)據(jù)源的發(fā)送和自動接收、比對遙控設(shè)備的執(zhí)行結(jié)果，自動計算出出錯和遺漏的概率。因此，自動化測試模式對遙控設(shè)備的試驗和性能測試是必不可少的。

通過下行遙測實時監(jiān)視遙控指令執(zhí)行情況或數(shù)據(jù)注入是否成功，并能對所有遙控指令或注入數(shù)據(jù)均進行實時顯示和歸檔，歸檔信息包括指令/數(shù)據(jù)幀內(nèi)容、發(fā)送時間信息（記錄到毫秒級）、自環(huán)比對結(jié)果及遙測驗證結(jié)果等。對遙控設(shè)備長時間高可靠性指令與數(shù)據(jù)遍歷試驗提供了全自動化的測試手段，大大縮減了產(chǎn)品的設(shè)計周期，提高遙控產(chǎn)品的可靠性。

2.4 遠(yuǎn)置單元測試模式

運輸飛船遙控設(shè)備和目標(biāo)飛行器遙控設(shè)備都包含三臺單機即一臺遙控解調(diào)器和兩臺指令譯碼單元。遙控解調(diào)器對指令譯碼單元具有控制接口。在遠(yuǎn)置單元測試模式下可對該接口進行測試。

遙控解調(diào)器將無法譯碼執(zhí)行的指令輸出送遠(yuǎn)置單元譯碼執(zhí)行。測試設(shè)備可通過接收和解析遙控解調(diào)器的轉(zhuǎn)發(fā)指令源碼，以測試遙控解調(diào)器的指令譯碼功能是否符合要求。此外，測試設(shè)備可模擬遙控解調(diào)器對指令譯碼單元的激勵，以測試指令譯碼單元的指令譯碼和執(zhí)行情況及驗證其誤指令和漏指令指標(biāo)是否符合技術(shù)要求。

3 測試數(shù)據(jù)源

3.1 數(shù)據(jù)源種類

在以上的四種測試模式中，測試設(shè)備都要模擬激勵數(shù)據(jù)源。需要模擬的數(shù)據(jù)源有明指令、密指令（包含加密序列）、密切明指令、注入數(shù)據(jù)、初始密鑰、更換密鑰、逃逸指令、自主指令和自定義數(shù)據(jù)。在交會對接中，運輸飛船遙控設(shè)備除了能執(zhí)行自己的指令、數(shù)據(jù)和明密狀態(tài)操作外，還要能識別和轉(zhuǎn)發(fā)目標(biāo)飛行器的遙控指令、數(shù)據(jù)和明密狀態(tài)操作數(shù)據(jù)。在測試這一功能時，除分別發(fā)送運輸飛船遙控設(shè)備自己的數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)外，還要測試兩個設(shè)備的組合數(shù)據(jù)發(fā)送時，對遙控設(shè)備的空空轉(zhuǎn)發(fā)強度進行測試，如圖3所示?？紤]到組合模式有十多種，將該種數(shù)據(jù)源用自定義數(shù)據(jù)模擬。

圖3 空空強度測試示意圖

密指令數(shù)據(jù)中的加密序列、初始密鑰和更換密鑰數(shù)據(jù)都需要加密機實時提供，其他數(shù)據(jù)可以預(yù)注到遙控測試設(shè)備中，如圖4所示。因此模擬數(shù)據(jù)源可分為實時數(shù)據(jù)源和可預(yù)注數(shù)據(jù)源。實時數(shù)據(jù)源在邏輯控制上對實時性的要求更強，因此邏輯的控制比預(yù)注數(shù)據(jù)更為復(fù)雜。

圖4 測試連接圖

3.2 數(shù)據(jù)源可靠性保證

完成對遙控設(shè)備的可靠測試，首先需保證遙控測試設(shè)備的數(shù)據(jù)源的可靠性。遙控測試設(shè)備的數(shù)據(jù)源通過測試電腦生成，測試電腦將數(shù)據(jù)源和控制參數(shù)加載到遙控測試設(shè)備中，測試設(shè)備根據(jù)控制參數(shù)完成對模擬數(shù)據(jù)源的控制發(fā)送?？刂茀?shù)包括：測試遙控設(shè)備選擇（運輸飛船遙控設(shè)備和目標(biāo)飛行器遙控設(shè)備選擇）、發(fā)送通道選擇、發(fā)送數(shù)據(jù)類型選擇、發(fā)送時間間隔設(shè)置，發(fā)送頻率設(shè)置（2kHZ、4kHZ、8kHZ、16kHZ、32kHZ）、發(fā)送方式選擇（循環(huán)發(fā)送、單次發(fā)送、單個數(shù)據(jù)發(fā)送、多個數(shù)據(jù)級聯(lián)發(fā)送）。

圖5 數(shù)據(jù)發(fā)送回收示意圖

保證發(fā)送出數(shù)據(jù)的正確性，在遙控測試設(shè)備中設(shè)計了回收電路，如圖5所示?；厥针娐吩跍y試設(shè)備受控發(fā)送的同時從發(fā)送通道回收還原發(fā)送的數(shù)據(jù)，將回收的數(shù)據(jù)與要求發(fā)送的數(shù)據(jù)源比較。將比較結(jié)果、回收數(shù)據(jù)和回收的通道信息等回發(fā)至測試電腦保存和顯示，通過查看顯示或保存內(nèi)容可以判定發(fā)送數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容，從而保證了發(fā)送的數(shù)據(jù)源的可靠性。

4 測試設(shè)備的實現(xiàn)

遙控測試設(shè)備的數(shù)據(jù)類型多，數(shù)據(jù)交互頻繁，實時要求較高等特點，硬件的控制部分采用FPGA邏輯控制，數(shù)據(jù)源由測試計算機生產(chǎn)，測試計算機與控制邏輯之間使用數(shù)據(jù)傳輸速度較高的通用串口總線USB。如圖6所示，遙控測試設(shè)備受控于控制計算機，所有的控制和測試結(jié)果的顯示、分析都通過控制計算機的應(yīng)用軟件完成。應(yīng)用軟件用面向?qū)ο髮ο蟮腃語言編寫完成。與控制計算機協(xié)同工作的由加密機，USB接口邏輯，F(xiàn)PGA邏輯和接口電路。加密機由具有相應(yīng)密級資質(zhì)的單位單獨設(shè)計生產(chǎn)。USB接口芯片采用CYPRESS的FX2系列的68013芯片實現(xiàn)，該芯片內(nèi)嵌USB總線控制邏輯和優(yōu)化的8051單片機CPU，USB的接口邏輯由C51語言編寫完成。FPGA的邏輯由硬件描述語言Verilog編寫完成。上述四個模塊協(xié)同工作可完成對遙控設(shè)備的功能和性能的全覆蓋測試。

在接口的實現(xiàn)上，應(yīng)答機a/b采用PSK相位調(diào)制的信號形式，采用DDS數(shù)字調(diào)制將信息調(diào)制至副載波，再用D/A轉(zhuǎn)換器平滑波形。在回收比對時，采用遙控中的關(guān)鍵技術(shù)，同步鎖相解調(diào)，提取信息。中繼、AOS和空空接收采用RS422標(biāo)準(zhǔn)接口，在實現(xiàn)上采用專用芯片26C31和26C32實現(xiàn)信號的驅(qū)動發(fā)送和回收。指令和數(shù)據(jù)接口為OC電路采用5V電壓上拉接收，用帶斯密特觸發(fā)器功能的芯片濾除可能的毛刺并整形。遙測量是典型的四線制接口，采用54125總線緩存控制隔離芯片實現(xiàn)。遠(yuǎn)置單元接口采用OC門電路，OC門信號驅(qū)動芯片采用SG2003芯片實現(xiàn)，接收采用采用5V電壓上拉接收，用帶斯密特觸發(fā)器功能的芯片濾除可能的毛刺并整形。

此外對于遙控設(shè)備接口波形，電流，跨接電阻等電性能的測試還要借助于專用的測試儀器儀表，有時對于精度要求較高的測試，還需要借助特殊的測量儀器。然而，遙控測試設(shè)備在遙控設(shè)備的研制、生產(chǎn)、調(diào)試和試驗的過程中起到了不可替代的作用，保證了空間飛行任務(wù)的順利圓滿完成。

圖6 遙控測試設(shè)備原理框圖

5 結(jié)論

從載人航天二期工程啟動到首次交會對接任務(wù)的成功，遙控設(shè)備都出色地完成了空間飛行和交會對接任務(wù)。遙控設(shè)備在空間的出色表現(xiàn)，與研制、生產(chǎn)、試驗過程中的全面可靠的模擬測試是密不可分的。遙控測試設(shè)備為遙控設(shè)備的成功研制、交付和發(fā)射一路保駕護航，努力將所有可能存在的故障和潛在風(fēng)險及早地測試出來，將問題及早地暴露、解決。確保發(fā)射、空間飛行、交會對接等一系列任務(wù)的圓滿成功。

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