李宏亮 譚征

(中國空間技術(shù)研究院載人航天總體部，北京 100094)

地面測試設(shè)備(Electrical Ground Support Equipment，EGSE)是航天器綜合測試順利進行必不可少的組成部分。按照目前實際測試中廣泛采用的航天器EGSE層級劃分，EGSE系統(tǒng)大致可劃分為兩個層級[1]：①前置級設(shè)備，亦即各分系統(tǒng)前端測試設(shè)備(Front End Test Equipment，F(xiàn)ETE)，包括專用測試設(shè)備(Specific CheckOut Equipment，SCOE)和通用測試儀器(General Test Instrument，GTI)，主要完成航天器各分系統(tǒng)功能測試、接口模擬等功能；②后端級設(shè)備，亦即總控設(shè)備(Overall CheckOut Equipment，OCOE)，主要負責(zé)航天器測試程序運行、遙測數(shù)據(jù)處理及歸檔等。兩者與測試局域網(wǎng)絡(luò)共同組成了航天器EGSE系統(tǒng)。

國外航天機構(gòu)在航天器自動化測試領(lǐng)域起步較早，已發(fā)展出針對航天器上軟、硬件產(chǎn)品分類較為詳細的自動化測試手段，可以自動完成硬件設(shè)備功能檢查、可靠性測試[2]、關(guān)鍵軟件功能性能檢測[3]等工作。文獻[4]中基于人工智能的航天器產(chǎn)品地面測試設(shè)備，實現(xiàn)了類似于具備條件判據(jù)自動判讀功能的自動化測試。利用實驗室虛擬儀器工程平臺(LabView)環(huán)境對航天器供配電地面測試設(shè)備進行自動化驗收測試的軟件提升了設(shè)備驗收測試效率[5]。我國航天器自動化測試方面的研究近年來亦取得長足進步，自動化測試手段已在載人航天[6-7]、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星[8-9]等多個宇航產(chǎn)品測試中得到應(yīng)用。然而，當(dāng)前國內(nèi)外自動化測試系統(tǒng)設(shè)計主要著眼于航天器測試序列執(zhí)行方面，相關(guān)系統(tǒng)大多配置于EGSE系統(tǒng)的后端級，對于前端測試設(shè)備的自動化運行關(guān)注較少。部分自動化測試系統(tǒng)雖具備分系統(tǒng)測試設(shè)備管理或類似功能的模塊，但僅可實現(xiàn)對測試設(shè)備的指令控制[10-11]，未能實時獲取測試設(shè)備自身運行狀態(tài)信息；系統(tǒng)與被測航天器的耦合性強，對硬件的依賴程度也較高[12]。多數(shù)航天器綜合測試過程中前端測試設(shè)備仍然需要測試人員的大量人工操作，重復(fù)工作量大，耗時多，易出錯；測試操作對人員的束縛與航天器自動、遠程測試的發(fā)展趨勢相左，航天器前端測試設(shè)備的自動化管理亟需加強。

為解決上述問題，本文提出一種航天器前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)，將前端測試設(shè)備作為整體進行統(tǒng)一管理，對前端測試設(shè)備具有完備的監(jiān)視、控制、運行、記錄功能，解決了功能、接口各異的航天器前端測試設(shè)備難以集同管理、自動化控制方法欠缺的難題，在航天器自動化測試應(yīng)用中取得了良好效果。

1 自動化管理系統(tǒng)需求分析

航天器綜合測試流程大致可分為3個階段：測試準備階段、測試執(zhí)行階段、測試后狀態(tài)恢復(fù)與數(shù)據(jù)分析階段。航天器前端測試設(shè)備管理相關(guān)工作也相應(yīng)分布在上述階段中。

在測試準備階段，測試人員對航天器所屬各分系統(tǒng)的前端測試設(shè)備進行加電、參數(shù)與狀態(tài)設(shè)置、接口聯(lián)通等準備工作。前端測試設(shè)備準備工作具有以下特點：大部分航天器所屬分系統(tǒng)均配有前端測試設(shè)備；規(guī)模較大、功能復(fù)雜的分系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量多，接口復(fù)雜；測試準備工作操作繁多、耗時較長，但在航天器測試全周期中設(shè)置操作流程是固定的，測試工況沒有大變化時，設(shè)置參數(shù)也很少發(fā)生更改。測試準備階段前端設(shè)備管理具備通過自動化控制手段進行快速、統(tǒng)一操作的需求。

在測試執(zhí)行階段，測試人員需要針對航天器測試中具體執(zhí)行的測試項目進行相應(yīng)的前端設(shè)備操作，通常對時序、時間間隔有明確要求；對時序要求嚴格的項目，人工操作容易失誤。如將相關(guān)操作轉(zhuǎn)化為自動化執(zhí)行模塊，可以與航天器自動化測試項目設(shè)計的時序?qū)崿F(xiàn)精準對應(yīng)。因此本階段前端設(shè)備操作相關(guān)工作也適合以自動化執(zhí)行模塊的方式進行自動運行。測試正常進行時，自動執(zhí)行模塊無需人工干預(yù)；測試中遇到異常狀況時，測試人員再介入處置。

在測試后狀態(tài)恢復(fù)與數(shù)據(jù)分析階段，航天器斷電，前端測試設(shè)備需完成設(shè)備狀態(tài)恢復(fù)、接口斷開、數(shù)據(jù)保存、斷電等設(shè)備狀態(tài)恢復(fù)工作，測試人員需結(jié)合當(dāng)前測試情況查詢測試過程中前端設(shè)備狀態(tài)、測試指令執(zhí)行情況等數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)分析、測試評估等工作，設(shè)備狀態(tài)恢復(fù)和數(shù)據(jù)記錄同樣可以通過自動化手段實現(xiàn)。

綜上所述，航天器綜合測試流程中前端測試設(shè)備管理工作如果由特定的自動化管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一實施，將大幅減少重復(fù)性工作，減輕測試人員操作壓力和減少操作失誤。本文提出的航天器前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)，主要負責(zé)管理被測航天器所屬的各分系統(tǒng)專用測試設(shè)備和通用測試儀器，為測試人員提供統(tǒng)一的綜合監(jiān)視界面，自動實時監(jiān)視多臺設(shè)備運行、控制設(shè)備設(shè)置參數(shù)及狀態(tài)、收集運行信息、記錄運行監(jiān)控數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)作為管理航天器專用測試設(shè)備和通用測試儀器運行的中樞，應(yīng)具備以下幾方面的功能。

(1)實現(xiàn)航天器專用測試設(shè)備和通用測試儀器運行、控制全自動化。按照測試流程，在航天器加電測試前，控制專用測試設(shè)備和通用測試儀器自動完成開機、測試狀態(tài)與參數(shù)設(shè)置、內(nèi)外部接口鏈接等工作；航天器電測進行過程中，根據(jù)測試細則安排的測試項目，進行相關(guān)測試設(shè)備的狀態(tài)設(shè)置(例如遙測通道切換、通信模式切換、數(shù)據(jù)實時比對等)；實時保存當(dāng)前測試中專用測試設(shè)備和通用測試儀器的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，航天器電測結(jié)束后，控制測試設(shè)備自動關(guān)閉。

(2)實時獲取專用測試設(shè)備和通用測試儀器的運行狀態(tài)信息，對獲取信息按照事件內(nèi)容緊急程度進行分類顯示、記錄、歸檔；對緊急程度較高的信息(如設(shè)置參數(shù)變化、工作異常等)，自動向測試人員報警，以便及時處置。

(3)批量化集同管理專用測試設(shè)備和通用測試儀器。根據(jù)測試需求動態(tài)添加、清除被管理設(shè)備，并維護設(shè)備信息、控制命令等，實現(xiàn)即插即用。

(4)可遠程管理測試設(shè)備，控制接口便捷靈活。

2 自動化管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

航天器前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)借鑒了當(dāng)前成熟的綜合測試自動化測試軟件架構(gòu)設(shè)計，采用Visual Studio軟件開發(fā)。軟件設(shè)計按照模塊化思路，將系統(tǒng)預(yù)期實現(xiàn)功能分解為多個功能模塊，模塊間數(shù)據(jù)接口簡潔清晰，在設(shè)備類型、功能控制方面具備較強的可擴展性。

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，共劃分為6個功能模塊，分別是：①網(wǎng)絡(luò)通信模塊，負責(zé)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口功能實現(xiàn)，建立與被管理前端測試設(shè)備、總控主測試處理器(Main Test Processor，MTP)的網(wǎng)絡(luò)連接，接收被管理設(shè)備發(fā)出的狀態(tài)信息并根據(jù)協(xié)議處理信息內(nèi)容，向設(shè)備發(fā)出控制命令并獲取回令；②數(shù)據(jù)解析模塊，從有效數(shù)據(jù)包緩存隊列中依次取出有效數(shù)據(jù)包，按照設(shè)計的數(shù)據(jù)包格式解析出航天器標識符、發(fā)送方發(fā)送時刻的本地時間、發(fā)送方設(shè)備標識(ID)、接收方設(shè)備標識、信息標識、發(fā)送方發(fā)包累計計數(shù)、數(shù)據(jù)內(nèi)容，根據(jù)信息標識識別出分級狀態(tài)，并將接收到的數(shù)據(jù)寫入日志文件；③設(shè)備管理模塊，通過數(shù)據(jù)鏈表結(jié)構(gòu)動態(tài)維護被管理設(shè)備，可通過系統(tǒng)軟件界面或配置文件添加、刪除被管理設(shè)備，設(shè)備信息包括設(shè)備名稱、設(shè)備代號、控制命令名稱、控制命令代號、IP地址、端口號等，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信模塊收到的控制指令代號，解析指令內(nèi)容，控制設(shè)備完成相應(yīng)動作，按照通信協(xié)議生成指令回令反饋至網(wǎng)絡(luò)通信模塊；④指令序列執(zhí)行模塊，讀取人機界面選擇的指令序列內(nèi)容，按照指令代號和設(shè)備ID送設(shè)備管理模塊處理為對應(yīng)指令，控制指令執(zhí)行間隔、循環(huán)次數(shù)、邊界條件設(shè)置；⑤數(shù)據(jù)歸檔模塊，負責(zé)記錄管理系統(tǒng)自身運行過程中產(chǎn)生的日志數(shù)據(jù)及接收到的被管理設(shè)備數(shù)據(jù)，并實時記錄，便于追溯；⑥顯示/操作模塊，顯示管理系統(tǒng)自身運行狀態(tài)，被管理設(shè)備發(fā)送的各類狀態(tài)信息等，響應(yīng)測試人員的輸入，是管理系統(tǒng)軟件的人機輸入/輸出交互界面。

圖1 前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng) 軟件模塊與接口Fig.1 Software module and interface of spacecraft FETE automatic management system

前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)將標準以太網(wǎng)接口作為系統(tǒng)的對外信息交互接口。按照對象劃分，可分為兩大類接口：與前端測試設(shè)備的信息接口(如圖1中的網(wǎng)絡(luò)接口A)，與總控MTP的信息接口(如圖1中的網(wǎng)絡(luò)接口B)。

每類信息接口中分別包含若干子接口。其中網(wǎng)絡(luò)接口A包括：信息匯報接口A0，采用組播方式接收各個被管理設(shè)備的運行狀態(tài)信息，可用一個組播端口同時接收多個設(shè)備信息，便于減輕網(wǎng)絡(luò)開銷；命令控制端口A1、A2、……、AN(N為系統(tǒng)管理的設(shè)備數(shù)量)，每個控制端口分別與各自對應(yīng)的設(shè)備交互控制命令及回令信息，互不干擾。網(wǎng)絡(luò)接口B包括：信息匯報接口B0，向總控應(yīng)急存儲數(shù)據(jù)服務(wù)器組播地址發(fā)出設(shè)備運行狀態(tài)信息，用于備份及查詢；控制端口B1，與總控操作控制臺交互控制命令，用于測試人員通過操作控制臺向各分系統(tǒng)SCOE發(fā)送控制命令；控制端口B2，與總控自動化測試軟件交互控制命令，用于SCOE控制指令與自動化測試序列銜接。

2.2 通信協(xié)議設(shè)計

自動化管理系統(tǒng)作為多臺測試設(shè)備的集同管理方，在網(wǎng)絡(luò)拓撲上具有一對多的特點，即一個系統(tǒng)同時面對多方設(shè)備進行信息交互。由于管理系統(tǒng)運用了標準網(wǎng)絡(luò)接口，參照傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)五層體系結(jié)構(gòu)[13],以下主要對管理系統(tǒng)軟件的網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層3層協(xié)議進行介紹。

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)層采用IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以IP報文形式傳遞，協(xié)議實現(xiàn)由運行系統(tǒng)軟件的計算機上的商用網(wǎng)卡完成。

在數(shù)據(jù)傳輸方式上，針對不同數(shù)據(jù)采用差異化傳輸方式。由于被管理設(shè)備數(shù)量眾多，將管理系統(tǒng)接收設(shè)備狀態(tài)信息的IP地址設(shè)置為組播地址，被管理設(shè)備將包含狀態(tài)信息的IP數(shù)據(jù)包以組播方式發(fā)往該地址，僅需開通一個網(wǎng)絡(luò)端口即可同時接收多個設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，可大大節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。組播協(xié)議由測試局域網(wǎng)內(nèi)具有路由功能的交換機實現(xiàn)。

監(jiān)控系統(tǒng)將包含控制命令的IP數(shù)據(jù)包以單播方式發(fā)往被管理設(shè)備，并接收設(shè)備的執(zhí)行回令，管理層次清晰。

2.2.2 傳輸層協(xié)議

為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，管理系統(tǒng)軟件在傳輸層使用用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(User Datagram Protocol, UDP)。UDP協(xié)議是無連接的，對于管理系統(tǒng)與被管理設(shè)備的信息交互簡潔高效。數(shù)據(jù)傳輸可靠性通過應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計保證。

2.2.3 應(yīng)用層協(xié)議

針對管理系統(tǒng)與被管理設(shè)備交互的狀態(tài)信息與控制命令(包含回令)信息，分別設(shè)計應(yīng)用層協(xié)議。

一個具有統(tǒng)一功能接口的軟件接口模塊在管理系統(tǒng)軟件的設(shè)計過程中被同步開發(fā)出來，用于管理系統(tǒng)與被管理設(shè)備間協(xié)議信息交互。該模塊可方便地植入被管理設(shè)備的上位機軟件，完成對應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)信息收集、發(fā)送，接收并處理系統(tǒng)管理軟件發(fā)出的控制命令，生成命令回令。該模塊可保證被管理設(shè)備與管理系統(tǒng)間的通信符合應(yīng)用層通信協(xié)議的設(shè)計。

1)狀態(tài)信息

狀態(tài)信息數(shù)據(jù)協(xié)議主要有以下作用：①區(qū)分數(shù)據(jù)包的起止位置；②輔助管理系統(tǒng)軟件判別信息類別、進行數(shù)據(jù)校驗，通過與配置文件中的協(xié)議對應(yīng)字段比對，判別收到的信息是否正確有效；③標記信息對應(yīng)事件發(fā)生的時間和具體內(nèi)容；④輔助管理系統(tǒng)軟件識別并計算當(dāng)前已收到的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)量。

為了實現(xiàn)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的清晰分類，在狀態(tài)信息數(shù)據(jù)協(xié)議中設(shè)計了信息標識字段，其所表示信息類型見表1。

表1 狀態(tài)信息數(shù)據(jù)協(xié)議 信息標識設(shè)計Table 1 Design of information identification in the status information data protocol

協(xié)議規(guī)定，“心跳包”類型數(shù)據(jù)在被管理設(shè)備啟動后自動按固定時間間隔向管理系統(tǒng)發(fā)送，發(fā)送時間間隔可以設(shè)置。管理系統(tǒng)軟件的設(shè)備管理模塊為每臺被監(jiān)控設(shè)備維護一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，保存該設(shè)備的設(shè)置心跳包周期和心跳計數(shù)值。軟件每收到一包心跳包數(shù)據(jù)，就用收到數(shù)據(jù)中的心跳包周期更新對應(yīng)被監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的心跳包周期；管理系統(tǒng)軟件定時更新心跳包計數(shù)并將前后兩次收到的心跳包計數(shù)間隔時間與心跳包周期進行比對，超過周期則判斷設(shè)備離線，脫離管理，否則設(shè)備為在線狀態(tài)。該方案類似程序設(shè)計中的“看門狗”技術(shù)，可以快速判斷被管理設(shè)備與管理系統(tǒng)的通信狀態(tài)。

“提示”、“警告”、“錯誤”3種信息類型，依據(jù)其信息內(nèi)容，緊急程度分為3個等級，由低依此升高。管理系統(tǒng)軟件接收到這3類狀態(tài)信息后，判斷信息標識字段數(shù)值，即可實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)信息的自動分級。

2)控制命令

控制命令協(xié)議格式參照經(jīng)過多個型號工程應(yīng)用驗證的航天器綜合測試設(shè)備間通信協(xié)議格式設(shè)計，信息頭部分與后者相同，信息體部分包含被管理設(shè)備的設(shè)備代號、控制命令代號、設(shè)置參數(shù)(每個命令可包含多個參數(shù)，如無參數(shù)可缺省)?？刂泼钚畔Ⅲw格式見表2。

表2 控制命令信息體格式Table 2 Format of controlling command information part

每條控制命令的多個參數(shù)間通過分隔符“:”間隔，參數(shù)值用美國信息交換標準代碼(American Standard Code for Information Interchange，ASCII)碼表示。

對于遙測數(shù)據(jù)處理前端等專用測試設(shè)備來說，主要的控制操作是通道切換、數(shù)據(jù)接口連接等動作，這些動作的具體執(zhí)行函數(shù)可以在前述的軟件接口模塊中與相應(yīng)的控制命令綁定，在管理系統(tǒng)軟件端實現(xiàn)相關(guān)操作；對于示波器、信號源、頻譜儀等通用儀器來說，在前期工程研制工作中，相應(yīng)儀器的前端控制軟件已開發(fā)完成，軟件接口模塊也被移植到通用儀器前端控制軟件中。該設(shè)計的優(yōu)勢在于：一是對應(yīng)的通用儀器前端控制軟件具備滿足系統(tǒng)級測試要求的對通用測試儀器的監(jiān)視控制功能，可以在測試需要時單獨使用；二是便于與自動化管理系統(tǒng)的控制接口銜接，使專用測試設(shè)備和通用測試儀器的控制接口統(tǒng)一，無需在自動化管理系統(tǒng)端設(shè)計不同的接口。對通用測試儀器執(zhí)行控制命令時通常需要對頻率、功率、帶寬等參數(shù)進行設(shè)置，因此可使用帶有參數(shù)的控制命令，特定命令的具體參數(shù)意義(如參數(shù)1代表頻率值，參數(shù)2代表功率值等)同樣在軟件接口模塊中定義。

包含參數(shù)的控制命令格式設(shè)計可使信息體部分根據(jù)使用場景的特點靈活擴展內(nèi)容，數(shù)據(jù)格式簡明，可靠性高；通用的信息頭部分可保證管理系統(tǒng)與總控MTP通信過程無需特別改動，易于實現(xiàn)。

2.3 關(guān)鍵功能設(shè)計

控制自動化和監(jiān)視自動化是航天器前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)實現(xiàn)其整體功能的兩個核心要素。命令序列運行和狀態(tài)自動監(jiān)視作為該系統(tǒng)的兩個關(guān)鍵功能，分別在控制和監(jiān)視兩方面體現(xiàn)了系統(tǒng)支持自動化測試的設(shè)計構(gòu)想。

2.3.1 命令序列運行

自動化管理系統(tǒng)對測試設(shè)備的自動化控制主要通過測試命令序列的執(zhí)行來體現(xiàn)，對于某臺測試設(shè)備來說，測試命令可以控制其完成特定的測試動作，將不同設(shè)備的一系列動作連續(xù)起來，可以完成序列化的測試狀態(tài)控制。以航天器電測前測試設(shè)備加電及狀態(tài)設(shè)置為例，常見的設(shè)置操作包括：前端軟件與數(shù)據(jù)處理終端連接、微波開關(guān)通道切換、程控衰減設(shè)置、串口啟動等一系列動作，將上述設(shè)置動作對應(yīng)的控制命令按照操作的先后順序進行編輯，并將各設(shè)備的具體執(zhí)行時間作為邊界條件納入序列文件，即可形成完成特定操作目標的指令序列集。根據(jù)測試進程的具體安排，選擇對應(yīng)的指令序列集運行，可完成相應(yīng)的測試操作。

自動化管理系統(tǒng)除了支持控制指令序列的順序執(zhí)行外，還可以靈活設(shè)置序列中命令運行的起始位置、終止位置，以及是否在后臺連帶執(zhí)行其它輔助功能批處理文件等；也可以按照設(shè)置的時間間隔循環(huán)執(zhí)行某個控制命令序列，以達到自動運行的效果。

為自動化管理系統(tǒng)設(shè)計的控制命令序列格式見表3，一個命令序列可包含多行內(nèi)容，在使用時該表格作為系統(tǒng)軟件的配置文件管理。

表3 控制命令序列格式Table 3 Format of controlling command sequence

表3中，序號列為某一行的指令序號，由1開始順序遞增；設(shè)備代號列為當(dāng)前行控制指令對應(yīng)所屬的測試設(shè)備代號，與管理系統(tǒng)配置文件中的相應(yīng)設(shè)備一致；指令代號和參數(shù)列為當(dāng)前行準備執(zhí)行的控制指令代號；指令名稱列為當(dāng)前行準備執(zhí)行的控制指令名稱，主要用于測試人員查看指令內(nèi)容，掌握序列進行程度；間隔時間列表示當(dāng)前行準備執(zhí)行指令與下一行準備執(zhí)行指令之間的時間間隔，單位為ms，用于控制相鄰兩條指令的執(zhí)行時序。

2.3.2 狀態(tài)自動監(jiān)視

前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)對被管理設(shè)備的運行狀態(tài)、日志信息實現(xiàn)自動判讀、分類、提示、記錄。

管理系統(tǒng)啟動后，默認運行在計算機后臺，對收到的設(shè)備狀態(tài)信息按照信息分級標識實時判讀，當(dāng)有提示、告警級別信息出現(xiàn)或設(shè)備運行異常、心跳包數(shù)據(jù)停止發(fā)送時，軟件自動從后臺運行狀態(tài)切換到前臺顯示狀態(tài)，并以醒目方式提示使用者關(guān)注當(dāng)前信息狀態(tài)。該設(shè)計既可使系統(tǒng)軟件在長期運行中占用最小規(guī)模的計算機資源，又可在不影響測試人員其它工作的情況下自主監(jiān)視被管理設(shè)備的運行。

2.4 系統(tǒng)從屬關(guān)系

航天器前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)是航天器自動化測試體系的重要組成部分，與航天器自動化測試系統(tǒng)、自動判讀系統(tǒng)、遙測顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等一起構(gòu)成了航天器自動化測試環(huán)境。

在航天器測試實施過程中，它與自動化測試系統(tǒng)聯(lián)系最為緊密，二者既相互獨立，又相輔相成。根據(jù)測試進程安排，前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)的測試序列可以與航天器自動化測試系統(tǒng)的測試程序以特定邏輯時序執(zhí)行。常見的邏輯時序包括：①按照時間順序串行執(zhí)行，如航天器加電前先進行地面測試設(shè)備設(shè)置(自動化管理系統(tǒng)執(zhí)行控制命令程序)、再進行航天器加電設(shè)置(自動化測試系統(tǒng)執(zhí)行航天器加電程序)；②在特定時間段并行執(zhí)行，如實施航天器與地面測試設(shè)備通信模式切換、下行圖像通道切換、航天器供電電源切換與太陽翼進出影等對時序有要求的測試項目。前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)與航天器自動化測試系統(tǒng)共同促進航天器測試自動化程度提升。

3 自動化管理系統(tǒng)試驗驗證

航天器前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)目前已應(yīng)用于某航天器綜合測試。在圖2所示的航天器EGSE系統(tǒng)中，通常會按照被測航天器分系統(tǒng)的數(shù)量，配置多臺測試計算機用于測試數(shù)據(jù)判讀。該類計算機是通用性強的商用貨架產(chǎn)品，自動化系統(tǒng)軟件可安裝在任意一臺接入航天器測試局域網(wǎng)的測試計算機上，無需特殊的硬件環(huán)境支持，具有分布式配置特點；系統(tǒng)軟件通過測試局域網(wǎng)對前端測試設(shè)備進行管理，不受測試地域局限，支持遠程測試；系統(tǒng)管理設(shè)備覆蓋了射頻微波、網(wǎng)絡(luò)管理、基帶處理、接口模擬、數(shù)據(jù)管理、供配電等多個類別，是對航天器綜合測試設(shè)備自動化相關(guān)研究工作[14-17]的有機集成和全面提升。

圖3是自動化管理系統(tǒng)軟件運行時的主界面，界面上方是系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)，包括被管理設(shè)備的數(shù)量、接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量、信息過濾統(tǒng)計信息等，以及部分功能按鈕；界面左下側(cè)是當(dāng)前已添加到該系統(tǒng)的測試設(shè)備列表；界面右下側(cè)是系統(tǒng)已收到的設(shè)備狀態(tài)信息，每條信息包含信息記錄時間、來源設(shè)備、具體事件描述，每條信息最左側(cè)的圖標標識了該信息的屬性。圖4是雙擊系統(tǒng)軟件界面左側(cè)設(shè)備列表中的某臺設(shè)備項后，顯示的該設(shè)備運行狀態(tài)信息和對應(yīng)的控制命令列表，測試人員可以根據(jù)測試進程隨時查看測試設(shè)備運行狀態(tài)，并在窗口右側(cè)的命令列表中選擇控制命令進行相關(guān)操作。圖5展示了某航天器電測進行前，測試人員運行測試設(shè)備啟動設(shè)置序列的過程。序列中的控制命令按照設(shè)定的時間間隔順序發(fā)出。該控制序列是典型的航天器測試狀態(tài)設(shè)置操作指令集，其指令可大致劃分為幾大功能類別：一是控制測試設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接的相關(guān)指令，用于測試設(shè)備間建立網(wǎng)絡(luò)通信鏈路；二是控制測試設(shè)備開關(guān)切換、衰減設(shè)置的相關(guān)指令，用于測試設(shè)備鏈路功率設(shè)置、信息通道選取等；三是微波射頻相關(guān)指令，用于控制射頻信號輸出；四是功能性設(shè)置指令，如模式切換、應(yīng)用場景選擇等。序列執(zhí)行過程中，管理系統(tǒng)自動對每條指令的回令進行判別，只有確認收到前一條指令執(zhí)行成功的回令后，序列才繼續(xù)執(zhí)行；若因為某些原因，系統(tǒng)未收到執(zhí)行回令或回令提示當(dāng)前指令執(zhí)行失敗，系統(tǒng)將自動提示，并暫停當(dāng)前序列的執(zhí)行，交由測試人員處置。

圖2 航天器EGSE系統(tǒng)層級結(jié)構(gòu)Fig.2 Hierarchy of spacecraft EGSE systeml

在航天器綜合測試中應(yīng)用測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)，可大幅提升測試實施效率。以某航天器的日常電測為例，以傳統(tǒng)方法進行電測前測試狀態(tài)準備，包含設(shè)備加電、設(shè)備狀態(tài)設(shè)置等上百個操作，全部需要測試人員在測試機柜附近完成，單次準備時間平均需要1200 s；航天器電測結(jié)束后的測試設(shè)備狀態(tài)恢復(fù)、關(guān)機等工作單次完成平均耗時900 s，測試過程中還需要經(jīng)常實施諸如射頻通道切換監(jiān)視、下行圖像切換監(jiān)視、遙測通道切換等操作，費時費力。

應(yīng)用測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)后，在測試人員與前端測試設(shè)備完全分離的狀態(tài)下，僅通過自動化管理系統(tǒng)即可遠程完成設(shè)備加電、控制、斷電等全部操作，加電前單次準備時間僅需49 s；斷電后設(shè)備狀態(tài)恢復(fù)時間僅需30 s。管理系統(tǒng)軟件可在接入測試局域網(wǎng)的任意計算機上運行，無需其它硬件支持，布置方式簡單靈活。表4列舉了部分測試操作項目在應(yīng)用該系統(tǒng)前后的實施效果對比情況。相比傳統(tǒng)方法，前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)對地面測試設(shè)備操作執(zhí)行效率有明顯提升。

圖3 前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng) 軟件主界面Fig.3 Main interface of spacecraft FETE automatic management system

測試設(shè)備操作效率提升可促進航天器綜合測試整體效率提高。以航天器常規(guī)測試日均8小時計算，測試前后準備時間及測試中操作時間累計約1小時，按照表4的效率估算，測試中使用自動化管理系統(tǒng)可縮減約11%航天器綜合測試時間。對于載人航天等具有較大規(guī)模前端測試設(shè)備的航天器來說，測試效率提升會更顯著。

圖4 前端測試設(shè)備狀態(tài)信息與控制命令窗口Fig.4 Statu information and controlling command window of FETE

圖5 某航天器電測狀態(tài)設(shè)置命令序列集運行狀況Fig.5 Running status of spacecraft integrated test setup command sequence

表4 應(yīng)用自動化管理系統(tǒng)前后測試實施效果對比Table 4 Test performance contrast before & after applying automatic management system

本文探討的航天器前端測試設(shè)備自動化管理相關(guān)工作是持續(xù)改進、不斷迭代的過程。后續(xù)可結(jié)合航天器前端測試設(shè)備供電環(huán)節(jié)改造，配置支持以太網(wǎng)接口控制的智能供電單元進一步簡化設(shè)備供、斷電操作程序；也可細化前端測試設(shè)備運行狀態(tài)信息及控制命令的數(shù)量、類型，逐步減少直至完全消除設(shè)備運行過程中的人工干預(yù)環(huán)節(jié)，以期不斷提高航天器前端測試設(shè)備的自動化運行、管理水平。

4 結(jié)束語

本文針對航天器綜合測試過程中前端測試設(shè)備自動化運行程度低、集中管理難的問題，設(shè)計了一種航天器前端測試設(shè)備自動化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可自動監(jiān)視測試設(shè)備狀態(tài)、控制設(shè)備運行，接口與總控自動化測試系統(tǒng)兼容，可實現(xiàn)航天器前端測試設(shè)備自動化、遠程化管理。航天器綜合測試工程實踐表明，該系統(tǒng)應(yīng)用后可有效提升前端測試設(shè)備管理效率，促進航天器自動化測試實施。