楊黎 高何 封碩 張?zhí)锴?羅榮蒸 李勇

(中國空間技術(shù)研究院遙感衛(wèi)星總體部，北京 100094)

資源一號02D衛(wèi)星(又稱為5米光學(xué)業(yè)務(wù)衛(wèi)星)屬于國務(wù)院批復(fù)的空基規(guī)劃首批立項(xiàng)業(yè)務(wù)衛(wèi)星，采取“一步正樣”研制模式，衛(wèi)星搭載可見近紅外相機(jī)和高光譜相機(jī)，在保持中等分辨率、較大成像幅寬特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了譜段分辨率，能提供更為豐富的景物細(xì)節(jié)信息。

衛(wèi)星的測試設(shè)計(jì)體現(xiàn)著測試水平的高低。以往遙感衛(wèi)星的測試目標(biāo)主要是完成各分系統(tǒng)的功能性能指標(biāo)驗(yàn)證，整星級測試也是將各種在軌可能遇到的工作模式進(jìn)行細(xì)化分解并進(jìn)行獨(dú)立驗(yàn)證[1-4]，相應(yīng)設(shè)計(jì)的地面測試系統(tǒng)也是根據(jù)衛(wèi)星的特點(diǎn)研制的專用測試系統(tǒng)，并不具備通用性。本文以資源一號02D衛(wèi)星在軌飛行任務(wù)為總體測試目標(biāo)，根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射及在軌運(yùn)行的工作內(nèi)容，將衛(wèi)星飛行程序分為發(fā)射前階段、發(fā)射階段、狀態(tài)建立階段、在軌測試階段和在軌應(yīng)用階段。針對不同階段的任務(wù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了通用的測試驗(yàn)證系統(tǒng)，在一次整星級測試中充分模擬和串接在軌各種任務(wù)場景，能有效提高測試可信性和驗(yàn)證的完備性，為衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)的圓滿成功提供了有力的支持。

1 關(guān)鍵測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

資源一號02D衛(wèi)星在軌飛行程序各個(gè)階段的定義和描述如下。

(1)發(fā)射前階段，從衛(wèi)星加電開始進(jìn)行發(fā)射前狀態(tài)設(shè)置到運(yùn)載火箭點(diǎn)火。

(2)發(fā)射階段，從運(yùn)載火箭一級點(diǎn)火開始到星箭分離完成。

(3)狀態(tài)建立階段，從星箭分離完成開始到入軌后衛(wèi)星工作狀態(tài)建立完成。在本階段，衛(wèi)星工作的主要內(nèi)容包括：太陽翼火工品起爆、天線a/b火工品起爆、雙頻GPS導(dǎo)航系統(tǒng)開機(jī)引入控制、引入天線控制等試驗(yàn)。

(4)在軌測試階段，衛(wèi)星平臺及有效載荷的工作狀態(tài)建立后，根據(jù)衛(wèi)星處于陽照或陰影、境內(nèi)或境外的位置時(shí)序關(guān)系，由數(shù)管上注衛(wèi)星各種延時(shí)自主任務(wù)，包括實(shí)傳、記錄、回放、快記慢放、定標(biāo)等任務(wù)，衛(wèi)星根據(jù)時(shí)序安排自動(dòng)執(zhí)行。

(5)在軌應(yīng)用階段，以有效載荷試驗(yàn)為主線，通過衛(wèi)星有效載荷的各種工作模式，由地面獲得想要的各種圖像和數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

根據(jù)以上飛行程序規(guī)定時(shí)序，設(shè)計(jì)測試序列時(shí)分解成典型飛行任務(wù)剖面序列，見圖1。針對發(fā)射前階段和發(fā)射階段的任務(wù)，各分系統(tǒng)通過遙測遙控建立發(fā)射前狀態(tài)，運(yùn)載火箭點(diǎn)火后衛(wèi)星保持狀態(tài)并進(jìn)行遙測監(jiān)視，設(shè)計(jì)綜合測試數(shù)據(jù)判讀系統(tǒng)，解決衛(wèi)星遙測自動(dòng)化監(jiān)視判讀的難題；針對狀態(tài)建立階段的任務(wù)，設(shè)計(jì)智能模塊化火工品測試系統(tǒng)，解決火工品控制電路測試過程的精確測試驗(yàn)證的難題；針對在軌測試階段的任務(wù)，設(shè)計(jì)通用任務(wù)規(guī)劃仿真推演系統(tǒng)，解決任務(wù)生成及時(shí)性和安全性的難題；針對在軌應(yīng)用階段的任務(wù)，設(shè)計(jì)通用化的有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，解決高速并行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、存儲和自動(dòng)判讀的難題。下面對這4個(gè)系統(tǒng)分別進(jìn)行介紹。

圖1 典型飛行程序過程Fig.1 Typical flight program process

1.1 綜合測試數(shù)據(jù)判讀系統(tǒng)

針對資源一號02D衛(wèi)星發(fā)射前階段和發(fā)射階段的測試驗(yàn)證任務(wù)，引入了自動(dòng)化判讀手段，結(jié)合衛(wèi)星特點(diǎn)，建立相對完善的自動(dòng)化測試判讀專家知識庫。綜合測試數(shù)據(jù)判讀系統(tǒng)能夠依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)知識對綜合測試數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測、自動(dòng)判讀，根據(jù)系統(tǒng)判讀結(jié)果及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，輔助測試人員快速有效地完成地面測試，這對提高衛(wèi)星的快速排故、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義[5]。根據(jù)功能需求、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、使用方式、性能要求等主要因素，綜合測試數(shù)據(jù)判讀系統(tǒng)由知識管理客戶端、判讀顯示客戶端、數(shù)據(jù)判讀服務(wù)器、結(jié)論存儲服務(wù)器4個(gè)模塊組成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 綜合測試數(shù)據(jù)判讀系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2 Integrative testing data judgment system network topology structure

由圖2可知，數(shù)據(jù)判讀服務(wù)器部署在服務(wù)器端，以用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)方式接收到主測試處理器(MTP)的廣播數(shù)據(jù)，然后對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行推理判讀，并把推理判讀后的結(jié)果以UDP方式進(jìn)行廣播，結(jié)論存儲服務(wù)器、判讀顯示客戶端以UDP方式接收數(shù)據(jù)判讀服務(wù)器廣播出的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和顯示。知識管理客戶端是系統(tǒng)的判讀知識管理中心，實(shí)現(xiàn)參數(shù)判讀和指令判讀的知識編輯與管理。判讀顯示客戶端是系統(tǒng)的判讀結(jié)果顯示監(jiān)視中心，實(shí)現(xiàn)參數(shù)判讀的異常信息監(jiān)視顯示、指令判讀的所有信息的監(jiān)視顯示和歷史判讀數(shù)據(jù)的查詢。數(shù)據(jù)判讀服務(wù)器是系統(tǒng)的知識推理判讀中心，實(shí)現(xiàn)參數(shù)判讀和指令判讀。結(jié)論存儲服務(wù)器是系統(tǒng)的判讀結(jié)論存儲中心，實(shí)現(xiàn)參數(shù)判讀的異常存儲和指令判讀的正常、異常存儲。

資源一號02D衛(wèi)星為“資源”系列衛(wèi)星首次實(shí)施發(fā)射前3 h加電進(jìn)行發(fā)射前狀態(tài)設(shè)置，面對各分系統(tǒng)在發(fā)射前3 h至發(fā)射前2 h內(nèi)進(jìn)行快速構(gòu)建整星發(fā)射前狀態(tài)的新需求，并行執(zhí)行各分系統(tǒng)發(fā)射前設(shè)置測試用例、地面集中校時(shí)、發(fā)射前5 min脫插脫落后進(jìn)行遙控通道自檢等發(fā)射場流程優(yōu)化新狀態(tài)，通過引入綜合測試數(shù)據(jù)判讀系統(tǒng)，在發(fā)射前階段采用“指令遙測關(guān)聯(lián)判讀+遙測穩(wěn)態(tài)判讀”的組合判讀方法，有效規(guī)避分系統(tǒng)間指令沖突的風(fēng)險(xiǎn)，縮短衛(wèi)星40%以上的發(fā)射前狀態(tài)設(shè)置時(shí)間，在發(fā)射階段通過異步判讀的方式提高遙測并行檢測效率，能為衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)的圓滿成功提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1.2 智能模塊化火工品測試系統(tǒng)

智能模塊化火工品測試系統(tǒng)主要解決以下問題：傳統(tǒng)火工品等效器無法精確測試火工品的起爆電流,不能實(shí)現(xiàn)對脈沖全過程的精確測量；無法測量星上蓄電池在發(fā)火瞬間大電流沖擊時(shí)的電壓瞬變特性，過程數(shù)據(jù)無法量化。其主要包括設(shè)置功能和采集功能。一方面，設(shè)備接收來自軟件人機(jī)交互接口的設(shè)置指令和參數(shù)，根據(jù)設(shè)置指令和參數(shù)控制經(jīng)過等效器電流的幅值及脈沖時(shí)間；另一方面，采集電路對加在電路兩端的電壓及回路中的電流幅值和脈沖時(shí)間進(jìn)行采集，并將采集的數(shù)據(jù)及圖形顯示在設(shè)備的顯示屏中[6]。基于上述功能需求，智能模塊化火工品測試系統(tǒng)劃分為定脈寬恒流模塊、采集測量模塊、控制模塊和供電轉(zhuǎn)換模塊，其功能模塊組成見圖3。

注：SPI為串行外設(shè)接口。圖3 智能模塊化火工品測試系統(tǒng)組成Fig.3 Intelligent modular explosive initiator testing system composition

定脈寬恒流模塊提供N路獨(dú)立的定脈寬恒流電路，根據(jù)用戶設(shè)置模擬火工品等效負(fù)載，控制恒流電路的通斷控制，將發(fā)火電壓、電流幅值和電流脈寬進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸出。

采集測量模塊向定脈寬恒流模塊輸出N路電壓量，控制定脈寬恒流模塊等效用戶設(shè)置的負(fù)載電流。同時(shí)，采集測量模塊采集以下內(nèi)容：定脈寬恒流模塊輸出的N路等效負(fù)載電流經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出的電壓量，以及N路分壓后輸出的發(fā)火電壓。

控制模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)SPI接口，對采集模塊進(jìn)行控制；對定脈寬恒流模塊的金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)繼電器通斷進(jìn)行控制；對控制模塊輸入/輸出的控制信號進(jìn)行譯碼，將相應(yīng)信息和指示信號上傳到控制模塊。

智能模塊化火工品測試系統(tǒng)的工作流程原理為：火工品啟動(dòng)后，一旦光電耦合器檢測到有效的啟動(dòng)電壓便啟動(dòng)控制模塊，控制模塊測量負(fù)脈沖寬度并通過向定脈寬恒流模塊輸出低電平來閉合MOSFET繼電器；同時(shí)，控制采集測量模塊向定脈寬恒流模塊輸出相應(yīng)的電壓量，根據(jù)用戶設(shè)置的負(fù)載電流啟動(dòng)火工品等效負(fù)載電路。通過電流-電壓轉(zhuǎn)換電路將模擬的負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為電壓量，將火工品啟動(dòng)的發(fā)火電壓輸出到采集測量模塊，采集測量模塊通過對這2個(gè)采集量的模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對電流幅值和發(fā)火電壓的測量。

在資源一號02D衛(wèi)星火工品專項(xiàng)測試及整星模飛測試過程中，使用智能模塊化火工品測試系統(tǒng)對星上火工品控制電路的正確性、安全性、可靠性進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1.3 自主任務(wù)規(guī)劃推演系統(tǒng)

針對早期在軌測試階段自主任務(wù)規(guī)劃功能的星地協(xié)同驗(yàn)證需求，結(jié)合大幅寬長時(shí)間普查成像、任務(wù)鏈執(zhí)行過程中有效載荷開關(guān)機(jī)次數(shù)頻繁、姿態(tài)連續(xù)側(cè)擺要求高、由地面進(jìn)行任務(wù)間動(dòng)作優(yōu)化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)自主任務(wù)規(guī)劃推演系統(tǒng)，以滿足上述驗(yàn)證應(yīng)用需求。自主任務(wù)規(guī)劃推演系統(tǒng)由上行仿真子系統(tǒng)和判讀比對子系統(tǒng)兩部分組成，如圖4所示。

圖4 自主任務(wù)規(guī)劃推演系統(tǒng)模塊組成Fig.4 Autonomous mission deducing system module composition

1.3.1 上行仿真子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上行仿真子系統(tǒng)內(nèi)嵌資源一號02D衛(wèi)星有效載荷任務(wù)序列指令生成模型，具備與衛(wèi)星一致的有效載荷任務(wù)序列生成算法，通過接收上注的任務(wù)信息，提前在地面進(jìn)行合法性判斷、任務(wù)沖突檢測及任務(wù)編排修訂等算法流程驗(yàn)證。將任務(wù)信息展開為衛(wèi)星可執(zhí)行的指令序列，然后將任務(wù)信息，合法性、修訂、展開仿真結(jié)果向判讀比對子系統(tǒng)發(fā)送，等待判讀比對子系統(tǒng)反饋。

1.3.2 判讀比對子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

判讀比對子系統(tǒng)建立屏蔽規(guī)則及掩碼配置，形成“知識庫”，作為星地算法一致性的比對依據(jù)。對上行仿真子系統(tǒng)地面仿真結(jié)果進(jìn)行判讀比對，保障仿真結(jié)果輸出的正確性；同時(shí)，對星上自主任務(wù)管理實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，保障衛(wèi)星自主任務(wù)管理的正確運(yùn)行。

判讀比對子系統(tǒng)組成，如圖5所示。其內(nèi)核主管整個(gè)子系統(tǒng)的流程運(yùn)行和邏輯控制。網(wǎng)絡(luò)通信中間件能夠根據(jù)需求快速建立各類常見的網(wǎng)絡(luò)連接，并支持自定義通信協(xié)議、掛載回調(diào)方法。過濾器負(fù)責(zé)將MTP傳來的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行第一層解析，分離地面信息和星上信息，并丟棄本系統(tǒng)不需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)工廠將過濾器傳給它的數(shù)據(jù)進(jìn)行識別和轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)格式化為數(shù)據(jù)段。存儲服務(wù)中間件為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)操作層提供統(tǒng)一的底層數(shù)據(jù)操作方法，分離業(yè)務(wù)中數(shù)據(jù)的訪問操作與數(shù)據(jù)存儲方式，通過該中間件使不同數(shù)據(jù)存儲方式之間的差異透明化，為業(yè)務(wù)層提供統(tǒng)一的操作方法。原子操作層用來實(shí)現(xiàn)最基本的數(shù)據(jù)操作方法，供業(yè)務(wù)邏輯層共享使用。業(yè)務(wù)邏輯層包含業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)操作的實(shí)現(xiàn)，并對外提供業(yè)務(wù)服務(wù)接口。

注：RTS為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器；XML為可擴(kuò)展標(biāo)記語言；MySQL為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；TCP為傳輸控制協(xié)議。

1.3.3 測試業(yè)務(wù)流程

在資源一號02D衛(wèi)星整星自主任務(wù)編排測試過程中，將測試各階段生成的指令序列固化，共形成47類任務(wù)模式基礎(chǔ)知識模板。測試人員首先選取任務(wù)基礎(chǔ)模板并帶入任務(wù)參數(shù)，形成基礎(chǔ)任務(wù)信息。通過MTP將基礎(chǔ)任務(wù)信息逐一發(fā)送至上行仿真子系統(tǒng)，系統(tǒng)調(diào)用指令仿真模型；上行仿真子系統(tǒng)接收基礎(chǔ)任務(wù)信息后，根據(jù)任務(wù)修訂算法進(jìn)行指令生成，優(yōu)化成像/回放時(shí)刻、側(cè)擺角度及有效載荷開關(guān)機(jī)次數(shù)等任務(wù)信息參數(shù)，并向判讀比對子系統(tǒng)發(fā)送任務(wù)信息。當(dāng)全部任務(wù)均通過比對檢測后，上行仿真子系統(tǒng)將比對通過的任務(wù)信息中的關(guān)鍵信息(包括起始時(shí)間、基準(zhǔn)時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、任務(wù)號等)保存至數(shù)據(jù)庫。上行仿真子系統(tǒng)將比對通過的任務(wù)信息發(fā)送給衛(wèi)星，衛(wèi)星自主生成任務(wù)指令序列并執(zhí)行，執(zhí)行情況通過遙測反饋。當(dāng)需要對星上自主生成的任務(wù)指令序列正確性進(jìn)行確認(rèn)時(shí)，由判讀比對子系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)判讀，同時(shí)對各類任務(wù)信息包解析顯示，由設(shè)計(jì)人員和測試人員確認(rèn)；判讀比對子系統(tǒng)將比對結(jié)果反饋至上行仿真子系統(tǒng)，比對不通過的任務(wù)由上行仿真子系統(tǒng)自主發(fā)出任務(wù)刪除指令，以保障衛(wèi)星任務(wù)執(zhí)行的安全性。以表1為例，系統(tǒng)自動(dòng)生成資源一號02D衛(wèi)星在100 h可靠性增長試驗(yàn)期間的任務(wù)編排優(yōu)化結(jié)果，最終實(shí)現(xiàn)批量上注長時(shí)段有效載荷任務(wù)。

表1 自主任務(wù)編排示例Table 1 Autonomous mission arrange example

1.4 有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)

針對在軌應(yīng)用階段的有效載荷處理測試驗(yàn)證需求，結(jié)合資源一號02D衛(wèi)星的有效載荷工作模式，主要包括圖像實(shí)傳模式、快記慢放傳輸模式、成像記錄模式、成像回放模式、服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸模式、偏航定標(biāo)模式等，面對2臺相機(jī)同時(shí)成像工作、數(shù)傳分系統(tǒng)2×450 Mbit/s雙通道高速并行數(shù)據(jù)下傳、基帶處理全過程各級數(shù)據(jù)的自動(dòng)判讀、快視圖像花塊噪點(diǎn)的全幅面自動(dòng)判讀檢測的測試需求和難題，設(shè)計(jì)了通用化的有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，見圖6。

有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)工作流程(見圖7)為：數(shù)傳分系統(tǒng)將相機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)接后，按照空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(CCSDS)的標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行高級在軌系統(tǒng)(AOS)格式編排，格式編排后的數(shù)據(jù)送到數(shù)傳通道進(jìn)行傳輸或送固態(tài)存儲器進(jìn)行記錄。根據(jù)不同的工作模式，在需要傳輸原始觀測量數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)傳分系統(tǒng)接收存儲與處理單元輸出的原始觀測量數(shù)據(jù)，并按照CCSDS的標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行AOS格式編排，格式編排后的數(shù)據(jù)送到數(shù)傳通道進(jìn)行傳輸。地面收到數(shù)傳射頻信號后，經(jīng)功率衰減、變頻、解調(diào)后傳輸至基帶處理系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)反演處理[7]。

有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中的系統(tǒng)管理模塊用于控制、監(jiān)視與系統(tǒng)管理模塊在同一局域網(wǎng)內(nèi)的所有設(shè)備，可以對系統(tǒng)進(jìn)行全面的自檢，保證系統(tǒng)工作的有效性，包括UTM、PSM和DTM。基帶處理模塊用于解碼、去格式、解壓縮、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理和各級數(shù)據(jù)的自動(dòng)化判讀，最終將基帶處理后的數(shù)據(jù)通過DTM送入網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，供快視模塊進(jìn)行顯示處理，數(shù)據(jù)判讀信息上報(bào)給UTM。存儲模塊用于處理流程各階段的數(shù)據(jù)存儲，可根據(jù)需要對各級數(shù)據(jù)進(jìn)行回查和分析，存儲容量可擴(kuò)展。快視模塊從網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊獲取基帶處理模塊的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲，完成對衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)的工程值計(jì)算、高速格式化顯示和數(shù)據(jù)判讀。網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊用于數(shù)據(jù)的高速交換和系統(tǒng)管理信息的監(jiān)控。

有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中的各個(gè)模塊均可擴(kuò)展，其中基帶處理模塊、存儲模塊、快視模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊可以根據(jù)任務(wù)需要部署多個(gè)節(jié)點(diǎn)，利用PSM資源調(diào)度功能分配硬件資源，完成資源一號02D衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存儲、處理、分析、判讀、顯示任務(wù)。在衛(wèi)星實(shí)際測試應(yīng)用時(shí)，基帶處理模塊配置了10臺高性能刀片服務(wù)器計(jì)算節(jié)點(diǎn)，存儲模塊配置了50 Tbyte的盤陣容量；快視模塊配置了2臺快視終端；網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊配置了2臺萬兆交換機(jī)和1臺千兆交換機(jī)，功能和性能滿足數(shù)傳分系統(tǒng)雙通道高速并行可見近紅外相機(jī)圖像數(shù)據(jù)和高光譜相機(jī)圖像數(shù)據(jù)下傳的測試需求。

注：UTM為用戶終端管理；PSM為平臺服務(wù)管理；DTM為業(yè)務(wù)終端管理。

圖7 有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)工作流程Fig.7 Payload data real-time processing system processing flow

有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的工作過程為：基帶處理模塊從存儲模塊中獲取解調(diào)后的原始數(shù)據(jù)，通過2個(gè)解碼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行幀同步、解擾、低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)譯碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)校驗(yàn)等處理生成AOS幀格式數(shù)據(jù)，將解碼后的數(shù)據(jù)通過DTM送入網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，數(shù)據(jù)判讀信息上報(bào)給UTM。解碼節(jié)點(diǎn)中的LDPC譯碼和CRC校驗(yàn)?zāi)軐υ紨?shù)據(jù)中的誤碼進(jìn)行識別和剔除，恢復(fù)成正常的數(shù)據(jù)。2個(gè)去格式節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊獲取解碼后數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲，同時(shí)完成解AOS格式、分路和數(shù)據(jù)判讀，恢復(fù)成9路虛擬信道完整的數(shù)據(jù)，將去格式后的數(shù)據(jù)通過DTM送入網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，數(shù)據(jù)判讀信息上報(bào)給UTM。8個(gè)解壓縮節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊獲取各虛擬信道的完整數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲，對去格式后的多路數(shù)據(jù)并行完成解壓縮處理和數(shù)據(jù)判讀，將解壓縮后的數(shù)據(jù)通過DTM送入網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，數(shù)據(jù)判讀信息上報(bào)給UTM。2個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊獲取解壓縮后的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲，進(jìn)行圖像抽點(diǎn)輸出、輔助數(shù)據(jù)提取等處理和數(shù)據(jù)判讀，將處理后的數(shù)據(jù)通過DTM送入網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，數(shù)據(jù)判讀信息上報(bào)給UTM。最終，2臺快視終端從網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊獲取圖像數(shù)據(jù)和服務(wù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行高速格式化顯示和數(shù)據(jù)判讀。

2 創(chuàng)新性分析

本文設(shè)計(jì)的面向飛行任務(wù)的關(guān)鍵測試系統(tǒng)，技術(shù)創(chuàng)新有以下幾點(diǎn)。

(1)相比以往遙感衛(wèi)星以分系統(tǒng)功能性能測試驗(yàn)證為主，測試流程反復(fù)、測試有效性不足的問題，資源一號02D衛(wèi)星以衛(wèi)星在軌飛行任務(wù)為總體測試目標(biāo)，結(jié)合飛行程序規(guī)定時(shí)序，形成了典型飛行任務(wù)剖面序列。以面向任務(wù)為目標(biāo)的測試方案，針對飛行程序中的每個(gè)任務(wù)階段研制通用的測試系統(tǒng)，一次測試就能充分模擬在軌各種任務(wù)場景，不僅提高了測試的有效性，同時(shí)保證了復(fù)雜系統(tǒng)邏輯驗(yàn)證覆蓋的完備性，為在軌飛行零故障提供了有力支持，具備推廣價(jià)值。

(2)使用火工品等效器和通用數(shù)字示波器的傳統(tǒng)測試系統(tǒng)，只能檢查通路的對應(yīng)關(guān)系，無法評估火工品信號相關(guān)指標(biāo)的缺陷。資源一號02D衛(wèi)星采用的智能模塊化火工品測試系統(tǒng)，在發(fā)火試驗(yàn)時(shí)對火工品的起爆電流、起爆電壓脈寬及系統(tǒng)間是否產(chǎn)生干擾進(jìn)行測試驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對火工品控制電路測試過程的精確測試驗(yàn)證。該系統(tǒng)軟硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，具備遠(yuǎn)程監(jiān)視操作功能，通過合理劃分各模塊，便于故障定位與隔離。另外，模塊參數(shù)可調(diào)，能夠靈活配置輸入?yún)?shù)。系統(tǒng)等效模塊具有可擴(kuò)展性，集成度高，能實(shí)現(xiàn)不同衛(wèi)星的通用性測試應(yīng)用。

(3)自主任務(wù)規(guī)劃推演系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地完成衛(wèi)星自主任務(wù)推演工作，還能夠提供豐富的診斷信息，輔助設(shè)計(jì)人員快速定位錯(cuò)誤點(diǎn)及分析錯(cuò)誤原因。另外，該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了資源一號02D衛(wèi)星自主任務(wù)管理的相關(guān)功能特點(diǎn)，任務(wù)上注仿真驗(yàn)證時(shí)間小于2 s，上注方式由單任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)作優(yōu)化后的批量任務(wù)，有效支撐了衛(wèi)星熱試驗(yàn)、運(yùn)控對接等長期考核模式，滿足衛(wèi)星自主任務(wù)功能驗(yàn)證需求，具有批量檢測、高效運(yùn)行等應(yīng)用特點(diǎn)。

(4)以往遙感衛(wèi)星研制的通用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，基帶處理是通過共享存儲系統(tǒng)進(jìn)行前后級數(shù)據(jù)的讀寫，網(wǎng)絡(luò)傳輸存在速率處理瓶頸[8-10]，數(shù)據(jù)判讀自動(dòng)化欠缺且不充分，硬件資源無法統(tǒng)籌共享。資源一號02D衛(wèi)星設(shè)計(jì)的有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，同時(shí)具備數(shù)據(jù)處理、顯示、判讀、分析、存儲、訂閱6個(gè)方面的能力，前后級數(shù)據(jù)的處理通過萬兆網(wǎng)絡(luò)直連，進(jìn)一步提高了處理性能。依托各處理節(jié)點(diǎn)開發(fā)的數(shù)據(jù)判讀功能，實(shí)現(xiàn)了基帶處理全過程的數(shù)據(jù)自動(dòng)化判讀，全面提升了衛(wèi)星有效載荷數(shù)據(jù)判讀的效率和質(zhì)量。通過系統(tǒng)資源調(diào)度功能，實(shí)現(xiàn)多星共用一套硬件處理資源，這將在高分辨率批產(chǎn)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)級測試中有廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)束語

本文以資源一號02D衛(wèi)星在軌飛行任務(wù)為總體測試目標(biāo)，結(jié)合飛行程序規(guī)定時(shí)序，形成了典型飛行任務(wù)剖面序列。針對每個(gè)典型飛行任務(wù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并研制了通用化的地面關(guān)鍵測試系統(tǒng)，即發(fā)射前階段和發(fā)射階段設(shè)計(jì)了綜合測試數(shù)據(jù)判讀系統(tǒng)，狀態(tài)建立階段設(shè)計(jì)了智能模塊化火工品測試系統(tǒng)，在軌測試階段設(shè)計(jì)了通用自主任務(wù)規(guī)劃推演系統(tǒng)，在軌應(yīng)用階段設(shè)計(jì)了通用載荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。以上4個(gè)系統(tǒng)能充分模擬在軌各種任務(wù)場景，有效保證復(fù)雜系統(tǒng)邏輯驗(yàn)證覆蓋的完備性。關(guān)鍵測試系統(tǒng)在資源一號02D衛(wèi)星系統(tǒng)級測試中應(yīng)用，完全滿足衛(wèi)星的測試需求，可推廣應(yīng)用到其他高、中、低軌遙感衛(wèi)星的綜合測試任務(wù)中。