CN101706573B

CN101706573B - 空间光学遥感器的集成仿真测试方法

Info

Publication number: CN101706573B
Application number: CN2009102078298A
Authority: CN
Inventors: 胡君; 曹小涛; 王栋; 吴伟平; 徐抒岩
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: CN101706573A

Abstract

空间光学遥感器的集成仿真测试方法，属于集成仿真测试技术。由综合分析处理设备、专项仿真测试设备、辅助仿真测试设备和同步时钟设备组成的综合仿真测试系统，连接在被测的空间光学遥感器上，实现对空间光学遥感器的实时并行集成闭环仿真测试。在同步时钟设备提供的统一时间基准下，首先专项仿真测试设备模拟空间飞行器控制系统的工作或空间光学遥感器的重要部件、单元或特殊功能，采集空间光学遥感器的状态、数据和信号，并将其传输给综合分析处理设备；然后综合分析处理设备将分析结果实时传输给辅助仿真测试设备显示、打印并实时传输给专项仿真测试设备，形成闭环仿真测试。达到在地面快速准确预测、判断和评价空间光学遥感器的目的。

Description

空间光学遥感器的集成仿真测试方法

技术领域

本发明属于工业自动化领域，涉及对空间光学遥感器的集成仿真测试技术。

背景技术

空间光学遥感器是空间飞行器的核心设备，空间飞行器控制系统向空间光学遥感器发布命令和控制参数，控制光学成像系统完成对地面景物的摄像任务，如图2所示。通常空间光学遥感器从初样研制到正样发射，必须要经过桌面联试、电性测试、各种环境试验测试和电磁兼容性测试等多次综合测试工作。一般需经历方案论证、设计、初样研制、正样研制和飞行试验五个阶段。除方案论证外，从设计、初样的桌面联试、电性联试、发射场合练到正样发射的各个阶段以及各种环境下都需要对分系统和整机的功能和性能进行完整的测试。

空间光学遥感器设计阶段的测试，通常由一些互相独立的分离测试设备组成，分时间、分阶段和分单元部件地对空间光学遥感器某一特定功能或性能进行检测。伴随着空间光学遥感器技术的飞速发展，这些设备的覆盖测试功能较少，只限于部分分系统测试，而且还存在着功能不全、性能不优、精度不高和无综合分析判断能力等缺点，已经远远不能满足空间光学遥感器测试的要求，不能承担对空间光学遥感器进行自动的地面综合测试任务，从而给空间光学遥感器的研制带来了困难。因此开发操作简单、功能强大、测试速度快、具有长时间检测、监测、分析能力、同时满足综合和专项仿真测试需要的集成测试方法已成为必然的趋势。

发明内容

本发明的目的是提出一种空间光学遥感器的集成仿真测试方法，能够模拟空间光学遥感器的重要部件、单元和特殊功能，能实现长时间并行实时监视、记录和检测空间光学遥感器的工作状态，能够完成在地面对空间光学遥感器进行集成专项测试和综合测试、能够对空间光学遥感器的工作状态数据进行系统评价。

本发明方法是将由综合分析处理设备、专项仿真测试设备、辅助仿真测试设备和同步时钟设备组成的综合仿真测试系统连接在被测的空间光学遥感器上，对空间光学遥感器的整机和分系统的功能和性能进行实时并行闭环仿真检测。其中专项仿真测试设备包括电源监控设备、图像快视及记录设备、飞行器控制信息仿真测试设备、内部模块控制信息仿真测试设备、数字热控仿真测试设备、调焦偏流仿真测试设备、程控遥测检测设备和动态目标发生器；辅助仿真测试设备包括监显设备、网络打印机和交换机；同步时钟设备包括GPS网络时钟设备和同步时钟电路。其测试方法为：

a.将专项仿真测试设备、辅助仿真测试设备和同步时钟设备，与综合分析处理设备和空间光学遥感器进行物理连接。

b.开启辅助仿真测试设备和同步时钟设备。

c.开启综合分析处理设备，运行综合分析处理软件。

d.启动各专项仿真测试设备工作，模拟空间飞行器控制系统的工作；或模拟空间光学遥感器的重要部件、单元或特殊功能的工作；并行实时采集空间光学遥感器的状态、数据和信号，将这些信息预处理之后，再缓存于专项仿真测试设备中。

e.以同步时钟设备提供的时间基准，每隔一定的时间间隔将各个专项仿真测试设备缓存的状态、数据和信号传输给综合分析处理设备，并进行实时分类存储。

f.每接收完一组信息后，将其与预置在综合分析处理设备内的对应信息进行比对分析，评价本组状态、数据和信号是否正确。

g.如果分析结果正确，将需要的信息实时传输给辅助仿真测试设备进行显示或打印；将需要反馈的仿真数据，实时传输给相应的专项仿真测试设备，并准备下一组数据的接收。专项仿真测试设备并行实时接收反馈仿真数据，调整仿真参数，形成一次闭环仿真测试。

h.如果分析结果错误，停止数据的接收，将错误状态、数据和信号实时传输给辅助仿真测试设备进行显示或打印。

i.当处理完本次测试的所有信息后，对本次测试进行综合分析和计算，判断空间光学遥感器的功能和性能是否合乎指标要求，并将分析结果实时传输给辅助仿真测试设备进行显示或打印。

j.当本次测试的综合分析、计算、显示和打印完成后，关闭专项仿真测试设备、辅助仿真测试设备和同步时钟设备，关闭综合分析处理设备。

本发明方法的优点是：

1.本发明能够在空间光学遥感器研制的方案论证、设计、初样研制和正样研制阶段，对其分系统和整机进行集成专项仿真测试和综合仿真测试，缩短了空间光学遥感器的研制周期。能够对空间光学遥感器的工作状态进行综合分析处理，达到在地面准确预测、判断和评价空间光学遥感器的目的，同时也避免了由于仿真测试设备的局限性造成的片面性结论。

2.由于充分利用了计算机的计算速度、计算精度、大量数据处理、实时显示、打印、记录的能力和计算机网络的实时传输能力。在仿真测试的过程中，可实时并行监控空间光学遥感器的各种工作状态，从而解决了空间光学遥感器的实时集成检测技术问题。

附图说明

图1空间光学遥感器集成仿真测试系统的结构示意图；

图2空间光学遥感器的基本结构原理示意图；

图3专项仿真测试设备与空间光学遥感器连接关系示意图；

图4同步时钟设备基本原理示意图；

图5空间光学遥感器集成仿真测试系统网络结构示意图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明进行详细说明，以便对本发明的目的、特征及优点进行更深入的理解。

参照图2，空间光学遥感器6的基本结构，由7部分分系统组成，空间光学遥感器主体8，包括镜筒、支撑等机械结构。光学分系统9，包括多块光学镜片。CCD(Charge Coupled Device)分系统10，包括多片CCD芯片、CCD控制电路、CCD数据采集处理电路、与飞行器控制系统通讯的图像传输电路和与主控分系统的通讯电路。主控分系统11，包括信号控制电路，与飞行器控制系统的通讯电路、与CCD分系统的通讯电路。调焦分系统12，包括调焦电机和调焦编码器。热控分系统13，包括分布在空间光学遥感器主体上不同部位的多路热敏电阻和加热器。偏流分系统14，包括调偏流电机和调偏流编码器。

空间飞行器控制系统7，根据导航系统给出的当前轨道的方位、高度、速度和倾斜角度等信息，实时向主控分系统11发布拍摄、调焦、调偏流、像移补偿、热控等命令，主控分系统11依据控制命令执行相应操作。依据拍摄命令控制光学分系统9和CCD分系统10成像并完成向空间飞行器控制系统7传输图像数据；依据调焦命令控制调焦分系统12完成焦距的调整；依据热控命令执行热控分系统13对相关的区域加热或不加热；依据调偏流命令控制偏流分系统14调整偏流角。从而完成一次命令的执行过程。

参照图1，空间光学遥感器集成仿真测试系统的基本结构原理。本发明方法是将由综合分析处理设备1、专项仿真测试设备2、辅助仿真测试设备3和同步时钟设备4组成的综合仿真测试系统5连接在被测的空间光学遥感器6上。

以下详细介绍各部分组成及功能：

1)综合分析处理设备

综合分析处理设备1，由1台服务器，1台交换机，1套综合分析处理软件和1套综合数据库软件组成。主要工作包括接收专项仿真测试设备2实时采集的空间光学遥感器6的状态、数据和信号；对信息实时解析、存储和自动判读；进行综合分析计算；为辅助仿真测试设备3传输信息和分析结果；为专项仿真测试设备2提供并传输反馈仿真数据。

2)专项仿真测试设备

专项仿真测试设备2，模拟空间飞行器控制系统7的工作；模拟空间光学遥感器6的重要部件、单元或特殊功能的工作；实时并行采集空间光学遥感器6的状态、数据和信号。包括电源监控设备15、图像快视及记录设备16、飞行器控制信息仿真测试设备17、内部模块控制信息仿真测试设备18、数字热控仿真测试设备19、调焦偏流仿真测试设备20、程控遥测检测设备21和动态目标发生器22。专项仿真测试设备2与空间光学遥感器6的物理连接如图3所示。

电源监控设备15由1台微型计算机和1套电源监控软件组成；图像快视及记录设备16由5台微型计算机、1个数据转接盒、5块CLSAS采集卡、5套Stream5软件组成；飞行器控制信息仿真测试设备17由2台微型计算机、2块1553B采集卡、1块硬件中断卡、1套1553B仿真监控软件和1套1553B总线监视软件组成；内部模块控制信息仿真监控设备18由1台工控机、1块CP134串口卡、1块硬选通卡和1套RS-422仿真测试软件组成；数字热控仿真测试设备19由1台工控机、1个热控模拟负载箱、2块热控电路板、1块PCI8319采集卡和1套热控温测仿真软件组成；调焦偏流仿真测试设备20由 1台工控机、2块调焦偏流处理电路板、2块模拟电机负载分压卡、1块CP134串口卡和1套偏流调焦仿真监控软件组成；程控遥测监测设备21由1台工控机、1块程控卡、1块PCI8319采集卡和1套程控遥测仿真软件组成；动态目标发生器22由1组光学镜头、1套机械结构、2块控制电路板、1台微型计算机、1块CP134串口卡和1套目标发生器控制软件组成。

3)辅助仿真测试设备

辅助仿真测试设备3，包括监显设备23、网络打印机24和交换机25。监显设备23由1台微型计算机和1套监显软件组成，接收综合分析处理设备1经由网络传输的状态数据处理结果并进行实时显示；网络打印机24为1台HP Laserjet 5000打印机，接收综合分析处理设备1的状态数据处理结果并进行实时打印处理。交换机25辅助完成整个测试系统的网络连接。

4)同步时钟设备

参照图4，同步时钟设备4由1套GPS网络时钟设备25、放置在综合分析处理设备和每套专项仿真测试设备机箱PCI插槽内的同步时钟电路板26构成，为整个集成测试系统提供统一的时间基准。同步时钟电路板26由RS-485处理电路27，FPGA(Field ProgrammingGate Arrays)28和PCI协议处理电路29组成。在本实例中，RS-485处理电路27采用MAX485芯片；FPGA28采用Xilinx公司的SPARTAN 3；PCI协议处理电路29采用PCI9054芯片。

系统启动后，GPS网络时钟设备25实时接收GPS时钟信号，经由RS-485总线为每个同步时钟电路板26提供一个初始的时间信息，然后每隔1s为每个同步时钟电路板26提供1个秒脉冲信号。同步时钟电路板26接收到初始的时间信息后，FPGA28以48MHz的时钟频率开始计时，并且每接到一个秒脉冲信号重新进行一次对时调整。FPGA28控制PCI9054实时将计时信息经由PCI总线传输给所连接的设备。

5)系统网络结构

本实例构建了如图5所示的千兆以太网络结构，在图5每台设备中配有千兆网卡，数据经过网络协议的打包、封装和分用，通过千兆网卡，实现在网络中的传输。

本实例的详细测试步骤如下：

a.依据测试任务确定所需的专项仿真测试设备2、辅助仿真测试设备3和同步时钟设备4，将其与综合分析处理设备1和空间光学遥感器6进行物理连接，测试不同项目的物理连接方法分别是：对于专项仿真测试设备2，无论是集成专项仿真测试还是综合仿真测试，都需将电源监控设备15、飞行器控制信息仿真测试设备17和程控遥测检测设备21连接在被测的空间光学遥感器6上。在集成专项仿真测试中如果需要测试光学分系统9和CCD分系统10的成像功能和质量，还需将图像快视及记录设备16连接在被测的空间光学遥感器6上；如果需要测试主控分系统11和CCD分系统10之间的通讯或单独测试CCD分系统10，还需将内部模块控制信息仿真测试设备18连接在被测的空间光学遥感器6上；如果需要测试主控分系统11执行热控命令的功能和性能，还需将数字热控仿真测试设备19连接在被测的空间光学遥感器6上；如果需要测试主控分系统11执行调焦和调偏流命令的功能和性能，还需将调焦偏流仿真测试设备20连接在被测的空间光学遥感器6上；如果需要测试主控分系统11执行像移补偿命令的功能和性能，还需将动态目标发生器22连接在被测的空间光学遥感器6上。对于辅助仿真测试设备3，无论是集成专项仿真测试还是综合仿真测试，都需将交换机25连接在被测的空间光学遥感器6上；当需要实时显示测试结果时，需将监显设备23连接在被测的空间光学遥感器6上；当需实时打印测试结果时，需将网络打印机24连接在被测的空间光学遥感器6上。对于同步时钟设备4，无论是集成专项仿真测试还是综合仿真测试，都需将GPS网络时钟设备25和所需的同步时钟电路板26连接在被测的空间光学遥感器6上。对于综合分析处理设备1，无论是集成专项仿真测试还是综合仿真测试，都需将其全部模块连接在被测的空间光学遥感器6上。

b.开启所选择的辅助仿真测试设备3和同步时钟设备4。

c.开启综合分析处理设备1，运行综合分析处理软件。

d.启动各专项仿真测试设备2工作，模拟空间飞行器控制系统7的工作；或模拟空间光学遥感器6的重要部件、单元或特殊功能的工作；并行实时采集空间光学遥感器6的状态、数据和信号，将这些信息预处理之后，再缓存于本身专项仿真测试设备2中。各个专项仿真测试设备2的详细工作为：电源监控设备15实时采集电源的电压、电流和功耗；飞行器控制信息仿真测试设备17模拟空间飞行器控制系统7与主控分系统11的1553B总线通讯功能，为主控分系统11提供数据输入，并可实时采集1553B总线上传输的数据；程控遥测监测设备21模拟飞行器控制系统7向主控分系统11发送程控指令，并可实时采集遥测信号；图像快视及记录设备16实时并行采集CCD分系统10传输的5路图像数据信号；内部模块控制信息仿真测试设备18模拟主控分系统11和CCD分系统10之间的RS-422通讯功能，并实时采集RS-422总线上相互通讯的信息；数字热控仿真测试设备19模拟热控分系统13的热敏电阻和加热器模块，并实时采集加热器的工作状态；调焦偏流仿真测试设备20模拟调焦分系统12和偏流分系统14的电机和编码器模块，并实时采集主控分系统11的电机驱动信号；动态目标发生器22模拟相对空间飞行器的地面像移，为空间光学遥感器6提供匀速或变速运动目标。

e.以同步时钟设备4提供的时间基准，综合分析处理设备1每隔一定的时间间隔向每个专项仿真测试设备2发送一个取信息指令，设专项仿真测试设备2在同步采样时刻t时依据指令将缓存的状态、数据和信号X(t)＝x₁(t)，x₂(t)，…x_n(t)(其中x_i(t)表示第i(1≤i≤n)个专项仿真测试设备在t时刻的输入)传输给综合分析处理设备1，综合分析处理设备1依据通信协议将接收的信息实时解析为X′(t)＝x′₁(t)，x′₂(t)，…x′_n(t)，依据专项仿真测试设备2的不同对信息进行实时分类存储。

f.每接收处理完一组信息后，综合分析处理设备1将X′(t)与预置在综合分析数据库内的对应时刻的正确信息

进行比对分析，判断

是否成立。

g.如果综合分析处理设备1将需要的信息实时传输给辅助仿真测试设备3进行显示或打印；将综合分析数据库数据库中下一采样时刻t₁的仿真数据

(m≤n)实时反馈给所需的专项仿真测试设备2。专项仿真测试设备2并行实时接收反馈仿真数据，调整仿真参数，形成一次闭环仿真测试。

h.如果

停止数据的接收，将错误状态、数据和信号实时传输给辅助仿真测试设备3进行显示或打印。

i.当处理完本次测试的所有信息后，综合分析处理设备1对存储的本次测试的全部数据进行综合分析和计算，判断空间光学遥感器6的功能和性能是否合乎指标要求，给出状态数据的时间变化曲线，对状态数据进行统计分析和可靠性计算等。并将分析结果实时传输给辅助仿真测试设备3进行显示或打印。

j.当本次测试的综合分析、计算、显示和打印完成后，关闭专项仿真测试设备2、辅助仿真测试设备3和同步时钟设备4，关闭综合分析处理设备1。

Claims

1.空间光学遥感器的集成仿真测试方法，将由综合分析处理设备(1)、专项仿真测试设备(2)、辅助仿真测试设备(3)和同步时钟设备(4)组成的综合仿真测试系统(5)连接在被测的空间光学遥感器(6)上，对空间光学遥感器(6)的整机或分系统的功能和性能进行实时并行集成闭环仿真检测；其特征在于利用上述设备进行集成仿真测试的方法步骤是：

a.将专项仿真测试设备(2)、辅助仿真测试设备(3)和同步时钟设备(4)，与综合分析处理设备(1)和空间光学遥感器(6)进行物理连接；

b.开启辅助仿真测试设备(3)和同步时钟设备(4)；

c.开启综合分析处理设备(1)，运行综合分析处理软件；

d.启动各专项仿真测试设备(2)工作，模拟空间飞行器控制系统(7)的工作；或模拟空间光学遥感器(6)的重要部件、单元或特殊功能的工作；并行实时采集空间光学遥感器(6)的状态、数据和信号，将这些信息预处理之后，再缓存于专项仿真测试设备(2)中；

e.以同步时钟设备(4)提供的时间基准，每隔一定的时间间隔将各个专项仿真测试设备(2)缓存的状态、数据和信号传输给综合分析处理设备(1)，并进行实时分类存储；

f.每接收完一组信息后，将其与预置在综合分析处理设备(1)内的对应信息进行比对分析，评价本组状态、数据和信号是否正确；

g.如果分析结果正确，将需要的信息实时传输给辅助仿真测试设备(3)进行显示或打印；将需要反馈的仿真数据，实时传输给相应的专项仿真测试设备(2)，并准备下一组数据的接收；专项仿真测试设备(2)并行实时接收反馈仿真数据，调整仿真参数，形成一次闭环仿真测试；

h.如果分析结果错误，停止数据的接收，将错误状态、数据和信号实时传输给辅助仿真测试设备(3)进行显示或打印；

i.当处理完本次测试的所有信息后，对本次测试进行综合分析和计算，判断空间光学遥感器(6)的功能和性能是否合乎指标要求，并将分析结果实时传输给辅助仿真测试设备(3)进行显示或打印；

j.当本次测试的综合分析、计算、显示和打印完成后，关闭专项仿真测试设备(2)、辅助仿真测试设备(3)和同步时钟设备(4)，关闭综合分析处理设备(1)。

2.根据权利要求1所述的空间光学遥感器的集成仿真测试方法，其特征在于测试不同项目的测试步骤a的物理连接方法包括：

对于专项仿真测试设备(2)，无论是集成专项仿真测试还是综合仿真测试，都需将电源监控设备(15)、飞行器控制信息仿真测试设备(17)和程控遥测检测设备(21)连接在被测的空间光学遥感器(6)上；

在集成专项仿真测试中如果需要测试光学分系统(9)和CCD分系统(10)的成像功能和质量，还需将图像快视及记录设备(16)连接在被测的空间光学遥感器(6)上；

如果需要测试主控分系统(11)和CCD分系统(10)之间的通讯或单独测试CCD分系统(10)，还需将内部模块控制信息仿真测试设备(18)连接在被测的空间光学遥感器(6)上；

如果需要测试主控分系统(11)执行热控命令的功能和性能，还需将数字热控仿真测试设备(19)连接在被测的空间光学遥感器(6)上；

如果需要测试主控分系统(11)执行调焦和调偏流命令的功能和性能，还需将调焦偏流仿真测试设备(20)连接在被测的空间光学遥感器(6)上；

如果需要测试主控分系统(11)执行像移补偿命令的功能和性能，还需将动态目标发生器(22)连接在被测的空间光学遥感器(6)上；

对于辅助仿真测试设备(3)，无论是集成专项仿真测试还是综合仿真测试，都需将交换机(25)连接在被测的空间光学遥感器(6)上；当需要实时显示测试结果时，需将监显设备(23)连接在被测的空间光学遥感器(6)上；当需实时打印测试结果时，需将网络打印机(24)连接在被测的空间光学遥感器(6)上；

对于同步时钟设备(4)，无论是集成专项仿真测试还是综合仿真测试，都需将GPS网络时钟设备(25)和所需的同步时钟电路板(26)连接在被测的空间光学遥感器(6)上；

对于综合分析处理设备(1)，无论是集成专项仿真测试还是综合仿真测试，都需将其全部模块连接在被测的空间光学遥感器(6)上。

3.根据权利要求1所述的空间光学遥感器的集成仿真测试方法，其特征在于测试方法步骤d中各个专项仿真测试设备(2)的具体测试方法为：电源监控设备(15)实时采集电源的电压、电流和功耗；飞行器控制信息仿真测试设备(17)模拟空间飞行器控制系统(7)与主控分系统(11)的1553B总线通讯功能，为主控分系统(11)提供数据输入，并可实时采集1553B总线上传输的数据；程控遥测监测设备(21)模拟飞行器控制系统(7)向主控分系统(11)发送程控指令，并可实时采集遥测信号；图像快视及记录设备(16)实时并行采集CCD分系统(10)传输的5路图像数据信号；内部模块控制信息仿真测试设备(18)模拟主控分系统(11)和CCD分系统(10)之间的RS-422通讯功能，并实时采集RS-422总线上相互通讯的信息；数字热控仿真测试设备(19)模拟热控分系统(13)的热敏电阻和加热器模块，并实时采集加热器的工作状态；调焦偏流仿真测试设备(20)模拟调焦分系统(12)和偏流分系统(14)的电机和编码器模块，并实时采集主控分系统(11)的电机驱动信号；动态目标发生器(22)模拟相对空间飞行器的地面像移，为空间光学遥感器(6)提供匀速或变速运动目标。