CN103186103A - 星载设备模拟器及整星模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星载设备模拟器及采用该星载设备模拟器的整星模拟系统。该星载设备模拟器包括控制器板卡、智能板卡、标准机箱和接口转接箱，所述控制器板卡和所述智能板卡都设置在所述标准机箱中并通过标准总线连接通信，所述标准机箱与所述接口转接箱连接。本发明具有扩展性和灵活性强，降低研制成本，缩短研制周期等优点。

Description

星载设备模拟器及整星模拟系统

技术领域

本发明涉及一种星载设备模拟器及采用该星载设备模拟器的整星模拟系统。

背景技术

微小卫星事业的发展其中一个特点即为研制周期短，研制成本低。测试是其中很重要环节，测试设备的通用化、产品化、易于扩展等特性可以缩短测试设备研制周期，降低测试成本，从而达到缩短卫星研制周期及降低研制成本的目标。

微小卫星的发展采用了很多新的技术，如何在较短的时间内低风险、高可靠性地完成研制任务，通过加强对卫星单机、分系统、单机与单机之间、分系统与分系统之间的对接联试等测试工作，提前验证采用的新技术，可降低卫星研制的风险，提高卫星研制的可靠性。所以同时还应提高测试设备安全性和可靠性，以完成高质量和高可靠的测试任务。

成熟可靠的测试设备通过采用通用硬件和软件平台，构建测试设备平台化产品。应能满足不同型号卫星的测试任务，圆满完成对卫星单机、分系统的测试、调试和试验任务。

现有技术的星载设备模拟器主要作为卫星单机或分系统的测试设备，一般由被测对象研制厂家生产。该测试设备存在专研专用、重复开发，设备接口不匹配等缺点，进而导致扩展性和灵活性差，研发成本高，研发周期长等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术星载设备模拟器存在的扩展性和灵活性差、研发成本高、研发周期长等技术问题，本发明提供一种星载设备模拟器及采用该星载设备模拟器的整星模拟系统。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供一种星载设备模拟器，其包括控制器板卡、智能板卡、标准机箱和接口转接箱，所述控制器板卡和所述智能板卡都设置在所述标准机箱中并通过标准总线连接通信，所述标准机箱与所述接口转接箱连接。

优选的，所述星载设备模拟器还包括交直流电源转换板卡，所述交直流电源转换板卡设置在所述标准机箱中，所述交直流电源转换板卡连接外部电源并通过标准总线与所述控制器板卡、所述智能板卡连接并通信。

优选的，所述交直流转换电源板卡用于将外部输入的220V交流电压转换为±5V直流电压、±12V的直流电压、±24V的直流电压。

优选的，所述控制器板卡包括CPU主板、内存、硬盘和I/O端口，所述内存、所述硬盘和所述I/O端口都与所述CPU主板连接。

优选的，所述智能板卡用于实现对星载设备模拟器的输入输出信号进行采集、控制或数据交互，所述智能板卡为数字量输入输出板卡、A/D采集板卡、D/A输出板卡或通信协议板卡，所述通信协议板卡为串口板卡或CAN总线板卡。

优选的，所述标准机箱为金属电磁屏蔽箱体，所述的标准机箱内部设置有多槽母板，所述多槽母板上设置有多个标准总线接口。

优选的，所述标准机箱包括设置在所述多槽母板上的后插板，所述智能板卡与所述后插板连接。

优选的，所述接口转接箱一端通过电缆网与外部被测对象的接口，另一端通过转接电缆与机箱后插板上的接口连接。

优选的，所述智能板卡采用现场可编程门阵列的数字电路。

本发明还提供一种整星模拟系统，其包括都采用上述任一所述的星载设备模拟器的第一星载设备模拟器和第二星载设备模拟器，所述第一星载设备模拟器用于模拟星载计算机模拟器的接口和通信协议，所述第二星载设备用于模拟平台及载荷设备模拟器的接口和通信协议。

相较于现有技术，本发明的主要有益效果在于：

本发明所采用的星载设备模拟器可模拟星载设备的供电接口、通信接口、指令接口、数学算法等功能，充分利用了智能板卡的通用性，通过相应软件的配置和接口转接箱的接口，即可实现模拟不同星载设备的相应功能，从而提供了一种易更新、易扩展、模拟仿真的通用化设备，降低了研制成本，缩短了研制周期。另外，各种智能板卡采用现场可编程门阵列FPGA数字电路，方便用户编程，使得系统具有一定的灵活性和可扩展性。

附图说明

图1为本发明实施例1星载设备模拟器的方框示意图；

图2为本发明实施例2星载设备模拟器的方框示意图；

图3为本发明实施例3的采用实施例1星载设备模拟器的模拟整星系统的方框示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明提供的一种星载设备模拟器，其包括控制器板卡、智能板卡、交直流电源转换板卡、标准机箱和接口转接箱，所述控制器板卡、所述智能板卡和所述交直流电源转换板卡都设置在所述标准机箱中并通过标准总线连接通信，所述标准机箱与所述接口转接箱连接。其中，所述标准总线可以为PXI总线。

所述控制器板卡用于接收外部指令数据并进行数据运算、存储。所述控制器板卡包括CPU主板、内存、硬盘和I/O端口，所述内存、所述硬盘和所述I/O端口都与所述CPU主板连接。所述控制器板卡可适用于多种不同的实时操作系统，具有复杂运算、通讯、数据存储等功能，且可通过标准总线与智能板卡实现数据交换。

所述智能板卡用于实现对星载设备模拟器的输入输出信号进行采集、控制或数据交互。所述智能板卡可以多种类型的板卡，其按照功能可以分为数字量输入输出板卡、A/D采集板卡、D/A输出板卡、通信协议板卡。其中，所述通信协议板卡根据不同的通信协议又可分为串口板卡、CAN总线板卡。所述智能板卡可采用现场可编程门阵列(FPGA)的数字电路，方便用户编程。

所述交直流电源转换板卡连接外部电源，并通过标准总线与所述控制器板卡、智能板卡连接，其用于将外部输入的220V交流电压转换为±5V直流电压、±12V的直流电压、±24V的直流电压，即通过标准总线为所述星载模拟器内的各板卡提供稳定的直流供电。具有相同接口的各板卡都采用相同的供电结构，从而在板卡插错槽时不会对电路造损坏。

所述标准机箱为金属电磁屏蔽箱体，所述的标准机箱内部设置有多槽母板，所述多槽母板上设置有多个标准总线接口。所述标准机箱包括设置在所述多槽母板上的后插板，所述智能板卡与所述后插板连接。所述后插板接收所述智能板卡输出的信号，并完成对信号的整形、隔离、单端/差分变换等调理功能。

所述接口转接箱用于匹配所述星载设备输出接口与被测对象的接口，实现信号走线的梳理、调配、电源控制等功能。所述接口转接箱一端通过电缆网与外部被测对象的接口，另一端通过转接电缆与机箱后插板上的接口连接。所述接口转接箱具有电源控制开关，可以控制对各个星载设备的加断电。

实施例2

如图2所示，本发明提供的一种星载设备模拟器与实施例1星载设备模拟器大致相同，其主要区别在于，本发明所述星载设备模拟器仅包括控制器板卡、智能板卡、标准机箱和接口转接箱，所述控制器板卡和所述智能板卡都设置在所述标准机箱中并通过标准总线连接通信，所述标准机箱与所述接口转接箱连接。

实施例3

本发明提供一种整星模拟系统，其包括都采用实施例1所述的星载设备模拟器的第一星载设备模拟器和第二星载设备模拟器，所述第一星载设备模拟器用于模拟星载计算机模拟器的接口和通信协议，所述第二星载设备用于模拟平台及载荷设备模拟器的接口和通信协议。

下面通过可模拟整个卫星的主要接口、通信协议、功能的通用星载设备模拟器为实施例进行具体说明。通过分析整星的主要接口和通信协议，采用实施例1中所述的星载设备模拟器可以模拟星载计算机、星地测控组件、星载设备1、星载设备2、星载设备m、星载设备n等星载设备的接口及通信协议，用于验证星载设备接口、通信协议，测试星载设备功能、性能，以及设备对接试验，为后续星载设备对接联试建立测试、联试平台。

根据整星的接口及通信协议中数据交互的特点，采用第一星载设备模拟器来和第二星载设备模拟器来实现整星的接口和通信协议等功能。所述第一星载设备模拟器用于模拟星载计算机模拟器的接口和通信协议；所述第二星载设备模拟器用于模拟除星载计算机之外的星载设备的接口和通信协议，称之为平台及载荷设备模拟器。具体实施方案如图3所示，所述第一星载设备模拟器、第二星载设备模拟器分别为星载计算机模拟器、平台及载荷设备模拟器。所述第一星载设备模拟器、第二星载设备模拟器即构成了一个完整的星载设备的对接联试平台，可实现对整星接口和通信协议的仿真、测试、验证。

根据所要模拟星载设备的接口和通信协议，选择能实现星载设备相应功能的智能板卡。以所述第一星载设备模拟星载计算机模拟器为实例说明。所述星载计算机模拟器的接口包括模拟量输入接口、开关量输入接口、指令输入接口、指令输出接口、PCM遥控遥测、异步串口接口、通信总线接口。统计和分析星载计算机模拟器的接口信号类型、数量和功能。根据相应智能板卡能实现的功能，确定所述第一星载设备模拟器中需要的智能板卡类型和数量，用于实现对星载计算机模拟器的所有需要仿真和测试的接口和通信协议的模拟。其中，信号的整形、隔离、单端/差分变换等调理功能可以由后插板完成。

具体实施方案为：选用基于PXI总线的智能板卡，其中，PXI5090为控制器板卡，用于数据计算、处理，程序运行；PXI5871用于实现星载计算机模拟器的数字量的采集和PCM遥控遥测接口功能，PXI5374用于实现星载计算机模拟器的指令输出接口功能，PXI5488用于实现星载计算机模拟器的模拟量输入接口功能，PXI5659用于实现星载计算机模拟器的通信总线及异步串口接口功能。

为保证星载计算机模拟器各个智能板卡运行的同步性，需要对各个智能板卡进行时间同步，通过PXI总线特性及现场可编程门阵列(FPGA)编程即可实现智能板卡运行的同步性。

运行所述第一星载设备模拟器及上位机应用软件，在上位机应用软件中对板载软件的参数、通信协议内容等设置，并将这些参数写入智能板卡中，所述第一星载设备模拟器按照设定的板载软件进行运行，即可实现对星载计算机模拟器的不同接口、通信协议的相应功能进行模拟。

所述星载计算机模拟器实现了对星载计算机的接口和通信协议的模拟，可代替星载计算机，与其他先行交付的星载设备进行对接联试，验证星载设备的接口和通信协议。所述星载计算机模拟器通过接口转接箱与被测对象连接，被测对象为其他星载设备，可以为一台或多台星载设备。通过操作上位机应用软件，对被测对象进行数据收发、采集控制、通信协议测试等操作。实现对被测对象的接口、通信协议进行验证。

同理可知，所述平台及载荷模拟器可实现对除星载计算机之外的星载设备的接口和通信协议进行仿真模拟，可用于星载计算机和其他星载设备的功能测试验证。

所述第一星载设备模拟器、第二星载设备模拟器即可实现对整个卫星的所有星载设备的接口和通信协议进行仿真、模拟、测试、验证。通过修改软件配置，可实现对不同星载设备或同一星载设备的不同功能进行模拟。根据星载设备的接口的改变修改接口转接箱与被测对象连接的接口，即可实现对不同卫星的星载设备的接口实现模拟。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种星载设备模拟器，其特征在于，包括控制器板卡、智能板卡、标准机箱和接口转接箱，所述控制器板卡和所述智能板卡都设置在所述标准机箱中并通过标准总线连接通信，所述标准机箱与所述接口转接箱连接。

2.根据权利要求1所述的星载设备模拟器，其特征在于，所述星载设备模拟器还包括交直流电源转换板卡，所述交直流电源转换板卡设置在所述标准机箱中，所述交直流电源转换板卡连接外部电源并通过标准总线与所述控制器板卡、所述智能板卡连接并通信。

3.根据权利要求2所述的星载设备模拟器，其特征在于，所述交直流转换电源板卡用于将外部输入的220V交流电压转换为±5V直流电压、±12V的直流电压、±24V的直流电压。

4.根据权利要求1所述的星载设备模拟器，其特征在于，所述控制器板卡包括CPU主板、内存、硬盘和I/O端口，所述内存、所述硬盘和所述I/O端口都与所述CPU主板连接。

5.根据权利要求1所述的星载设备模拟器，其特征在于，所述智能板卡用于实现对星载设备模拟器的输入输出信号进行采集、控制或数据交互，所述智能板卡为数字量输入输出板卡、A/D采集板卡、D/A输出板卡或通信协议板卡，所述通信协议板卡为串口板卡或CAN总线板卡。

6.根据权利要求1所述的星载设备模拟器，其特征在于，所述标准机箱为金属电磁屏蔽箱体，所述的标准机箱内部设置有多槽母板，所述多槽母板上设置有多个标准总线接口。

7.根据权利要求6所述的星载设备模拟器，其特征在于，所述标准机箱包括设置在所述多槽母板上的后插板，所述智能板卡与所述后插板连接。

8.根据权利要求7所述的星载设备模拟器，其特征在于，所述接口转接箱一端通过电缆网与外部被测对象的接口，另一端通过转接电缆与机箱后插板上的接口连接。

9.根据权利要求1所述的星载设备模拟器，其特征在于，所述智能板卡采用现场可编程门阵列的数字电路。

10.一种整星模拟系统，其特征在于，包括都采用如权利要求1至9任一所述的星载设备模拟器的第一星载设备模拟器和第二星载设备模拟器，所述第一星载设备模拟器用于模拟星载计算机模拟器的接口和通信协议，所述第二星载设备用于模拟平台及载荷设备模拟器的接口和通信协议。

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