CN103914378B - 数字化星载姿控软件测试平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种数字化星载姿控软件测试平台，包括星载姿控软件端和动力学端；所述星载姿控软件端和所述动力学端通过TCP/IP接口实现敏感器数据包和控制指令包的数据交互；所述星载姿控软件端受所述敏感器数据包激励运行，并采用非实时PC机周期运行姿控软件，所述星载姿控软件端内设有一段映射星载计算机RAM空间的内存，实现姿控软件全局变量定义以及姿控软件与其他模块的数据交互。本发明将现有测试环境硬件进行数字化，在对姿控软件改动最小的情形下，将姿控软件运行环境移植至非实时的PC机，保留原有的数据流，并通过TCP/IP数据接口，构成闭环测试平台，解决了硬件和实时约束的弊端。

Description

数字化星载姿控软件测试平台
技术领域
本发明涉及航空、航天测试领域，尤其涉及一种数字化星载姿控软件测试平台。
背景技术
星载软件研制主要分为需求分析、设计和测试三个阶段，其中测试约占整个研制过程50％时间，特别是对于规模、逻辑、计算量等较大的星载姿控软件，其测试的工作量更大。但由于星载软件是运行在专用的硬件环境下的嵌入式软件，其测试过程还受硬件平台限制，导致星载姿控软件测试容易成为星载软件研制的短板，甚至会影响整个卫星研制过程的进度。
针对星载姿控软件具有与硬件环境关联较小的特性，现有技术提出一种数字化的星载姿控软件测试平台方案，采用硬件引入闭环方式进行星载姿控软件测试。参见附图1，现有星载姿控软件测试环境示意图。姿控软件10运行于实时嵌入式硬件环境(即星载计算机11)中，其采集敏感器12的数据并进行计算和处理，得到控制指令，输出至执行机构13；同时姿控仿真机14采集执行机构13控制量，利用执行机构13控制量进行递推，得到当前卫星姿态，进而反算出敏感器12预期值，将值输出至敏感器12，通过此种方式实现闭环运行。该方案可快捷建立测试平台并将其用于姿控软件调试、测试，规避硬件约束的同时，大大提高软件测试效率。
上述测试环境中，星载计算机11、敏感器12、执行机构13均为星上单机，姿控仿真机14一般采用PC机+接口板卡的形式搭建，也即测试需要硬件支持；同时该测试环境为实时系统，则测试所需时间与真实时间一致，导致测试方法受硬件约束同时效率较低，造成软件研制往往落后于硬件，且软件测试无法与硬件研制同步，从而拉长了整个卫星型号研制的周期。
因此，需要提供一种新的星载姿控软件测试平台，以解决现有测试平台受硬件和实时约束的问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中现有测试平台受硬件和实时约束的问题，提供一种数字化星载姿控软件测试平台，将姿控软件运行环境移植至非实时的PC机，并通过TCP/IP数据接口构成闭环测试平台，解决了硬件和实时约束的弊端。
为实现上述目的，本发明提供了一种数字化星载姿控软件测试平台，包括星载姿控软件端和动力学端；所述星载姿控软件端和所述动力学端通过TCP/IP接口实现敏感器数据包和控制指令包的数据交互；所述星载姿控软件端受所述敏感器数据包激励运行，并采用非实时PC机周期运行姿控软件，所述星载姿控软件端内设有一段映射星载计算机RAM空间的内存，实现姿控软件全局变量定义以及姿控软件与其他模块的数据交互。
进一步，所述敏感器数据包由动力学端发送至星载姿控软件端，所述敏感器数据包由固定数据帧头、星上时间和各单机数据组成。各单机数据中模拟量采用转换之后的数字量输出。
进一步，所述控制指令包由星载姿控软件端发送至动力学端，所述控制指令包由固定数据帧头以及动力学端所需执行机构控制指令数据组成。
所述星载姿控软件端进一步包括输入数据处理模块、姿控软件运行模块以及输出数据处理模块；所述输入数据处理模块用于将接收到的敏感器数据包进行解析处理，并存至所述星载姿控软件端内存中指定位置，作为姿控单机采样数据；所述姿控软件运行模块读取相应姿控单机采样数据作为采样值，直接调用姿控主函数并周期运行；所述输出数据处理模块根据所述姿控软件运行模块处理结果以及控制指令包进行组包，通过所述TCP/IP接口发送至所述动力学端。
所述动力学端进一步包括动力学模型、TCP/IP接收模块、解帧模块、单位延迟模块、组帧模块以及TCP/IP发送模块；所述TCP/IP接收模块用于进行控制指令包的数据接收；所述解帧模块分别与所述TCP/IP接收模块以及动力学模型相连，用于对所述TCP/IP接收模块所接收的数据进行解帧并输入动力学模型；所述单位延迟模块与所述动力学模型相连，用于对动力学模型进行周期采样实现动力学模型递推步长和姿控软件周期的匹配；所述组帧模块分别与所述单位延迟模块以及TCP/IP发送模块相连，用于对敏感器数据包进行组帧；所述TCP/IP发送模块用于将所述组帧模块组帧后的数据发送至所述星载姿控软件端。
进一步，所述TCP/IP接收模块以及TCP/IP发送模块参数设置均为所述星载姿控软件端的IP地址和端口。所述单位延迟模块采样时间为姿控软件的运行周期。
本发明的优点在于：本发明将现有测试环境硬件进行数字化，在对姿控软件改动最小的情形下，将姿控软件运行环境移植至非实时的PC机，保留原有的数据流，并通过TCP/IP数据接口，构成闭环测试平台，解决了硬件和实时约束的弊端。
附图说明
图1，现有星载姿控软件测试环境示意图；
图2，本发明所述的数字化星载姿控软件测试平台的架构示意图；
图3，本发明所述的星载姿控软件端运行流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的数字化星载姿控软件测试平台的具体实施方式做详细说明。
参考图2，本发明所述的数字化星载姿控软件测试平台的架构示意图，所述测试平台包括星载姿控软件端21和动力学端22，星载姿控软件端21和动力学端22通过TCP/IP接口23实现敏感器数据包和控制指令包的数据交互。其中，所述星载姿控软件端21受所述敏感器数据包激励运行，并采用非实时PC机周期运行姿控软件；所述星载姿控软件端21内同时设有一段映射星载计算机RAM空间的内存，实现姿控软件全局变量定义以及姿控软件与其他模块的数据交互。本发明通过将姿控软件运行环境移植至非实时的PC机(星载姿控软件端21)，并将星载姿控软件端21和动力学端22两者间的硬件接口转换为TCP/IP接口23，而保留原有的数据流，通过此方式构成闭环测试平台，解决了硬件和实时的约束弊端。
所述敏感器数据包由动力学端22发送至星载姿控软件端21，所述敏感器数据包由固定数据帧头(0xEB905716)、星上时间和各单机数据组成。由于需要与真实单机接口匹配，其中对于串口、CAN等数字接口的单机，其数据与真实单机遥测数据格式一致；对于各单机数据中模拟量采用转换之后的数字量输出，如输出0V则对应0x800。
以包括星敏A、星敏B、陀螺1、陀螺2、数字太敏以及反作用轮均为串口，模拟太敏为模拟量的卫星为例，其敏感器数据包格式如下表1所示。
表1敏感器数据包格式。
所述控制指令包由星载姿控软件端21发送至动力学端22，所述控制指令包由固定数据帧头(0xEB905716)以及动力学端22所需执行机构控制指令数据组成。动力学端22所需执行机构控制指令数据可根据动力学模型需要进行协议数据格式。以上述卫星为例，其动力学模型需要指令数据为反作用轮指令电压、磁力矩器开关标记、推力器开机时长，则控制指令包数据格式如下表2所示。
表2控制指令包格式。
星载姿控软件端21与星载计算机在硬件、操作系统等方面完全不同，而在逻辑处理、数值计算方面无差异；而姿控软件主要功能和测试重点为逻辑和数值计算方面，与硬件接口、操作系统相关内容很少。因此，通过星载姿控软件端21实现将运行于星载计算机中的姿控软件移植至普通PC机中，并实现其周期运行。在星载姿控软件端21中利用VC++6.0建立服务器和循环进程，在循环进程中侦听动力学端22数据。同时星载姿控软件端21中开辟一段内存映射星载计算机的RAM空间，实现姿控软件全局变量定义，同时实现姿控软件与其他模块的数据交互。
所述星载姿控软件端21进一步包括输入数据处理模块211、姿控软件运行模块212以及输出数据处理模块213。
所述输入数据处理模块211用于将接收到的敏感器数据包进行解析处理，并存至所述星载姿控软件端21内存中指定位置，作为姿控单机采样数据，姿控软件运行时从内存中读取对应数据作为采样值。
所述姿控软件运行模块212读取相应姿控单机采样数据作为采样值，直接调用姿控主函数并周期运行。本发明中姿控软件运行与嵌入式环境中运行类似；嵌入式环境中运行方式为发起任务调用姿控主函数，并通过信号量进行周期控制；而本发明为直接调用姿控主函数并周期运行，例如通过每接收到1次敏感器数据包调用1次的方式实现周期运行。
基于对姿控软件改动最小原则，通过宏定义区分星载计算机环境和平台测试环境，并通过#ifdef的方式屏蔽软件中硬件接口、操作系统相关的功能；由于采用宏定义的方式实现移植，则可通过改变宏定义实现适应星载计算机或平台测试的编译和运行。针对上述卫星，在星载姿控软件中仅使用7个#ifdef。
所述输出数据处理模块213根据所述姿控软件运行模块212处理结果以及控制指令包进行组包，通过所述TCP/IP接口23发送至所述动力学端22。
星载姿控软件端21受敏感器数据包激励运行，在接收到完整敏感器数据包后依次完成输入数据处理、姿控软件运行、输出数据处理，其流程如图3所示。
所述动力学端22在原有MATLAB/Simulink动力学模型基础上增加TCP/IP收发、数据解帧、采样控制和数据组帧等功能，包括TCP/IP接收模块221、解帧模块222、动力学模型223、单位延迟模块224、组帧模块225以及TCP/IP发送模块226。
所述TCP/IP接收模块221用于进行控制指令包的数据接收。所述解帧模块222分别与所述TCP/IP接收模块221以及动力学模型223相连，用于对所述TCP/IP接收模块221所接收的数据进行解帧并输入动力学模型223。所述单位延迟模块224与所述动力学模型223相连，用于对动力学模型223进行周期采样实现动力学模型223递推步长和姿控软件周期的匹配；其中动力学模型223中递推步长一般为5ms～50ms，而姿控软件周期一般为250～1000ms。所述组帧模块225分别与所述单位延迟模块224以及TCP/IP发送模块226相连，用于对敏感器数据包进行组帧。所述TCP/IP发送模块226用于将所述组帧模块225组帧后的数据发送至所述星载姿控软件端21。
所述TCP/IP接收模块221以及TCP/IP发送模块226参数设置均为所述星载姿控软件端21的IP地址和端口；解帧模块222和组帧模块225根据数据包格式设置解帧、组帧；单位延迟模块224中采样时间设置为姿控软件的运行周期。
本发明将现有测试环境硬件进行数字化，在对姿控软件改动最小的情形下，将姿控软件运行环境移植至非实时的PC机，保留原有的数据流，并通过TCP/IP数据接口，构成闭环测试平台，解决了硬件和实时约束的弊端。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种数字化星载姿控软件测试平台，其特征在于，包括星载姿控软件端和动力学端；
所述星载姿控软件端和所述动力学端通过TCP/IP接口实现敏感器数据包和控制指令包的数据交互；
所述星载姿控软件端受所述敏感器数据包激励运行，并采用非实时PC机周期运行姿控软件，所述星载姿控软件端内设有一段映射星载计算机RAM空间的内存，实现姿控软件全局变量定义以及姿控软件与其他模块的数据交互；
所述星载姿控软件端进一步包括输入数据处理模块、姿控软件运行模块以及输出数据处理模块；所述输入数据处理模块用于将接收到的敏感器数据包进行解析处理，并存至所述星载姿控软件端内存中指定位置，作为姿控单机采样数据；所述姿控软件运行模块读取相应姿控单机采样数据作为采样值，直接调用姿控主函数并周期运行；所述输出数据处理模块根据所述姿控软件运行模块处理结果以及控制指令包进行组包，通过所述TCP/IP接口发送至所述动力学端。
2.根据权利要求1所述的数字化星载姿控软件测试平台，其特征在于，所述敏感器数据包由动力学端发送至星载姿控软件端，所述敏感器数据包由固定数据帧头、星上时间和各单机数据组成。
3.根据权利要求2所述的数字化星载姿控软件测试平台，其特征在于，进一步各单机数据中模拟量采用转换之后的数字量，并输出数字量。
4.根据权利要求1所述的数字化星载姿控软件测试平台，其特征在于，所述控制指令包由星载姿控软件端发送至动力学端，所述控制指令包由固定数据帧头以及动力学端所需执行机构控制指令数据组成。
5.根据权利要求1所述的数字化星载姿控软件测试平台，其特征在于，所述动力学端进一步包括动力学模型、TCP/IP接收模块、解帧模块、单位延迟模块、组帧模块以及TCP/IP发送模块；
所述TCP/IP接收模块用于进行控制指令包的数据接收；
所述解帧模块分别与所述TCP/IP接收模块以及动力学模型相连，用于对所述TCP/IP接收模块所接收的数据进行解帧并输入动力学模型；
所述单位延迟模块与所述动力学模型相连，用于对动力学模型进行周期采样实现动力学模型递推步长和姿控软件周期的匹配；
所述组帧模块分别与所述单位延迟模块以及TCP/IP发送模块相连，用于对敏感器数据包进行组帧；
所述TCP/IP发送模块用于将所述组帧模块组帧后的数据发送至所述星载姿控软件端。
6.根据权利要求5所述的数字化星载姿控软件测试平台，其特征在于，所述TCP/IP接收模块以及TCP/IP发送模块参数设置均为所述星载姿控软件端的IP地址和端口。
7.根据权利要求5所述的数字化星载姿控软件测试平台，其特征在于，所述单位延迟模块采样时间为姿控软件的运行周期。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105187116B (zh) * 2015-07-31 2018-05-18 上海卫星工程研究所 星载中继用户终端系统任务控制包生成方法及执行方法
CN105319993A (zh) * 2015-11-27 2016-02-10 上海新跃仪表厂 一种基于硬件中间层的小型实时仿真系统
CN105911880A (zh) * 2016-04-05 2016-08-31 上海航天测控通信研究所 卫星姿轨控软件数字闭环测试系统及方法
CN107179763B (zh) * 2017-05-19 2020-03-24 上海航天控制技术研究所 利用udp协议传输实现卫星控制系统单机故障模拟方法
CN110632623B (zh) * 2019-10-25 2023-06-30 山东华宇航天空间技术有限公司 一种整星自动化测试系统
CN112181843A (zh) * 2020-10-12 2021-01-05 中国科学院微小卫星创新研究院 一种基于星载软件开发测试验证系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1982863A (zh) * 2005-12-14 2007-06-20 上海微小卫星工程中心 基于pxi体系的通用微小卫星综合测试平台

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60213196T2 (de) * 2002-02-13 2006-11-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen unter Verwendung der Protokolle RTP und RTCP

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1982863A (zh) * 2005-12-14 2007-06-20 上海微小卫星工程中心 基于pxi体系的通用微小卫星综合测试平台

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于PXI_VxWorks的卫星姿轨控仿真测试系统的设计与实现;彭瑞;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20120715;第36-50页 *

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