CN105122971B - 卫星测控模拟装置及其测控模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星测控模拟装置，该测控模拟装置替代综合测试的卫星同地面测试主站连接，包括：遥控副载波解调电路，用于对地面测试主站发出的遥控副载波信号进行解调、检波，执行模拟测试。编码遥测调制电路，用于产生地面解调设备进行解调后送测试主站进行数据处理显示的编码遥测副载波信号。模拟遥测调制电路，用于产生与卫星模拟遥测信号相同频率的模拟遥测副载波信号。本发明还公开了该卫星测控模拟装置的测控模拟方法，用相应的软件进行自动控制和操作，解决了现有技术采用分立元器件设计而产生的功能简单、精度差，以及地面测试设备影响测试结果等问题，达到了体积小、应用灵活等有益效果。<pb pnum="1" />

Description

卫星测控模拟装置及其测控模拟方法

技术领域

本发明涉及电变量测量。具体地说，涉及一种卫星测控功能的模拟装置，本发明还涉及该装置的测控功能模拟的方法。

背景技术

卫星综合测试前，必须对地面测试用的遥控设备、遥测设备等进行自检，以确保对卫星测试的安全性、有效性、准确性，这就需要有一套模拟卫星遥控指令执行情况以及模拟卫星遥测参数的专用设备，就是卫星测控模拟装置。通常的卫星测控模拟装置采用分立元器件设计，存在器件多、线路复杂的缺点，并且功能存在缺陷，具体表现为：遥控指令的执行情况与遥测参数没有关联，只能检验遥控、遥测通路是否畅通，指令码是否正确。同时，其模拟的遥测参数为一组恒定的数据，不能根据遥控指令的执行情况发生相应的变化，因此，无法在卫星综合测试前检验终端遥测处理软件对遥测参数处理、显示的正确性，在卫星测试中无法杜绝地面测试设备影响测试结果的事件发生。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种卫星测控模拟装置。利用本发明，能对地面测试的遥测、遥控设备的性能指标进行检验和考核；对遥控、监控的指令码格式及比对软件进行验证考核。卫星地面测试或发射后的运行中，可利用卫星测控模拟装置进行比对试验，以检查星上相关单机的功能状态。并且在发生问题时，可以利用卫星测控模拟装置进行快速故障定位。

为了解决现有技术的不足，本发明的第二个目的，还提供一种卫星测控模拟的方法，利用软件解决了上述卫星测控模拟装置的操作和精度等问题，从而达到了自动进行测控模拟测试的目的。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种卫星测控模拟装置，该测控模拟装置替代综合测试时卫星的位置，同地面测试主站连接，它接收地面测试主站发出的经遥控调制设备调制的遥控副载波信号，并执行该指令完成相应的各项模拟测试，同时发出遥测副载波信号经遥测解调设备解调后，提供地面测试主站的遥测终端处理、显示。

所述卫星测控模拟装置包括：遥控副载波解调电路，用于对地面测试主站发出的遥控副载波信号进行解调、检波出遥控码和遥控执行脉冲，送到单片机的CPU，实现该遥控指令的显示、执行等模拟测试。编码遥测调制电路，用于产生地面解调设备进行解调后送测试主站进行数据处理显示的编码遥测副载波信号。模拟遥测调制电路，用于产生与卫星模拟遥测信号相同频率的模拟遥测副载波信号。

上述的遥控副载波解调电路包括：输入接口电路接收遥控副载波信号，经过放大器将信号放大，再经驱动电路、滤波电路、包络检波电路检波，然后通过判决电路判断选择，将检波输出的“1”、“0”脉冲经前后沿处理并合成，送往单片机CPU的高速输入端口，作为遥控指令码的中断信号；将检波输出的“执行”脉冲经前后沿处理后送往单片机CPU的另一高速输入端口，作为执行脉冲的中断信号；CPU接收到完整的遥控指令码后，将其与预先存储在寄存器中的所有遥控码进行比对，并将比对结果显示在卫星测控模拟装置的前面板上；当CPU收到执行脉冲时，则根据执行脉冲前后沿到达的时间计算出脉宽，同时将脉宽显示在测控模拟装置前面板上，软件将根据所发送的遥控指令更改相应存储单元的数据，CPU送出的下帧8位编码遥测数据即为更新过的数据。

上述编码遥测调制电路包括：CPU从总线上送出的8位并行编码数据先在并/串移位器转换成串行码，送入编码调制器；同时，由晶振产生的方波信号经分频电路分频、带通滤波器滤波后产生编码遥测频率的正弦波信号也送入编码调制器；编码调制器将串行编码数据调制在正弦波上后，再经过幅度调整电路调整输出编码遥测副载波信号。

上述的模拟遥测调制电路包括：晶振经不同的分频后产生不同频率的副载波信号送入控制选择器；CPU高速输出端口输出的模拟遥测数据作为控制选择器的控制端口，由控制选择器进行副载波频率选择，经带通滤波器滤波，将模拟遥测数据调制在相应的副载波频率上；经幅度调整电路调整幅度，产生相应频率的模拟遥测副载波信号。

为了达到发明目的，本发明为解决上述技术问题所采用的第二个技术方案是提供一种卫星测控模拟的方法，包括如下步骤：

A.产生编码遥测数据；

B.产生模拟遥测数据；

C.接收遥控指令码进行比对并执行后相应遥测数据进行更新。

本发明卫星测控模拟装置及其测控模拟方法达到了以下有益效果：

1.由于采用了大容量的可编程逻辑器件，大大减少了数字集成芯片，因此，提高了系统的集成度和可靠性，增加了使用的灵活性。

2.由于采用单片机技术，不使用计算机控制，因此，设备具有体积小、重量轻、携带方便的特点。

3.由于本发明将测控模拟装置设计成测试人员可以根据需要选择仿真卫星实际的遥测参数或常量数据(即恒定数据)，并且可以按照遥控指令使用准则实现遥测参数根据遥控指令的执行而发生相应的变化，所有的遥测参数和遥控指令的执行情况与卫星的实际工作情况保持一致，真正地模拟卫星遥控指令的执行和遥测参数的变化，从而确保检查地面测试系统遥控设备、遥测设备性能、指标以及测试软件的准确性、全面性。

附图说明

图1表示本发明卫星测控模拟装置在卫星测试中所处的位置；

图2表示本发明卫星测控模拟装置的硬件组成框图；

图3表示本发明卫星测控模拟装置的软件流程图。其中：图3A为编码遥测数据产生的步骤、图3B为模拟遥测数据产生的步骤、图3C为接收遥控指令码进行比对以及接收执行脉冲后遥测数据进行更新的步骤。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1表示卫星测控模拟装置在卫星测试中所处的位置。如图1所示，卫星测控模拟装置替代了综合测试时卫星的位置。测试中心通过遥控监测器向地面测试主站(或服务器)发出指令号，服务器发出指令号后通过地面遥控调制设备向卫星模拟装置发出遥控副载波信号。卫星测控模拟装置执行指令完成各项模拟测试。同时，卫星测控模拟装置发出遥测副载波信号，经地面遥测解调设备解调出遥测数据码流，通过地面测试主站(或服务器)转换成遥测数据发往遥测终端进行处理、显示。

图2表示卫星测控模拟装置的硬件组成框图。如图2所示，卫星测控模拟装置包括：遥控副载波解调电路、编码遥测调制电路、模拟遥测调制电路。

上述遥控副载波解调电路对地面测试主站发出的遥控副载波信号进行解调，用于解调、检波出遥控码和遥控执行脉冲，然后送到单片机的CPU，实现该遥控指令的显示、执行等模拟测试。遥控副载波解调电路包括：输入接口电路、信号放大电路、驱动电路、滤波电路、包络检波和采样判决电路。具体实现为：输入接口电路接收遥控副载波信号，经过放大器将信号放大，再经驱动电路、滤波电路、包络检波电路检波，然后通过判决电路判断选择，将检波输出的“1”、“0”脉冲经前后沿处理并合成后，送往单片机CPU的高速输入端口，作为遥控指令码的中断信号；将检波输出的“执行”脉冲经前后沿处理后送往单片机CPU的另一高速输入端口，作为执行脉冲的中断信号。当CPU接收到完整的遥控指令码后，软件将其与预先存储在寄存器中的所有遥控码进行比对，然后将比对结果显示在卫星测控模拟装置的前面板上。若为正确的遥控指令或注数，测控模拟装置前面板上将显示相应指令号或注数号，若为不正确的遥控指令或注数，测控模拟装置前面板上将显示错误信息的代码。当CPU收到执行脉冲时，则根据执行脉冲前后沿到达的时间计算出脉宽，同时将脉宽显示在测控模拟装置前面板上，并且软件将根据所发送的遥控指令更改相应存储单元的数据，这样使对应的遥测波道数据发生变化，CPU送出的下帧8位编码遥测数据即为更新过的数据，从而实现了遥测数据根据遥控指令的执行情况发生相应更改的功能。

上述编码遥测调制电路用于产生地面解调设备进行解调后送测试主站进行数据处理显示的编码遥测副载波信号，它包括：晶振、分频电路、带通滤波器、编码数据并/串移位器、编码调制器和幅度调整电路等。CPU从总线上送出的8位并行编码数据先在并/串移位器转换成串行码，送入编码调制器。同时，由晶振产生的方波信号经分频电路分频、带通滤波器滤波后产生编码遥测频率的正弦波信号也送入编码调制器。编码调制器将串行编码数据调制在正弦波上后，再经过幅度调整电路调整输出编码遥测副载波信号。其中，CPU送出的编码遥测数据具有“仿真”和“常量”两种状态，在“仿真”状态下，可根据遥控指令改变编码遥测对应波道的数值；在“常量”状态下，提供一组固定的卫星状态数据。固定的卫星状态数据分为两类，一类是状态量数据，另一类是电平量数据。状态量数据即遥测数据为状态字，软件通过读取面板上的8位“1/0”开关状态后送出。电平量数据即遥测数据为模拟量，通过前面板上两只开关进行电平选择，设置分为四档，分别为：0V、2.5V、4V、5.1V，软件通过读取电平状态后进行A/D转换，然后送出。固定的卫星状态数据设置在数据统一后可用于地面测试系统的遥测误码率测试，同时也便于验证地面遥测处理软件在不同原码或临界值时的处理正确性。在仿真状态下，遥测初值为卫星加电初态的数据，然后可根据接收到的某条遥控指令，将该指令对应的仿真遥测数据放入CPU相应的存储单元中，并以8位数据总线的形式送出，同样由编码遥测调制电路完成数据的调制。随着卫星遥测数据量的不断增加，CPU的内部存储器已无法适应大量数据存储的需要，设计中采用外部RAM存储所有波道仿真数据的技术，大大扩充了数据的存储量。

上述模拟遥测调制电路用于产生与卫星模拟遥测信号相同频率的模拟遥测副载波信号，它包括：晶振、分频器、控制选择器、带通滤波器和幅度调整电路。由于模拟遥测信号为不同频率的信号，因此，由晶振经不同的分频后产生不同频率的副载波信号送入控制选择器，同时将CPU高速输出端口输出的模拟遥测数据作为控制选择器的控制端口，由控制选择器进行副载波频率选择后，经带通滤波器滤波，将模拟遥测数据调制在相应的副载波频率上，最后经幅度调整电路调整幅度，产生相应频率的模拟遥测副载波信号。

下面结合附图，对本发明的第二方面，卫星测控模拟的方法作进一步说明。

图3为软件流程图，表示卫星测控模拟方法的具体步骤。本发明卫星测控模拟装置的模拟方法的软件包括以下主要步骤：编码遥测数据产生、模拟遥测数据产生和接收遥控指令码进行比对并执行后相应遥测数据进行更新。

图3A为软件初始化以及编码遥测数据产生的步骤。

如图3A所示，编码遥测数据产生包括如下步骤：

A1)软件初始化，包括用于软件中断服务、软件标志位、软件计数器等的特殊寄存器初始化、用于模拟遥测状态显示的面板指示灯初始化、用于存储所有波道仿真数据的外部RAM初始化(遥测数据模拟卫星初始加电状态)、用于遥控指令状态显示的面板数码显示管状态初始化；

A2)进行是否产生编码遥测数据的判断；

A3)若步骤A2)为“是”，则进行是否为卫星代号波道数据的判断；

A4)若步骤A3)为“是”，则数据取卫星代号；

A5)调用数据格式转换子程序，数据转换成差分码存入编码遥测数据输出寄存器进行定时向总线送出；

A6)主帧计数加1、跳转到MN(判断模拟遥测是否产生？)；

A7)若步骤A3)为“否”，则进行是否为副帧计数波道数据的判断；

A8)若步骤A7)为“是”，则进行是否为最后1副帧的判断，“是”，则进行副帧计数清零，“否”，则进行副帧计数加1，数据均取副帧计数值；继续步骤A5)、A6)；

A9)若步骤A7)为“否”，则进行是否为最后1主帧波道数据的判断；

A10)若步骤A9)为“是”，则最后1主帧数据取卫星同步码(卫星的最后1主帧遥测数据一般都为卫星同步码)，并将主帧计数器清零；继续步骤A5)、A6)；

A11)若步骤A9)为“否”，则进行读面板开关状态以确定数据为常量状态还是仿真状态；

A12)进行波道数据是否为仿真状态的判断；

A13)若步骤A12)为“是”，则从外部RAM取相应存储单元的仿真数据；继续步骤A5)、A6)；

A14)若步骤A12)为“否”，则进行数据是否为数字量的判断；

A15)若步骤A14)为“是”，则数据取面板数字量8位状态字；继续步骤A5)、A6)；

A16)若步骤A14)为“否”，则数据取面板模拟量电平状态并将数据进行A/D转换；继续步骤A5)、A6)。

图3B为模拟遥测数据产生的步骤，包括如下步骤：

B1)若步骤A2判定为“否”，则进行模拟遥测信号是否产生的判断；

B2)若步骤B1)为“是”，则进行读面板开关状态以确定模拟遥测数据为常量状态还是仿真状态(常量状态则模拟遥测为一组等间隔的信号，仿真状态则取卫星某一时刻实际模遥信号)，并进行数据是否为仿真状态的判断；

B3)若步骤B2)为“是”，则模拟遥测产生的前后沿时间、信号宽度取仿真状态表格内数据；

B4)按照取出的数据启动软件定时器，产生模拟遥测信号，并通过CPU高速输出端口输出；

B5)根据模拟遥测信号的前后沿点亮或熄灭前面板相应模拟遥测信号指示灯、跳转到TC(判断是否接收指令？)；

B6)若步骤B2)为“否”，则模拟遥测产生的前后沿时间、信号宽度取等间隔状态表格内数据；继续步骤B4)、B5)。

图3C为接收遥控指令码进行比对并执行后相应遥测数据进行更新的步骤，包括：

C1)若步骤B1)判定为“否”，则进行是否收齐遥控码的判断(遥控码的接收通过CPU高速输入端口的中断进行，中断1次，接收1个码子)；

C2)若步骤C1)为“是”，则进行接收的遥控码是否为遥控指令码的判断(接收的遥控码可能为指令码或注数码)；

C3)若步骤C2)为“是”，则进行遥控指令码反码接收是否正确的判断(遥控码发送过程中设置前后码互为反码进行发送)；

C4)若步骤C3)为“是”，则通过遥控码查表反译出遥控指令号，并且获得对应该指令号的地址码；

C5)将获得的地址码与接收的遥控码中的地址码进行比对，判断是否正确；

C6)若步骤C5)为“是”，则将译出的指令号存入相应寄存器，并将指令号在前面板进行显示；

C7)若步骤C1)为“否”，进行是否接收到执行脉冲的判断；

C8)若步骤C7)为“是”，则将执行脉冲高电平信息填入相应遥测存储单元，随编码遥测的输出返回；

C9)根据收到的执行脉冲的前后沿时间计算执行脉冲宽度并计算收到的执行脉冲个数，在前面板显示执行脉冲宽度以及收到的执行脉冲的个数；

C10)根据存储的指令号改变相应存储单元的遥测数据，编码遥测下帧输出的数据则为已更新的数据，遥测将显示遥控指令执行后的变化情况，跳转到MAIN(进行是否产生编码遥测数据的判断)；

C11)若步骤C7)为“否”，直接跳转到MAIN；

C12)若步骤C2)为“否”，则进行接收的注数地址码是否正确的判断；

C13)若步骤C12)为“是”，前面板显示注数码信息，继续步骤C7)；

C14)若步骤C12)为“否”，在前面板显示地址码出错信息，继续步骤C7)；若步骤C5)为“否”，同样在前面板显示地址码出错信息，继续步骤C7)。

C15)若步骤C3)为“否”，前面板显示指令码反码出错信息，继续步骤C7)。

Claims (7)

1.一种卫星测控模拟装置，其特征在于，该测控模拟装置替代综合测试时卫星的位置，同地面测试主站连接，它接收地面测试主站发出的经遥控调制设备调制的遥控副载波信号，并执行该指令完成相应的各项模拟测试，同时发出遥测副载波信号经遥测解调设备解调后，提供地面测试主站的遥测终端处理、显示；

所述卫星测控模拟装置包括：

遥控副载波解调电路，用于对地面测试主站发出的遥控副载波信号进行解调、检波出遥控码和遥控执行脉冲，送到单片机的CPU，实现该遥控指令的显示、执行模拟测试；

编码遥测调制电路，用于产生地面解调设备进行解调后送测试主站进行数据处理显示的编码遥测副载波信号；

模拟遥测调制电路，用于产生与卫星模拟遥测信号相同频率的模拟遥测副载波信号。

2.根据权利要求1所述的卫星测控模拟装置，其特征在于：所述的遥控副载波解调电路包括：输入接口电路接收遥控副载波信号，经放大器放大，再经驱动电路、滤波电路、包络检波电路检波，然后通过判决电路判断选择，将检波输出的“1”、“0”脉冲经前后沿处理并合成，送往单片机CPU的高速输入端口，作为遥控指令码的中断信号；将检波输出的“执行”脉冲经前后沿处理后送往单片机CPU的另一高速输入端口，作为执行脉冲的中断信号；CPU接收到完整的遥控指令码后，将其与预先存储在寄存器中的所有遥控码进行比对，并将比对结果显示在卫星测控模拟装置的前面板上；当CPU收到执行脉冲时，则根据执行脉冲前后沿到达的时间计算出脉宽，同时将脉宽显示在测控模拟装置前面板上，软件将根据所发送的遥控指令更改相应存储单元的数据，CPU送出的下帧8位编码遥测数据即为更新过的数据。

3.根据权利要求1所述的卫星测控模拟装置，其特征在于：所述的编码遥测调制电路包括：CPU从总线上送出的8位并行编码数据先在并/串移位器转换成串行码，送入编码调制器；同时，由晶振产生的方波信号经分频电路分频、带通滤波器滤波后产生编码遥测频率的正弦波信号也送入编码调制器；编码调制器将串行编码数据调制在正弦波上后，再经过幅度调整电路调整输出编码遥测副载波信号。

4.根据权利要求书3所述的卫星测控模拟装置，其特征在于：所述的CPU送出的编码遥测数据具有“仿真”和“常量”两种状态，在“仿真”状态下，可根据遥控指令改变编码遥测对应波道的数值；在“常量”状态下，提供一组固定的卫星状态数据；固定的卫星状态数据分为状态量数据和电平量数据。

5.根据权利要求1所述的卫星测控模拟装置，其特征在于：所述的模拟遥测调制电路包括：晶振经不同的分频后产生不同频率的副载波信号送入控制选择器；CPU高速输出端口输出的模拟遥测数据作为控制选择器的控制端口，由控制选择器进行副载波频率选择，经带通滤波器滤波，将模拟遥测数据调制在相应的副载波频率上；经幅度调整电路调整幅度，产生相应频率的模拟遥测副载波信号。

6.根据权利要求1所述的卫星测控模拟装置，其特征在于：所述CPU采用外部RAM存储所有波道的仿真数据。

7.一种利用权利要求1所述的卫星测控模拟装置的测控模拟方法，其特征在于，该方法采取如下步骤：

A.编码遥测数据产生；

B.模拟遥测数据产生；

C.接收遥控指令码进行比对并执行后对相应遥测数据进行更新。

所述的步骤A，编码遥测数据产生，包括如下步骤：

A1)软件初始化；

A2)进行是否产生编码遥测数据的判断；

A3)若步骤A2)为“是”，则进行是否为卫星代号波道数据的判断；

A4)若步骤A3)为“是”，则数据取卫星代号；

A5)调用数据格式转换子程序，数据转换成差分码存入编码遥测数据输出寄存器，定时向总线送出；

A6)主帧计数加1、跳转到MN，判断模拟遥测是否产生；

A7)若步骤A3)为“否”，则进行是否为副帧计数波道数据的判断；

A8)若步骤A7)为“是”，则进行是否为最后1副帧的判断，“是”，则进行副帧计数清零，“否”，则进行副帧计数加1，数据均取副帧计数值；继续步骤A5)、A6)；

A9)若步骤A7)为“否”，则进行是否为最后1主帧波道数据的判断；

A10)若步骤A9)为“是”，则最后1主帧数据取卫星同步码，并将主帧计数器清零；继续步骤A5)、A6)；

A11)若步骤A9)为“否”，则进行读面板开关状态以确定数据为常量状态还是仿真状态；

A12)进行波道数据是否为仿真状态的判断；

A13)若步骤A12)为“是”，则从外部RAM取相应存储单元的仿真数据；继续步骤A5)、A6)；

A14)若步骤A12)为“否”，则进行数据是否为数字量的判断；

A15)若步骤A14)为“是”，则数据取面板数字量8位状态字；继续步骤A5)、A6)；

A16)若步骤A14)为“否”，则数据取面板模拟量电平状态并将数据进行A/D转换；继续步骤A5)、A6)。

所述的步骤B，模拟遥测数据产生，包括如下步骤：

B1)若步骤A2判定为“否”，则进行模拟遥测信号是否产生的判断；

B2)若步骤B1)为“是”，则读入面板开关状态确定模拟遥测数据为常量状态还是仿真状态，并进行是否为仿真状态数据的判断；常量状态则模拟遥测为一组等间隔的信号，仿真状态则取卫星某一时刻实际模遥信号；

B3)若步骤B2)为“是”，则模拟遥测产生的前后沿时间、信号宽度取仿真状态表格内数据；

B4)按照取出的数据启动软件定时器，产生模拟遥测信号，并通过CPU高速输出端口输出；

B5)根据模拟遥测信号的前后沿点亮或熄灭前面板相应模拟遥测信号指示灯、跳转到TC，判断是否接收指令；

B6)若步骤B2)为“否”，则模拟遥测产生的前后沿时间、信号宽度取等间隔状态表格内数据；继续步骤B4)、B5)。

所述的步骤C，接收遥控指令码进行比对并执行后相应遥测数据进行更新，包括如下步骤：

C1)若步骤B1)判定为“否”，则进行是否收齐遥控码的判断；

C2)若步骤C1)为“是”，则进行接收的遥控码是否为遥控指令码的判断；

C3)若步骤C2)为“是”，则进行遥控指令码反码接收是否正确的判断；

C4)若步骤C3)为“是”，则通过遥控码查表反译出遥控指令号，并且获得对应该指令号的地址码；

C5)将获得的地址码与接收的遥控码中的地址码进行比对，判断是否正确；

C6)若步骤C5)为“是”，则将译出的指令号存入相应寄存器，并将指令号在前面板进行显示；

C7)若步骤C1)为“否”，进行是否接收到执行脉冲的判断；

C8)若步骤C7)为“是”，则将执行脉冲高电平信息填入相应遥测存储单元，随编码遥测的输出返回；

C9)根据收到的执行脉冲的前后沿时间计算执行脉冲宽度并计算收到的执行脉冲个数，在前面板显示执行脉冲宽度以及收到的执行脉冲的个数；

C10)根据存储的指令号改变相应存储单元的遥测数据，编码遥测下帧输出的数据为更新的数据，遥测将显示遥控指令执行后的变化情况，跳转到MAIN，进行是否产生编码遥测数据的判断；

C11)若步骤C7)为“否”，直接跳转到MAIN；

C12)若步骤C2)为“否”，则进行接收的注数地址码是否正确的判断；

C13)若步骤C12)为“是”，前面板显示注数码信息，继续步骤C7)；

C14)若步骤C12)为“否”，前面板显示地址码出错信息，继续步骤C7)；若步骤C5)为“否”，同样在前面板显示地址码出错信息，继续步骤C7)；

C15)若步骤C3)为“否”，前面板显示遥控码反码出错信息，继续步骤C7)。