CN105223843A - 一种基于数据共享的空天飞行器综合性能验证系统 - Google Patents

Abstract

一种基于数据共享的空天飞行器综合验证系统，分为前置设备区和后端设备区，后端设备区又分为测试服务区和操作应用区，前置设备区、测试服务区和操作应用区之间采用光纤网络连接。前置设备区是飞行器与后端设备区的信息交互纽带，由各分系统测试设备组成。测试服务区是空天飞行器综合性能验证系统的核心区，包括测试处理服务器、数据订阅服务器、数据判读服务器、数据库服务器、健康监控与评估服务器和磁盘阵列。操作应用区由控制操作台、数据监视终端组成，借助测试服务区提供的各种服务实现遥控/控制指令发送、参数判读及健康评测规则编辑、测试流程装订、数据显示、数据查询、数据回放以及测试报告生成功能。

Description

一种基于数据共享的空天飞行器综合性能验证系统

技术领域

本发明涉及一种基于共享的空天飞行器综合性能验证系统，属于空天飞行器综合测试及健康管理领域。

背景技术

空天飞行器作为未来空间作战的利器，任务日趋繁重，功能及结构日趋复杂，可靠性和安全性日趋严格，飞行器综合性能的验证与评估能力的优劣直接影响到飞行任务的成败，空天飞行器综合测试与健康评估技术得到了广泛关注。

在飞行器研制过程中，构建一种基于数据共享的飞行器综合性能验证系统，一方面可对空天飞行器综合性能进行评估，验证飞行器各分系统间的匹配关系，模拟全任务周期飞行状态，对飞行器演示验证方案的正确性、合理性进行验证；另一方面，可充分暴露和排除潜在的系统问题及故障，减少在设计过程的反复和项目研制时间，降低项目前期经费投入和研制风险。

传统的测试与诊断模式是各电气系统均有一套独立的测试设备，独立完成各电气系统的供配电、信号激励、状态控制、参数测量等测试诊断功能。这种测试模式不仅使得各系统设备测试资源重复，而且在试验现场，众多的检查设备使得操作繁琐，同时传统的故障诊断及飞行器状态评估往往依靠测试数据的事后分析，不能实现电气系统故障的快速定位及状态快速评测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服传统测试与诊断模式测试资源重复、检查设备众多的不足，弥补事后数据判读进行故障定位和飞行器状态评估缺陷，将试验调度与数据综合管理、健康评测进行一体化集成设计，提供了一种应用于空天飞行器自动化程度高、通用性和扩展性强、集中监控管理的飞行器综合性能验证系统，满足快速、综合、一体化的测试、诊断、故障定位、健康评估需求。

本发明的技术方案是：一种基于数据共享的空天飞行器综合验证系统，包括前置设备区和后端设备区，后端设备区又分为测试服务区和操作应用区，前置设备区、测试服务区和操作应用区之间采用光纤网络连接；测试服务区一方面通过网络连接完成与前置设备区之间的数据交互，对前置设备区的测试设备进行上层管理，实现遥测及数传数据、测试设备状态数据、遥控指令及数据包、设备控制命令的信息传输，另一方面借助光纤网络获取操作应用区装订的数据库基础信息、判读及健康评测规则、测试流程、飞行器遥控指令及数据包信息，同时将测试进程、数据处理后的参数及评测结果发送给操作应用区实现数据显示、查询及回放功能，三区相互配合实现飞行器的综合性能验证与评估；

所述测试服务区作为整个空天飞行器综合性能验证系统的核心区，包括测试处理服务器、数据订阅服务器、数据判读服务器、健康监控与评估服务器和含磁盘阵列数据库服务器，完成测试过程中的管理调度、数据存储与处理、参数判读、数据定制与分发、飞行器状态监控与评估功能；所述的测试处理服务器完成测试进度信息的通报，执行操作应用区事先装订的测试序列，实现无线上行遥控指令、数据包、有线控制命令以及各分系统测试设备控制命令的发送，接收归属于测控通信系统的遥测和数传地面设备转发的无线飞行器数据、飞行器有线测试信息和各分系统测试设备状态信息，并按照从数据库服务器中读取的参数处理配置表、帧格式解析配置表进行参数源码解析和物理参数还原，处理后数据发送给数据判读服务器、健康监控与评估服务器进行判读、健康评测，发送给数据订阅服务器进行订阅转发，处理前和处理后数据均发送给含磁盘阵列的数据库服务器进行数据存储，同时将自身时间作为校时基准，周期性地向测试网络中广播系统时间，以实现统一校时；所述数据订阅服务器负责将测试过程中产生的飞行器测试数据、各分系统测试设备状态信息、判读结果按照事先定制情况进行实时分发；所述数据判读服务器作为整个综合性能验证系统参数判读的核心，依据操作应用区事先编辑的参数判读规则进行数据自动判读，对异常信息进行记录，判读结果通过测试处理服务器传递给数据订阅服务器进行分发；所述健康监控与评估服务器作为整个综合性能验证系统健康评估的核心，负责将飞行器下传的健康代码及相关参数进行特征提取和信息融合处理，借助推理模型和预测算法对飞行器健康状态进行综合性能评估，评测结果通过测试处理服务器传递给数据订阅服务器进行分发；所述含磁盘阵列数据库服务器负责将整个系统基础数据、判读及健康评测规则以及测试过程中产生的数据源码、处理后数据、判读及评测结果进行实时分类，存储与归档对应到相应数据库中。

所述前置设备区作为空天飞行器与后端设备区的信息交互纽带，包括电源系统、GNC系统、测控通信系统、数据管理系统、热控系统、动力系统、机构系统测试设备；前置设备区中各分系统一方面通过接口适配器与空天飞行器测试接口连接实现有线测试信息交互，另一方面通过归属于测控通信系统的遥控地面设备进行无线测试信息的上行传输，通过归属于测控通信系统的遥测、数传地面设备进行无线测试信息的下行传输。

所述操作应用区作为空天飞行器综合性能验证系统的人机交互区，由通用PC机组成，包括控制操作台和数据监视终端，借助测试服务区提供的各种服务实现遥控及控制指令发送、参数判读及健康评测规则编辑、测试流程装订、数据显示、数据查询、数据回放以及测试报告生成功能；所述的控制操作台作为操作应用区的核心，完成数据库基础信息编辑、判读及健康评测规则编辑、测试流程编辑以及测试序列选择与自动化执行、测试过程中指令及数据包的发送、测试流程监控、地面设备管理及状态监视、关键数据监控和数据回放功能；所述数据监视终端为总体及分系统测试人员提供可视化的参数监控和历史数据查询、数据回放服务，测试人员可以根据自身的需要向数据订阅服务器订阅需要监视的参数，并自定制监视界面，从列表、曲线和图形化三个角度监视测试数据，使测试人员清晰了解整个测试过程。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明将数据采集、数据存储、数据处理、数据分析与判断、故障定位、结果显示、健康评估与试验调度等各个环节有机集成，实现测试、诊断、故障定位、健康评估的一体化与自动化设计，具有较强的故障监测、诊断及状态评估能力，前端遥控终端设备接收后端设备区的遥控指令及数据包并通过测控通信系统测试设备进行无线转发，归属于测控通信系统的遥测和数传终端设备接收飞行器下传的遥测、数传数据并通过光纤网路传递给后端设备区进行数据存储、处理、判读和健康评估工作，后端设备区完成测试信息存储、处理、判读及健康评估，并将测试数据及判读结果分发至总体及各分统数据监控终端进行可视化显示，从而实现测试信息的数据共享、数据的集中处理与分发，解决了总体试验参试系统多、指挥信息和测试数据量大的问题，满足了全飞行器各类大型试验测试的需要，提高测试人员对测试进程的监控和系统性能的快速评估能力。

(2)本发明将前置设备区、测试服务区与操作应用区通过光纤进行有机连接，前、后端设备区可以远距离布置，同时后端测试服务区与操作应用区进行了分区隔离设计，不仅满足了远距离测试需求，而且极大改善了测试人员的测试环境，同时针对不同的试验阶段的测试任务，合理增减连入的各分系统测试设备，提高了测试设备的重复利用率，解决测试现场设备多的问题，满足全飞行器各类大型试验测试的需要。

附图说明

图1为一种基于数据共享的空天飞行器综合性能验证系统架构及硬件连接示意图。

图2一种基于数据共享的空天飞行器综合性能验证系统工作原理图。

图3一种基于数据共享的空天飞行器综合性能验证系统工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种基于数据共享的空天飞行器综合验证系统包括前置设备区和后端设备区，后端设备区又分为测试服务区和操作应用区，前置设备区、测试服务区和操作应用区之间采用光纤网络连接，依据编制的《数据接口标准》进行信息交互。

测试服务区一方面通过网络连接完成与前置设备区之间的数据交互，对前置设备区的测试设备进行上层管理，实现遥测及数传数据、测试设备状态数据、遥控指令及数据包、设备控制命令的信息传输，另一方面借助光纤网络获取操作应用区装订的数据库基础信息、判读及健康评测规则、测试流程、飞行器遥控指令及数据包信息，同时将测试进程、数据处理后的参数及评测结果发送给操作应用区实现数据显示、查询及回放功能，三区相互配合实现飞行器的综合性能验证与评估。

所述前置设备区是飞行器与后端设备区的信息交互纽带，主要包括电源系统、GNC系统、测控通信系统、数据管理系统、热控系统、动力系统、机构系统测试设备，各分系统测试设备一方面通过接口适配器与飞行器测试接口连接实现有线测试信息交互，另一方面通过归属于测控通信系统的遥控地面设备进行无线测试信息的上行传输，通过归属于测控通信系统的遥测、数传地面设备进行无线测试信息的下行传输。

所述测试服务区是整个空天飞行器综合性能验证系统的核心区，包括测试处理服务器、数据订阅服务器、数据判读服务器、数据库服务器、健康监控与评估服务器和磁盘阵列，主要完成测试过程中的管理调度、数据存储与处理、参数判读、数据定制与分发、飞行器状态监控与评估功能。

所述的测试处理服务器是测试服务区的核心服务器之一，完成的功能如下：

1)统一校时功能

将自己的服务器时间作为校时基准，周期性地向测试网络广播系统时间。

2)地面设备管理及状态监视功能

对连接到综合性能验证系统网络的地面设备进行身份验证，拒绝非法设备的连接，对整个综合性能验证系统内的测试设备、服务器、控制操作台、显示终端进行管理和状态监控。

3)指令发送功能

①接收来自控制操作台的遥控指令以及所选择的上行通道，查找从数据库读取的遥控指令配置表并将遥控指令及相关信息转发给归属于测控通信系统的遥控地面设备；

②接收来自控制操作台的数据包以及所选择的上行通道，查找从数据库读取的数据包配置表并将数据串指令及相关信息转发给归属于测控通信系统的遥控地面设备；

③接收来自控制操作台的测试控制指令，查找从数据库读取的控制指令配置表并将控制指令及相关信息转发给前端各分系统测试设备；

④接收归属于测控通信系统的遥控地面设备返回的遥控指令/数据包比对结果，以确认发送的指令、数据包的正确性。

4)测试数据接收及处理功能

①测试开始时，从数据库服务器中读取参数处理公式配置表、帧格式解析配置表，作为参数处理的依据；

②接收来自归属于测控通信系统的遥测、数传地面设备传送的数据源码，来自有线前置设备区测试设备发送过来的飞行器有线状态参数地面测试设备状态参数；

③依据加载的帧格式解析配置表对接收到的遥测、数传源码、有线参数、状态参数进行数据解析，解析完毕后，再依据参数处理公式配置表对参数进行物理参数还原，以完成对参数的数据处理工作。

5)数据分发功能

①将接收到的下行遥测和数传源码、有线飞行器参数、地面设备状态参数以及数据处理后的所有数据全部发送给数据库服务器(含磁盘阵列)，由其进行入库；

②将接收到的下行遥测和数传源码、有线飞行器参数、地面设备状态参数以及数据处理后的所有数据全部发送给数据订阅服务器，由进行订阅转发；

③将数据处理后的所有参数发送给数据判读服务器、健康监控与评估服务器，由其进行判读和健康评测；

④接收数据判读服务器、健康监控与评估服务器反馈的数据判读及飞行器健康评测结果，并将判读及评测结果传递给数据订阅服务器进行分发。

6)执行自动化测试序列功能

①从数据库服务器中读取预置的自动化测试序列集，根据控制操作台选择的自动化测试序列进行自动化测试序列的执行；

②按照自动化测试序列中的指令序列逐条执行指令，对测试序列中每条指令的前置或后置判断条件进行判断，等待数据判读服务器反馈参数判读结果，以决定是否继续执行指令序列中的下一条指令；

③如出现前置或后置条件判读异常时，自动暂停序列，向控制操作台发送相关的状态提醒，等待人工干预以决定继续执行或停止；

④在测试序列执行过程中可接收控制操作台发来的暂停执行命令并暂停序列的执行，同时可接收继续执行的命令并继续序列的执行；

⑤在自动化序列执行过程中，对每一步的测试情况进行广播，使控制操作台及数据监视终端实时了解自动化测试序列的执行情况。

7)测试过程信息记录

对测试过程信息进行统一归档管理，对测试过程中的测试数据监视情况、控制指令发送/执行情况、测试操作(键盘命令)情况、前端设备区请求服务情况等形成按时间顺序的历史文档存入数据库中。

8)支持数据查询及回放功能

当控制操作台、数据监视终端发起数据查询或数据回放命令时，测试处理服务器从数据库中读取历史数据完成相应操作，再现测试过程，回放速度可根据命令进行调节。

所述数据订阅服务器负责将测试过程中产生的飞行器测试数据、各分系统测试设备状态信息、判读结果等信息按照事先定制情况进行实时分发。所述数据判读服务器是整个综合性能验证系统参数判读的核心，依据操作应用区事先编辑的参数判读规则进行数据自动判读，对异常信息进行记录，判读结果通过测试处理服务器传递给数据订阅服务器进行分发。所述健康监控与评估服务器是整个综合性能验证系统健康评估的核心，负责接收经过测试处理服务器源码解析和物理参数还原处理后数据，通过幅域分析、频谱分析或包络分析后将相关测试信息进行融合，一方面借助专家系统进行定性分析和判断，一方面借助事先装订的各分系统的推理模型和算法进行定量分析，给出飞行器健康状态分析结果，并对故障进行初步预测，同时将评测结果通过测试处理服务器传递给数据订阅服务器，并分发给相应分系统进行查看。所述数据库服务器(含磁盘阵列)负责将整个系统基础数据、判读及健康评测规则以及测试过程中产生的源码、数据处理后数据、判读结果进行实时分类，存储与归档对应到相应数据库中。

所述操作应用区是空天飞行器综合性能验证系统的人机交互区，由通用PC机组成，包括控制操作台和数据监视终端，借助测试服务区提供的各种服务实现遥控/控制指令发送、参数判读及健康评测规则编辑、测试流程装订、数据显示、数据查询、数据回放以及测试报告生成功能。所述的所述控制操作台是操作应用区的核心，主要完成数据库基础信息编辑、判读及健康评测规则编辑、测试流程编辑以及测试序列选择与自动化执行、测试过程中指令及数据包的发送、测试流程监控、地面设备管理及状态监视、关键数据监控和数据回放功能。所述数据监视终端为总体及分系统测试人员提供可视化的参数监控和历史数据查询、数据回放服务，测试人员可以根据自身的需要向数据订阅服务器订阅需要监视的参数，并自定制监视界面，从列表、曲线和图形化三个角度监视测试数据，便于测试人员清晰了解整个测试过程。

如图2所示为一种基于数据共享的空天飞行器综合性能验证系统工作原理图，测试处理服务器是空天飞行器综合性能验证系统核心，完成测试进度信息的通报，执行操作应用区事先装订的测试序列，依据测试序列和操作应用区实时发送的遥控指令、数据包以及控制命令，向前置设备区各分系统测试设备发送无线上行遥控指令、数据包、有线控制命令以及各分系统测试设备控制命令，接收归属于测控通信系统的遥测、数传地面设备转发的无线飞行器数据、飞行器有线测试信息和各分系统测试设备状态信息，并按照从数据库服务器中读取的参数处理配置表、帧格式解析配置表进行参数源码解析和物理参数还原，处理后数据发送给数据判读服务器、健康监控与评估服务器进行判读、健康评测，发送给数据订阅服务器依据各分系统订阅情况进行数据转发，处理前和处理后数据均发送给数据库服务器(含磁盘阵列)进行数据存储。

如图3所示，为一种基于数据共享的空天飞行器综合性能验证系统系统工作流程图。前置设备区接收后端设备区的遥控指令、数据包并通过无线链路进行转发，接收有线控制命令并通过适配器上传给空天飞行器、接收设备控制命令完成相应操作，接收飞行器下传的遥测、数传数据并通过光纤网路传递给后端设备区进行数据存储、处理、分发、判读工作，后端设备区以测试处理服务器、数据订阅服务器、数据判读服务器、数据库服务器(含磁盘阵列)、健康监控及评估服务器为中心，以控制操作台、数据监视终端为用户交互界面，共同完成数据存储、处理、分析、判读，并将测试数据及判读结果分发至总体及各分统数据监控终端进行可视化显示和事后分析处理，从而实现数据信息的集中处理与分发。

整个基于数据共享的空天飞行器综合验证系统工作流程如下：

总控人员登录控制操作台，在确认各设备均无异常的情况下，根据需要选择是发送指令还是执行测试序列，具体工作由测试服务器来执行。

监视人员登录数据监视终端软件，在自身权限范围内，向数据订阅服务器软件发出订阅申请，并自定制需要监视的界面。在数据监视过程中接收订阅数据，若出现异常，则可向控制操作台申请发送应急指令。

编辑人员登录到控制操作台，通过测试服务器开展基础数据、参数判读规则、健康评测规则、参数处理配置表、帧格式解析配置表的编辑管理工作，并将相应配置表存储于数据库服务器中，为飞行器地面测试工作提供可靠的基础数据保障、判读及健康评测规则和数据处理方式，从而提高整个飞行器测试、诊断及健康评估效率。

本发明说明书中未作详细描述内容属于本领域专业技术人员公知技术。

Claims (3)

1.一种基于数据共享的空天飞行器综合验证系统，其特征在于：包括前置设备区和后端设备区，后端设备区又分为测试服务区和操作应用区，前置设备区、测试服务区和操作应用区之间采用光纤网络连接；测试服务区一方面通过网络连接完成与前置设备区之间的数据交互，对前置设备区的测试设备进行上层管理，实现遥测及数传数据、测试设备状态数据、遥控指令及数据包、设备控制命令的信息传输，另一方面借助光纤网络获取操作应用区装订的数据库基础信息、判读及健康评测规则、测试流程、飞行器遥控指令及数据包信息，同时将测试进程、数据处理后的参数及评测结果发送给操作应用区实现数据显示、查询及回放功能，三区相互配合实现飞行器的综合性能验证与评估；

所述测试服务区作为整个空天飞行器综合性能验证系统的核心区，包括测试处理服务器、数据订阅服务器、数据判读服务器、健康监控与评估服务器和含磁盘阵列数据库服务器，完成测试过程中的管理调度、数据存储与处理、参数判读、数据定制与分发、飞行器状态监控与评估功能；所述的测试处理服务器完成测试进度信息的通报，执行操作应用区事先装订的测试序列，实现无线上行遥控指令、数据包、有线控制命令以及各分系统测试设备控制命令的发送，接收归属于测控通信系统的遥测和数传地面设备转发的无线飞行器数据、飞行器有线测试信息和各分系统测试设备状态信息，并按照从数据库服务器中读取的参数处理配置表、帧格式解析配置表进行参数源码解析和物理参数还原，处理后数据发送给数据判读服务器、健康监控与评估服务器进行判读、健康评测，发送给数据订阅服务器进行订阅转发，处理前和处理后数据均发送给含磁盘阵列的数据库服务器进行数据存储，同时将自身时间作为校时基准，周期性地向测试网络中广播系统时间，以实现统一校时；所述数据订阅服务器负责将测试过程中产生的飞行器测试数据、各分系统测试设备状态信息、判读结果按照事先定制情况进行实时分发；所述数据判读服务器作为整个综合性能验证系统参数判读的核心，依据操作应用区事先编辑的参数判读规则进行数据自动判读，对异常信息进行记录，判读结果通过测试处理服务器传递给数据订阅服务器进行分发；所述健康监控与评估服务器作为整个综合性能验证系统健康评估的核心，负责将飞行器下传的健康代码及相关参数进行特征提取和信息融合处理，借助推理模型和预测算法对飞行器健康状态进行综合性能评估，评测结果通过测试处理服务器传递给数据订阅服务器进行分发；所述含磁盘阵列数据库服务器负责将整个系统基础数据、判读及健康评测规则以及测试过程中产生的数据源码、处理后数据、判读及评测结果进行实时分类，存储与归档对应到相应数据库中。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据共享的空天飞行器综合验证系统，其特征在于：所述前置设备区作为空天飞行器与后端设备区的信息交互纽带，包括电源系统、GNC系统、测控通信系统、数据管理系统、热控系统、动力系统、机构系统测试设备；前置设备区中各分系统一方面通过接口适配器与空天飞行器测试接口连接实现有线测试信息交互，另一方面通过归属于测控通信系统的遥控地面设备进行无线测试信息的上行传输，通过归属于测控通信系统的遥测、数传地面设备进行无线测试信息的下行传输。

3.根据权利要求1所述的一种基于数据共享的空天飞行器综合验证系统，其特征在于：所述操作应用区作为空天飞行器综合性能验证系统的人机交互区，由通用PC机组成，包括控制操作台和数据监视终端，借助测试服务区提供的各种服务实现遥控及控制指令发送、参数判读及健康评测规则编辑、测试流程装订、数据显示、数据查询、数据回放以及测试报告生成功能；所述的控制操作台作为操作应用区的核心，完成数据库基础信息编辑、判读及健康评测规则编辑、测试流程编辑以及测试序列选择与自动化执行、测试过程中指令及数据包的发送、测试流程监控、地面设备管理及状态监视、关键数据监控和数据回放功能；所述数据监视终端为总体及分系统测试人员提供可视化的参数监控和历史数据查询、数据回放服务，测试人员可以根据自身的需要向数据订阅服务器订阅需要监视的参数，并自定制监视界面，从列表、曲线和图形化三个角度监视测试数据，使测试人员清晰了解整个测试过程。