CN105512030A - 一种基于卫星指令码字智能构造提升卫星测试效率的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于卫星指令码字智能构造提升卫星测试效率的方法，按照卫星遥控指令功能和复杂度定义遥控指令和参数格式，在XML指令码字构造脚本中，运用XML语言结合Lua语言自动对卫星遥控指令主导头、源数据和校验和分别进行码字生成并整合成完整的指令码字，其中Lua函数在线读取卫星遥测参数，并对XML不能直接生成的参数进行计算处理生成指令码字，然后根据卫星单机测试需求组成测试指令序列，遥控设置卫星单机状态，并将卫星遥测参数与指令有效字中预设状态参数进行对比，完成卫星单机性能测试。本发明减少了人工操作，提高了卫星遥控指令生成效率和指令可读性，降低了误码率，缩短了卫星测试时间，增强了卫星测试的智能程度与可实施性。

Description

一种基于卫星指令码字智能构造提升卫星测试效率的方法

技术领域

本发明涉及一种基于卫星指令码字智能构造提升卫星测试效率的方法，本发明适用于航天器地面测试领域，特别是通信卫星地面自动化测试过程中的指令码字的在线智能构造的技术领域。

背景技术

传统卫星测试，主要通过发送直接指令或者比例指令对卫星进行测试。直接指令的功能简单，指令码字相对固定。直接指令的测试是通过发送对应的指令号，遥控前端通过指令号检索出内存中存放的指令码字。比例指令的功能较复杂，指令码字的变化与比例码字有关。比例指令的发送格式是固定的，通过发送比例码字进行测试。遥控前端接收到对应的比例码字，从内存中提取指令码字与比例码字合成为完整的比例码字。传统卫星测试，指令码字的生成主要是在遥控前端完成的。

在直接指令和比例指令的基础上，还有一种软件指令。每条软件指令独立完成一项功能，根据需求对星上软件进行相应的设置。随着综合电子技术的出现，以及星上软件的功能的日益复杂，软件指令的功能与形式也日益复杂。软件指令的功能复杂，且发送格式与星上总线传输协议以及指令功能有关，发送格式是不固定的。软件指令的使用，从一开始基本没有，到成为了测试指令的主要组成部分。相比直接指令，实现某功能的软件指令的指令码字常无法穷举，而不能预先定义与指令码字一一对应的指令号。相比比例指令，软件指令的功能众多，通过一条指令而不是一组指令完成，因此软件指令不同于比例指令，格式是不固定的，遥控前端无法依循固定的格式转化为软件指令码字。新型卫星测试，软件指令码字无法在遥控前端生成，也无法通过预先定义的方法把软件指令码字一一存储在遥控前端。

随着卫星的复杂程度提高，应用传统的测试方法，由于无法预先将所有软件指令的指令码字都定义好指令号，也不能如比例指令用固定的格式进行指令发送。在传统测试方法下，在需要发送一条带参数的软件指令时，先得人工根据指令使用准则将指令码字编写出来，然后录入遥控前端并对应的给出一条指令号。如果此条指令的参数可以在测试项目设计时提前确定，上述的工作可以提前进行，人工按协议要求进行指令码字生成以及录入，并人工进行指令码字的正确性检查。如果此条指令的参数无法在测试项目设计时提前确定，而是要根据当时的测试状态(比如星上或地面当前遥测值)来确定，就不能提前将指令码字生成并录入遥控前端中，只能在测试中人工计算码字并录入遥控前端，之后手动发送指令号。针对功能日益复杂的现代卫星系统，采用传统的测试方法，一般需要线下人工计算指令码字，并保存入数据库后才能发送，自动化程度低，效率低下，且出错率高。另外，在应对需要实时计算参数的工况下，传统的测试手段不能保证在有限的时间内完成码字计算，容易导致卫星控制窗口的错过，可实施性较差。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于卫星指令码字智能构造提升卫星测试效率的方法，自动化测试过程中，能智能构造指令码字，在线提取遥测参数自动生成指令码字，以提高指令码字构造的正确率、测试效率和测试的可实施性，提高指令的可读性，减少人工计算与校对。

本发明解决的技术方案为：一种基于卫星指令码字智能构造提升卫星测试效率的方法，包括阶段如下：按照指令功能及复杂度进行指令划分阶段、对划分的指令进行指令号及参数格式定义阶段、基本构造算法的编写阶段、测试过程中算法的实施阶段，具体步骤如下：

(1)定义卫星遥控指令和参数格式，卫星遥控指令包括三个最小指令单元，第一个最小指令单元为卫星分系统的状态参数设置指令号，第二个最小指令单元为卫星分系统中单机的功能指令号，第三个最小指令单元为第二个最小指令单元的单机状态参数，第一个最小指令单元、第二个最小指令单元、第三个最小指令单元顺序排列组成卫星遥控指令；定义参数格式时，第三个最小指令单元如果为输入参数，则第三个最小指令单元为输入参数；如果第三个最小指令单元为在线提取遥测参数，则第三个最小指令单元为空；

(2)针对步骤(1)定义的指令，生成主导头、源数据和校验和的码字；主导头又包括：指令号，指令名称，指令类型、包识别号、包顺序控制号和包长；源数据又包括类型识别字、指令长度和有效字，将每个卫星遥控指令中的主导头、数据源和校验和的码字，设置在一个XML指令码字构造脚本中；

(3)针对步骤(2)定义的每一条指令，将不需要调用外部函数计算处理就能够用XML语言构造的指令，用XML语言构造，得到XML构造指令；将需要调用外部函数计算处理，才能够用XML语言构造的指令，调用Lua语言，编写外部函数计算处理后，生成XML构造指令；

(4)根据需要测试卫星的单机功能，从步骤(3)中选出与需要测试卫星的单机功能相对应的XML构造指令，组成单机功能测试序列；

(5)步骤(4)中的单机功能测试序列，调用步骤(2)XML指令码字构造脚本，生成完整的卫星遥控指令码字；

(6)将步骤(5)生成的完整的卫星遥控指令码字，调制成卫星单机能够识别的调制信号，送至卫星中分系统内相应的单机，用该调制信号设置卫星单机状态后，采集单机状态信息，和步骤(2)预设定的有效字信息比较，如果一致则表明卫星遥控指令正确，单机工作正常，完成了单机性能测试；如果不一致，则判定表明单机工作不正常。

所述步骤(5)中调用步骤(2)XML指令码字构造脚本，生成完整的卫星遥控指令码字的步骤如下：

(1)若果无参数指令，直接转化为指令码字发送至卫星单机；如果有参数指令，调用XML指令码字构造脚本，即通过XML指令码字构造脚本将有参数指令转化为指令码字，进行步骤(2)；

(2)单机功能测试序列调用XML指令码字构造脚本后，根据指令号找到对应的指令码生成块，先生成主导头码字；

(3)根据指令码生成块，自动生成源数据码字，其中有输入参数的指令有效字由指令码生成块自动生成有效字码字，需要在线读取遥测参数的指令有效字码字由Lua函数在线读取遥测参数值再自动生成有效字码字；

(4)根据已经生成的主导头和源数据，依据循环冗余校验码(CRC)算法生成校验和码字；

(5)将步骤(2)的主导头码字、步骤(3)的源数据码字和步骤(4)的校验和码字顺序组合，合成完整的指令码字，即完整的卫星遥控指令码字。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明先期按功能对指令进行定义，给予格式统一并有可读性的指令表达定义，确保指令功能的细化和覆盖，提高了测试程序的可读性；

(2)本发明用计算机自动生成，避免人工的错误，保证了指令码字的正确性；

(3)本发明可以在线提取参数，提取方式包括从静态指令参数输入和从动态遥测参数输入，不受参数值是否能够提前确定的限制，在自动化序列执行过程中，实时在线完成参数提取；

(4)本发明在动态提取参数的前提下，可对测试数据进行公式处理和拟合，对工况进行智能判断，对当量和码字进行智能变换，提高了测试的自动化程度、智能程度和可实施性；

附图说明

图1本发明卫星地面测试智能构造指令码字的系统组成图；

图2本发明卫星地面测试指令码字在线智能构造流程。

具体实施方式

本发明的基本思路为：针对当前卫星地面测试过程中带参数的软件指令码字需要人工计算和校对，导致费时费力，码字出错率高，自动化程度低，测试效率低，指令可读性差，提出一种指令码字在线智能构造的方法。该方法基于脚本语言，由计算机自动实施，可与测试过程同步进行，并动态记录和处理中间数据，从而实现指令码字和测试序列的可编程化，提高指令的可读性、测试的自动化程度和可实施性，确保正确性，降低测试准备和实施过程中的人力资源需求。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，卫星地面测试智能构造指令码字系统包括自动化测试软件、数据订阅服务器、主测试服务器、自动化测试序列，以及XML指令码字构造脚本。其中自动化测试序列是测试前在自动化测试软件中编写完成，用于自动化测试实施的执行程序，测试实施时可自动按照顺序逐条发送指令，序列中编写的指令需要是自动化测试软件可以识别的指令。自动化测试软件可通过网络将遥控指令序列发送到主测试计算机，再由主测试计算机转发到卫星，此外，自动化测试软件可通过网络从数据订阅服务器来获得卫星下传的遥测参数。对于直接指令和比例指令，在自动化测试序列中填入对应的指令号，指令号发送至遥控前端后，将转化为指令码字。对于需要参数的软件指令，在自动化测试序列中填入定义格式的指令号及参数，自动化测试软件将自动调用XML指令码字构造脚本，根据脚本生成对应的指令码字，然后发送给遥控前端。

如图2所示，智能构造指令码字的详细实施步骤如下：

1、根据功能划分指令号，并定义指令格式。

指令按照功能来划分，然后定义指令号和指令格式。定义指令号，可以在原有大指令号基础上通过添加后缀来划分区别，包括三个最小指令单元，第一个最小指令单元为卫星分系统的状态参数设置指令号，第二个最小指令单元为卫星分系统中的单机的功能指令号，第三个最小指令单元为第二个最小指令单元的单机状态参数，第一个最小指令单元、第二个最小指令单元、第三个最小指令单元顺序排列组成卫星遥控指令；定义参数格式时，第三个最小指令单元如果为输入参数，则第三个最小指令单元为输入参数；如果第三个最小指令单元为在线提取遥测参数，则第三个最小指令单元为空，对应关系如下表所示：

选取表中控制分系统中SADA单机的SADA正增量指令为例：

大指令号为54012，SADA正增量指令可以定义为在54012后加后缀，如54012.SABP，后缀包含了指令功能信息，既划分了指令又增加了可读性。接下来是指令格式的定义，这条指令有一个参数，是增量的角度值，于是我们定义此指令带一个参数，参数单位为度，如果增量10度，用定义好的指令号与格式书写为：54012.SABP(10)。指令号需要录入总控和遥控的数据库。这样对卫星遥控指令进行划分与定义，突出了大指令号下每条单机功能指令的作用，增强了指令的可读性，同时，避免了测试过程中现场构造单机功能指令码字，造成码字错误，对卫星单机产生安全性影响。此划分方法既提高了码字生成速率，又减少了码字错误率；

2、编写XML指令码字构造脚本。

在第一步指令号和格式定义的基础上，每条指令对应一个码字生成处理块，设置在XML指令码字构造脚本中，此构造脚本用XML语言编写，生成指令码字的主导头、源数据和校验和的码字，其中主导头包括指令号，指令名称，指令类型、包识别号、包顺序控制号和包长，源数据包括类型识别字、指令长度和有效字，并将主导头码字、源数据码字和校验和码字顺序组成完整的卫星遥控指令码字，源数据中的有效字如果需要通过编程计算处理，则通过调用Lua语言来实现。

(1)首先编写指令头部，包含指令号，指令名称，指令类型、包识别号、包顺序控制号和包长信息。自动化测试软件通过此部分找到对应指令号的码字生成处理块，并且可以根据其中的信息生成主导头码字；

(2)编写类型识别字和指令长度的码字。对于确定功能单元的一条指令，指令的类型识别字和长度的码字是确定，按照XML格式定义好码字的位置及长度，将确定码字填入主导头后相应位置；

(3)根据有效字的情况，确定脚本的编写方法。即如果是固定有效字，按照XML格式定义好码字的位置和长度，将确定码字填入遥控指令中有效字比特位相应位置。如果是通过指令参数输入有效字，按照XML格式定义好码字的位置及长度，在有效字当量比特位填写当量等信息，还可以通过调用Lua函数将不能通过XML语言直接构造的参数转化为码字。如果是在线提取遥测参数的，按照XML格式定义好码字的位置及长度，调用Lua函数来在线提取遥测参数，并根据处理方法对遥测进行处理，将参数转化为码字。码字生成处理块和Lua函数代替了人工录入指令码字，降低了码字错误的概率，并减少了码字生成的时间，提高了卫星测试效率。

(4)针对需要实时根据卫星遥测参数构造指令码字的情况，Lua函数能够自动在线提取遥测参数，并将参数处理为有效字码字，加入源数据码字中。比如地球绕卫星本体Y轴旋转固定角度进行地球搜索过程中，绕Y轴偏置的固定角度要根据当前时刻太阳地球角实时计算出相应角度值，调用Lua函数，读取太阳地球角当前值遥测，自动通过公式Y轴偏置角度＝(当前太阳地球角-180)/0.01，其中0.01为角度当量，计算出卫星需要绕Y轴旋转的固定角度，进而生成“改变Y轴姿态角度偏置量指令”的有效字码字；Lua函数还能够完成XML语言不能够完成的复杂计算，Lua函数读取需要计算的参数，进行逻辑或者复杂的数学计算，最后将计算结果返回XML脚本，生成有效字码字。比如SADA正常模式下转动角度，Lua函数读取转动角度参数，根据参数值自动计算出相应的转动角度，返回角度值，XML语言处理成为源数据有效字码字。这样能够避免人工处理遥测参数错过指令发送时机的情况发生，提高指令操作的时效性；

3、根据指令定义，编写单机功能测试序列。

按照卫星单机功能测试需要编写单机功能测试序列，需要XML脚本生成码字的指令，按照步骤1定义的指令号和格式来编写。指令带参数需要加括号，参数之间用逗号隔开，如56009.DYNM(秒，毫秒)。如果没有指令输入参数，而是在线提取遥测参数，指令号后面跟空括号，如56009.DYNA()。在执行单机功能测试序列时，有括号的指令即带参数指令将调用XML指令码字构造脚本，无括号的指令即无参数指令直接发出指令号。

4、运行单机功能测试序列，调用XML指令码字构造脚本。

在执行单机功能测试序列时，有括号的指令将调用XML指令码字构造脚本，无括号的指令直接调制成卫星单机能够识别的调制信号。

(1)先判断指令是否带参数，即指令号后面是否有括号，有括号的指令自动化测试软件将调用XML指令码字构造脚本来处理。无括号的为常规指令，自动化软件将指令号直接发出，由遥控前端转化为指令码字，然后接着执行下一条指令，这样能够增强了指令处理效率，避免的人工干预，提高了测试序列执行的连贯性和自动化程度；

(2)自动化软件调用XML指令码字构造脚本后，根据指令号找到对应的指令码生成块，先生成主导头码字；

(3)根据指令码生成块，自动生成源数据码字，其中有输入参数的指令有效字由指令码生成块自动生成有效字码字，需要在线读取遥测参数或需进行复杂计算处理的指令有效字码字由Lua函数进行计算处理后再自动生成有效字码字；无论是根据输入参数自动生成的有效字码字，还是在线读取遥测参数生成的有效字码字，均在XML指令码字构造脚本中自动计算、处理和生成，无需人工干预，缩短了码字生成时间，降低了人力和时间成本，也提高了单机测试功能序列的执行效率；

(4)自动化软件根据已经生成的主导头和源数据，依据循环冗余校验码(CRC)算法生成校验和码字，增加的检验和能够避免指令发送过程中产生误码，保证指令的正确性和执行的可操作性；

(5)将主导头码字、源数据码字和校验和码字顺序组合，合成完整的卫星遥控指令码字；

5、将完整的指令码字进行信号调制并发送至卫星单机。采集卫星单机状态信息，和指令码字中预设定的有效字信息比较，如果一致则表明卫星遥控指令正确，单机工作正常，返回步骤(1)执行下一条卫星遥控指令，直至完成了单机性能测试；如果不一致，则判定表明单机工作不正常，停止执行指令。

本发明针对卫星控制分系统和综合电子分系统，选择地敏、SADA和中央处理单元，进行单机性能测试，分别发送相关测试指令，经过统计发现，测试指令码字生成效率提高，测试时间减少，无指令误码出现，充分提高了卫星测试效率与可靠性。

Claims (2)

1.一种基于卫星指令码字智能构造提升卫星测试效率的方法，其特征在于包括阶段如下：按照指令功能及复杂度进行指令划分阶段、对划分的指令进行指令号及参数格式定义阶段、基本构造算法的编写阶段、测试过程中算法的实施阶段，具体步骤如下：

(1)定义卫星遥控指令和参数格式，卫星遥控指令包括三个最小指令单元，第一个最小指令单元为卫星分系统的状态参数设置指令号，第二个最小指令单元为卫星分系统中单机的功能指令号，第三个最小指令单元为第二个最小指令单元的单机状态参数，第一个最小指令单元、第二个最小指令单元、第三个最小指令单元顺序排列组成卫星遥控指令；定义参数格式时，第三个最小指令单元如果为输入参数，则第三个最小指令单元为输入参数；如果第三个最小指令单元为在线提取遥测参数，则第三个最小指令单元为空；

(2)针对步骤(1)定义的指令，生成主导头、源数据和校验和的码字；主导头又包括：指令号，指令名称，指令类型、包识别号、包顺序控制号和包长；源数据又包括类型识别字、指令长度和有效字，将每个卫星遥控指令中的主导头、数据源和校验和的码字，设置在一个XML指令码字构造脚本中；

(3)针对步骤(2)定义的每一条指令，将不需要调用外部函数计算处理就能够用XML语言构造的指令，用XML语言构造，得到XML构造指令；将需要调用外部函数计算处理，才能够用XML语言构造的指令，调用Lua语言，编写外部函数计算处理后，生成XML构造指令；

(4)根据需要测试卫星的单机功能，从步骤(3)中选出与需要测试卫星的单机功能相对应的XML构造指令，组成单机功能测试序列；

(5)步骤(4)中的单机功能测试序列，调用步骤(2)XML指令码字构造脚本，生成完整的卫星遥控指令码字；

(6)将步骤(5)生成的完整的卫星遥控指令码字，调制成卫星单机能够识别的调制信号，送至卫星中分系统内相应的单机，用该调制信号设置卫星单机状态后，采集单机状态信息，和步骤(2)预设定的有效字信息比较，如果一致则表明卫星遥控指令正确，单机工作正常，完成了单机性能测试；如果不一致，则判定表明单机工作不正常。

2.根据权利要求1所述的一种基于卫星指令码字智能构造提升卫星测试效率的方法，所述步骤(5)中调用步骤(2)XML指令码字构造脚本，生成完整的卫星遥控指令码字的步骤如下：

(1)若果无参数指令，直接转化为指令码字发送至卫星单机；如果有参数指令，调用XML指令码字构造脚本，即通过XML指令码字构造脚本将有参数指令转化为指令码字，进行步骤(2)；

(2)单机功能测试序列调用XML指令码字构造脚本后，根据指令号找到对应的指令码生成块，先生成主导头码字；

(3)根据指令码生成块，自动生成源数据码字，其中有输入参数的指令有效字由指令码生成块自动生成有效字码字，需要在线读取遥测参数的指令有效字码字由Lua函数在线读取遥测参数值再自动生成有效字码字；

(4)根据已经生成的主导头和源数据，依据循环冗余校验码(CRC)算法生成校验和码字；

(5)将步骤(2)的主导头码字、步骤(3)的源数据码字和步骤(4)的校验和码字顺序组合，合成完整的指令码字，即完整的卫星遥控指令码字。