CN105892305A - 通用的航天器地面测试床系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通用的航天器地面测试床系统，其包括：测试床结构；测试床仿真模拟设备，实现各类电接口的通用模拟、机电设备的电性能等效、在轨飞行环境模拟和外部系统的电接口模拟；前置测试设备；位于测试大厅的总控设备。测试床结构采用可自由拆分与组合的开放式框架机柜，该开放式框架机柜采用承力杆、安装板和承力杆接头。测试床仿真模拟设备包括1553B总线模拟器、供电与配电模拟器、以太网通讯模拟器、通用电接口模拟器、仿真服务与控制器。本发明测试床系统能够在单机设备未齐套之前提前开展系统级测试，方便高效地发现异常、拆卸问题单机，处理单机和分系统低层次问题，覆盖各种正常和故障飞行模式，降低人力资源消耗。

Description

通用的航天器地面测试床系统

技术领域

本发明属于航天器电性能测试领域，具体涉及一种适用于航天器系统电性能设计集成验证与测试的通用的航天器地面测试床系统。

背景技术

综合测试是航天器系统集成与系统验证中的一项重要工作，是保证航天器研制和生产制造质量的最后环节。

传统综合测试技术测试效率较低、测试周期长、占用人力资源多且测试进度难以控制，其主要原因在于：

a.单机级、分系统级测试充分、有效性不足，状态不受控，将问题推延到综合测试阶段，错过了发现、解决问题的最佳时机与条件；

b.分系统间联调状态不受控，联调的充分性、有效性难以保证。联调后无法控制分系统更改接口状态，综合测试中仍会发现问题；

c.分系统验收测试仅为静态检测，缺乏有效的验收把关手段，将单机级、分系统级各种问题引入了综合测试，问题排查困难，影响后期综合测试效率；

d.部分分系统产品交付时间晚，先交付的产品只能存贮起来，造成综合测试启动时间晚，影响测试整体进度；

e.传统的综合测试模式仅仅基于不充分的遥测信息，且难以创造施加充分的测试激励，测试的可观性和可控性不佳，使得测试方案的设计受到很多制约，很多测试项目难以实施，测试充分性覆盖性不足，可用于测试评估的信息资源也不足，出现问题时也缺乏排故所需的信息；

f.由于不能保证分系统设备状态的正确性，且综合测试工作启动时机晚，总装工作完成后直接开展整器综合测试，前期结果必然是问题大量集中爆发，综合测试进程频繁中断，设备与测试人员处于无效的等待状态，影响后期测试进度；

g.由于整器状态下设备拆装不便，排查问题的可用技术手段有限，一方面问题排查和设备拆装会中断和延误综合测试进程，另一方面对单机单位的排故、归零、更改和复测的进度压力大，容易留下隐患；

根据我国航天器发展规划，未来我国的航天器研制发射密集，质量要求更加严格，研制周期较更短，每颗航天器所分配的研制人员更少，以上特点都对航天器综合测试提出了新的需求和挑战，传统的综合测试技术必须转型和创新才能满足我国航天新时代发展的需要。针对上述传统综合测试存在各种问题和需要，本发明提出了一种通用的航天器地面测试床技术，它能够实现综合测试重心前移，尽早开展测试工作，尽早发现解决并解决问题，提高总装集成阶段测试进度和效率；充分利用仿真模拟技术，提高测试覆盖性、有效性和测试深度；有助于提升综合测试能力，跟踪国际先进测试技术，提高未来复杂航天器密集研制生产过程中的测试效率和效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种通用的航天器地面测试床系统，在单机设备安装到整器结构之前，依次对交付的单机设备进行模块化测试，以增量式逐渐构建被测航天器，能够在单机设备未齐套之前提前开展系统级测试；能方便高效地发现异常、拆卸问题单机，处理单机和分系统低层次问题；尽可能真实地仿真各种在轨飞行环境，覆盖各种正常和故障飞行模式；大部分测试项目不需要所有分系统测试人员全部参加，能够有效降低人力资源消耗。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种通用的航天器地面测试床系统，包括：测试床结构；测试床仿真模拟设备，实现各类电接口的通用模拟、机电设备的电性能等效、在轨飞行环境模拟和外部系统的电接口模拟；前置测试设备；位于测试大厅的总控设备。

作为本发明上述通用的航天器地面测试床系统的改进，所述的测试床结构采用可自由拆分与组合的开放式框架机柜。

作为本发明上述通用的航天器地面测试床系统的进一步改进，所述的可自由拆分与组合的开放式框架机柜采用承力杆、安装板和承力杆接头；所述的承力杆采用导电金属材料，为中空结构，纵向一面开口，用于安装固定安装板，安装位置可以沿开口上下调节；所述的承力杆接头为方形套筒，在方形套筒一面的上下两端分别设有定位孔，上下两个承力杆插入承力杆接头的空腔后，紧固件分别通过承力杆接头两端的定位孔连接上下两个承力杆；所述的安装板设有加强筋，通过耳片和定位孔安装在承力杆的开口内，安装板底面设置安装缝，用于固定被测电性设备，并可以按照安装缝的走向调节安装位置。

作为本发明上述通用的航天器地面测试床系统的进一步改进，所述的测试床仿真模拟设备包括：1553B总线模拟器，实现被测飞行器内部1553B总线的指令、遥测数据搜集、RT终端管理、遥控分发和总线数据交换；供电与配电模拟器，模拟被测飞行器的电源和配电设备为器上负载供电；以太网通讯模拟器，模拟被测飞行器内部以太网数据通讯功能；通用电接口模拟器，实现除以太网接口和供电接口的其它所有电接口的模拟；仿真服务与控制器，完成仿真计算和通信控制功能。

作为本发明上述通用的航天器地面测试床系统的进一步改进，所述的1553B总线模拟器由器上1553B总线电缆和系统网控制仿真机组成。

作为本发明上述通用的航天器地面测试床系统的进一步改进，所述的供电与配电模拟器由母线切换与控制器、配电单元模拟器和器上电缆组成。

作为本发明上述通用的航天器地面测试床系统的进一步改进，所述的以太网通讯模拟器由以太网监视主机、顶层交换机、接入交换机和网络管理器组成。

作为本发明上述通用的航天器地面测试床系统的进一步改进，所述的仿真服务与控制器由仿真主控机、仿真服务器和反射内存总线组成。

作为本发明上述通用的航天器地面测试床系统的进一步改进，所述的前置测试设备由分系统专用测试设备组成，前置测试设备通过有线或无线链路与空间站舱段连接，一方面为航天器供电，另一方面在计算机软件的控制下与飞行器进行信息交互，交互的信息送数据服务区进行处理。

作为本发明上述通用的航天器地面测试床系统的更进一步改进，所述的总控设备包括数据服务区设备和测试应用区设备。

本发明采用可自由拆分与组合的开放式框架机柜与测试床仿真模拟设备对航天器开展总装前的系统级电性能测试，测试过程设备及电缆定位快捷、拆装方便，能够使用真实设备和电缆，电性能一致性高，可以取得如下有益效果：

a.测试有效性高。测试床采用真实电子设备和电缆，其布局和走向与设计状态基本一致，测试床仿真模拟设备产生的测试激励与真实飞行状态更加真实，安装在测试床上的被测航天器在电性能上与真实航天器一致性高，因此整器的测试有效性高，与总装后的综合测试相比能达到98％以上；

b.测试效率得到提高。一方面测试床的被测设备和电缆拆装方便，有效测试时间比例得到提高；另一方面测试床采用模块化和增量式测试模式，逐步构建完整的被测航天器，能够避免低层次问题进入后续测试，整体测试效率高；同时系统采用自动化测试架构，进一步提高效率，总体预计能提高30％以上。

c.整器测试覆盖率得到较大提高。与传统综合测试模式相比，测试床能够连接更多的地面设备和辅助测试设备，能够获得更多的测试数据，能够进行分系统和功能模块级验收测试，分系统间电接口覆盖性得到较大提高。仿真模拟可以覆盖大部分故障飞行模式，预计总的测试覆盖率能提高20％左右。

d.能够提前进行系统级电性能测试，根据不同航天器型号的研制情况，提前时间为3～6个月左右。

附图说明

图1测试床系统组成及功能框图

图2测试床系统平面布局示意图

图3测试床单舱主结构三视图

图4承力杆三视图

图5设备安装板三视图

图6承力杆接头三视图

图7测试床仿真模拟功能层次图

图8测试床仿真模拟设备组成框图

图9测试床仿真模拟信息流图

图10测试床测试流程图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的通用的航天器地面测试床系统包括测试床结构、测试床仿真模拟设备、前置测试设备和位于测试大厅的总控设备。

如图2所示，测试床结构为简易舱体结构，采用可自由拆分与组合的开放式框架机柜代替真实舱体结构，利用一套与设计状态一致的测试电缆，能够方便、安全和灵活地承载、操作和连接被测电性设备和测试专用的监测设备。被测设备安装方式参考设备在舱内实际安装布局形式，确保设备安装方位与实际情况近似，不安装管路、推进剂储箱、物品箱等与电性能无直接关系的设备，若需要此类设备采用测试床仿真模拟设备替代。

如图2所示，被测飞行器电性设备均安装在可自由拆分与组合的开放式框架机柜里，该开放式框架机柜主要由承力杆、安装板和承力杆接头构成。

承力杆为机柜的主承力部件，采用导电金属材料，根据具体需要确定不同的长、宽、高参数，如图4所示，承力杆为中空结构，纵向一面开口，用于安装固定安装板，安装位置可以沿开口上下调节。

如图6所示，承力杆接头为方形套筒，在方形套筒一面的上下两端分别设有定位孔，上下两个承力杆插入承力杆接头的空腔后，紧固件分别通过承力杆接头两端的定位孔连接上下两个承力杆。

如图5所示，安装板主要用于安装被测电性设备，设置有加强筋做为机柜的次承力部件，通过耳片和定位孔安装在承力杆的开口内，安装板底面设置安装缝用于固定被测电性设备，可以按照缝的走向调节安装位置。

测试设备机柜为在市场采购的标准机柜，规格尺寸按照测试设备的数量、尺寸和功率需求等确定。

测试床仿真模拟设备实现各类电接口的通用模拟、机电设备的电性能等效、在轨飞行环境模拟和外部系统的电接口模拟等。仿真模拟功能层次划分如图7所示，仿真模拟设备组成如图8所示，分为1553B总线模拟器、供电与配电模拟器、以太网通讯模拟器、通用电接口模拟器、仿真服务与控制器5个部分，以及辅助测试设备，所有的计算机设备均配置以太网卡，接收来自总控的仿真配置命令。仿真模拟设备与被测设备和测试床其它组成设备的信息交互关系如图9所示。

1553B总线模拟器由器上1553B总线电缆和系统网控制仿真机组成，实现被测飞行器内部1553B总线的指令、遥测数据搜集、RT终端管理、遥控分发和总线数据交换等功能。供电与配电模拟器由母线切换与控制器、配电单元模拟器和器上电缆组成，模拟被测飞行器的电源和配电设备为器上负载供电。以太网通讯模拟器由以太网监视主机、顶层交换机、接入交换机和网络管理器组成，模拟被测飞行器内部以太网数据通讯功能。通用电接口模拟器实现除以太网接口和供电接口的其它所有电接口的模拟，包括1553B(RT)接口、LVDS接口、RS422接口、模拟量遥测输出接口、模拟量遥测采集接口、开关指令输出接口、开关指令采集接口、OC门令接口、压点开关接口、行程开关接口、热敏电阻采集通道接口、热敏电阻接口等。仿真服务与控制器由仿真主控机、仿真服务器和反射内存总线组成，完成仿真计算和通信控制功能。

前置测试设备的功能和组成与传统综合测试系统的对应功能相同，主要由分系统专用测试设备(SCOE)组成，前置测试设备通过有线或无线链路与空间站舱段连接，一方面为航天器供电，另一方面在计算机软件的控制下与飞行器进行信息交互，交互的信息送数据服务区进行处理。

总控设备的功能和组成与传统综合测试系统的对应功能相同，包括数据服务区设备和测试应用区设备。

航天器地面测试床系统的测试分为两个阶段：验收测试和整器测试。

如图10所示，验收测试是以功能模块为单位进行电性能测试，覆盖功能、性能、电接口、通讯协议和故障模式等测试项目，主要目的是检查功能模块间接口设计实现与总体协议文件规定的一致性，检查分系统功能设计实现与总体技术要求的一致性，避免低层次问题进入后续整器系统级电性能测试。验收通过的分系统设备留在测试床，待所有分系统验收测试完成后，将器上设备和电缆连接在一起组成电性飞行器，进行单舱段模块的整器级电性能测试，验证整器电性能设计的正确性，包括分系统间接口匹配、整器功能、飞行程序、正常飞行模式、故障飞行模式和大系统间接口等。正样阶段验收测试的测试项目与初样相同，测试床电集成测试主要是为了完成系统设计与级技术状态更改验证。

整器测试与常规的综合测试流程基本相同。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种通用的航天器地面测试床系统，其特征在于，包括：

测试床结构；

测试床仿真模拟设备，实现各类电接口的通用模拟、机电设备的电性能等效、在轨飞行环境模拟和外部系统的电接口模拟；

前置测试设备；

位于测试大厅的总控设备。

2.根据权利要求1所述的通用的航天器地面测试床系统，其特征在于，所述的测试床结构采用可自由拆分与组合的开放式框架机柜。

3.根据权利要求2所述的通用的航天器地面测试床系统，其特征在于，所述的可自由拆分与组合的开放式框架机柜采用承力杆、安装板和承力杆接头；所述的承力杆采用导电金属材料，为中空结构，纵向一面开口，用于安装固定安装板，安装位置可以沿开口上下调节；所述的承力杆接头为方形套筒，在方形套筒一面的上下两端分别设有定位孔，上下两个承力杆插入承力杆接头的空腔后，紧固件分别通过承力杆接头两端的定位孔连接上下两个承力杆；所述的安装板设有加强筋，通过耳片和定位孔安装在承力杆的开口内，安装板底面设置安装缝，用于固定被测电性设备，并可以按照安装缝的走向调节安装位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的通用的航天器地面测试床系统，其特征在于，所述的测试床仿真模拟设备包括：

1553B总线模拟器，实现被测飞行器内部1553B总线的指令、遥测数据搜集、RT终端管理、遥控分发和总线数据交换；

供电与配电模拟器，模拟被测飞行器的电源和配电设备为器上负载供电；

以太网通讯模拟器，模拟被测飞行器内部以太网数据通讯功能；

通用电接口模拟器，实现除以太网接口和供电接口的其它所有电接口的模拟；

仿真服务与控制器，完成仿真计算和通信控制功能。

5.根据权利要求4所述的通用的航天器地面测试床系统，其特征在于，所述的1553B总线模拟器由器上1553B总线电缆和系统网控制仿真机组成。

6.根据权利要求4所述的通用的航天器地面测试床系统，其特征在于，所述的供电与配电模拟器由母线切换与控制器、配电单元模拟器和器上电缆组成。

7.根据权利要求4所述的通用的航天器地面测试床系统，其特征在于，所述的以太网通讯模拟器由以太网监视主机、顶层交换机、接入交换机和网络管理器组成。

8.根据权利要求4所述的通用的航天器地面测试床系统，其特征在于，所述的仿真服务与控制器由仿真主控机、仿真服务器和反射内存总线组成。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的通用的航天器地面测试床系统，其特征在于，所述的前置测试设备由分系统专用测试设备组成，前置测试设备通过有线或无线链路与空间站舱段连接，一方面为航天器供电，另一方面在计算机软件的控制下与飞行器进行信息交互，交互的信息送数据服务区进行处理。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的通用的航天器地面测试床系统，其特征在于，所述的总控设备包括数据服务区设备和测试应用区设备。