CN107612610B - 一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统及方法，目的是克服现有技术不足，开发星载测控应答机自主检测、自主测试功能，将部分地面测试任务移植到星上，以满足快速响应卫星测试任务智能化、批产化要求。本发明在现有测试系统方法和经验基础上，将机内测试(Build In Test，BIT)技术引入星上测控应答机单机设计中，使测控应答机通过软件功能配置，在收到地面上行自测试指令后，通过监视并判读相关遥测参数，自主快速获取和分析测控应答机核心模块主要功能和内部工作状态，并完成自测试结果遥测下传，从而使星载测控应答机具备了模块自测试功能。本发明能够提高卫星综合测试效率和自动化程度，且不影响原有正常工作模式，通用性强易于扩展并应用到星上其他单机设备。

Description

一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种卫星测控应答机自测试系统和方法，特别涉及一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统及方法，属于卫星测控技术领域。

背景技术

快速响应卫星平台是为了适应未来快速响应卫星应用需求和技术发展趋势提出的新一代小卫星平台，其典型应用是平时货架式舱段存储，战时快速响应作战需求、快速总装、快速测试、快速起竖发射、快速在轨使用。

与传统小卫星系统相比，快速响应卫星系统突出体现了智能化、快速化、批产化、操作便捷等技术特点。另一方面，随着卫星系统复杂度的增加，卫星测试的工作量急剧增加，而用于型号测试的测试场地、测试设备等资源非常有限，繁重的卫星测试任务和相对低下的测试能力是卫星研制过程中的主要矛盾之一。

传统测试是以上行遥控、下行遥测链路为测试环路，采用指令加遥测的激励反馈简单测试模式，难以深入卫星内部获取测试参数。目前的卫星综合测试过程严重依赖星地信息流资源，而星地信息流资源受星地测控链路限制，数据速率较低，在测试数据获取途径、测试数据深度分析、地面测试系统整体架构等方面都存在亟待解决的问题，因此导致整星综合测试效率和自动化程度较低，为了满足快速响应卫星的测试需求。

为了满足快速响应卫星的测试需求，除对地面测试系统进行不断地升级改造外，卫星星上各单机设备也应配合地面测试系统进行功能升级，通过针对性的设计和技术改进，实现一键式智能闭环测试。测控应答机作为卫星平台关键设备，为其设计一种智能化、高可信、自动化快速测试方法，是满足整星一键式智能闭环测试需求的必然要求。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统及方法，通过开发星载测控应答机自主检测、自主测试功能，将部分地面测试任务移植到星上，有效提高了整星综合测试效率和自动化程度，缩短了测试周期，降低了地面测试系统建设成本，满足了快速响应卫星批量化生产和快速部署需求。该方法可应用于卫星测试全过程，并可实现一定程度的卫星在轨自测试功能，能适应卫星的长寿命需求。

本发明解决的技术方案为：一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统，包括：地面测试设备、测控天线、微波网络、测控应答机、星务管理单元；

地面测试设备发送含有自测试指令数据的上行射频信号给星上的测控天线，接收并解调含有自测试结果遥测量的卫星下行射频信号，得到星上测控应答机的自测试结果；

测控天线为接收、发射合一天线；测控天线接收到上行射频信号后送至微波网络，微波网络将上行射频信号进行带通滤波后送至测控应答机；微波网络对下行遥测信号进行带通滤波后送至测控天线，测控天线将下行射频信号发射至地面测试设备；

测控应答机能够对滤波后的上行射频信号进行扩频接收处理，解调得到遥控PCM数据，根据遥控PCM数据内容，识别出遥控指令类型，包括直接指令或遥控注数，当遥控指令类型为直接指令时，将该遥控指令译码后执行；当遥控指令类型为遥控注数时，将该遥控指令直接发送给星务管理单元；测控应答机接收并执行星务管理单元发送的间接指令，将自身遥测采集结果发送给星务管理单元；测控应答机能够接收星务管理单元发送的遥测PCM数据，调制得到下行遥测，发送给微波网络；测控应答机还能根据遥控指令要求完成内部各主要模块的自测试功能；

星务管理单元能够接收测控应答机发来的类型为遥控注数的控制指令，根据指令内容，判断是否为测控应答机的间接指令，若是，通过CAN总线发给测控应答机执行该指令；否则发给星上其他相应单机。星务管理单元接收测控应答机发送的遥测采集结果，与星上其他单机遥测采集结果一起，将遥测量按照约定格式组帧形成遥测PCM数据，通过数据总线发送给测控应答机。

所述的一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统，其特征在于：测控应答机包括三个模块，即扩频处理模块、遥控处理模块、下位机模块；

扩频处理模块能够对滤波后的上行射频信号进行扩频接收处理，解调得到遥控PCM数据送至遥控处理模块；扩频处理模块能够接收星务管理单元发送的遥测PCM数据，并进行扩频调制后形成下行遥测信号；扩频处理模块能够接收下位机模块发送的扩频处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将扩频处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

遥控处理模块能够根据遥控PCM数据内容，进行遥控指令类型识别，确定遥控指令类型，包括直接指令、遥控注数两种。当遥控指令类型为直接指令时，遥控处理模块将该直接指令发给下位机模块，当遥控指令类型为遥控注数时，遥控处理模块将该遥控注数发送给星务管理单元；遥控处理模块能够接收下位机模块发送的遥控处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将遥控处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

下位机模块能够接收遥控处理模块发送的直接指令，也能够接收星务管理单元通过CAN总线发送的间接指令，并根据直接指令或间接指令内容，通过查询预先存储的指令码表完成指令译码，即明确遥控指令功能为如下三种功能中的其中一种：扩频处理模块自测试信号或遥控处理模块自测试信号或下位机模块自测试信号；若为扩频处理模块自测试信号，将扩频处理模块自测试信号送回扩频处理模块；若为遥控处理模块自测试信号，将遥控处理模块自测试信号送回遥控处理模块；若为下位机模块自测试信号，下位机模块自行执行自测试功能，并更新下位机模块自测试结果遥测量；下位机模块接收扩频处理模块发送的扩频处理自测试结果，接收遥控处理模块发送的遥控处理模块自测试结果，与下位机模块自身的自测试结果一起，以遥测采集形式发送给星务管理单元。

所述的一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统，其特征在于测控天线、微波网络、测控应答机、星务管理单元属于星载设备。

扩频处理模块具有自测试功能，扩频处理模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即扩频处理模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；扩频处理模块内的数据缓存模块将扩频处理模块的输入信号源由正常工作模式时滤波后上行射频信号进行下变频及AD转换后得到的上行ADC中频采样信号切换至扩频处理模块内部产生的自测试信号，自测试信号的频率、调制扩频码与数据和上行ADC中频采样信号保持一致；扩频处理模块内的的捕获跟踪模块以自测试信号为输入，重新进行中频信号多普勒频率、扩频伪码相位的捕获跟踪过程，直到重新完成多普勒偏移频率和伪码相位的同步；在扩频处理模块启动自测试T₀秒后，T₀为指标要求的捕获时间，结束自测试模式，恢复到正常工作模式；如果在T₀时间内完成多普勒偏移频率和伪码相位的同步，则判定扩频处理模块工作正常，否则，判定扩频模块工作异常；扩频处理模块根据自测试结果，更新自测试结果遥测量。

遥控处理模块具有自测试功能，遥控处理模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即遥控处理模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；遥控处理模块将模块输入由正常工作模式时的遥控PCM数据切换至内部模拟的指令数据，内部模拟的指令数据的格式与遥控PCM数据保持一致；遥控处理模块以内部模拟的指令数据为输入，重新进行完整的指令解码过程，直到完成译码，得到译码结果；遥控处理模块结束自测试模式，恢复到正常工作模式，并将译码结果与真实指令码对比，如果两者完全一致，则判定遥控处理模块工作正常，否则，判定遥控处理模块工作异常；遥控处理模块根据自测试结果，更新自测试结果遥测量。

下位机模块具有自测试功能，下位机模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即下位机模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；下位机模块对内部RAM区进行测试，向RAM固定地址写入一个确定已知字节0x55，然后再从该地址读出一个字节，并与0x55进行比较，如果两者一致，判断下位机模块工作正常，否则，判断下位机模块工作异常；下位机模块结束自测试模式，恢复到正常工作模式，并更新自测试结果遥测量。

一种基于下位机的星载测控应答机自测试方法，步骤如下：

(1)地面测试设备发送含有自测试指令数据的上行射频信号给星上的测控天线，测控天线接收到上行射频信号后送至微波网络，微波网络将上行射频信号进行带通滤波后送至测控应答机；

(2)测控应答机的扩频处理模块能够对滤波后的上行射频信号进行扩频接收处理，解调得到遥控PCM数据送至遥控处理模块；

(3)测控应答机的遥控处理模块能够根据遥控PCM数据内容，进行遥控指令类型识别，确定遥控指令类型，包括遥控注数、直接指令两种；

当遥控指令类型为遥控注数时，遥控处理模块将该遥控注数发送给星务管理单元；星务管理单元接收测控应答机发来的类型为遥控注数的控制指令，根据指令内容，判断是否为测控应答机的间接指令，若是，通过CAN总线将该指令发给测控应答机的下位机模块；否则发给星上其他相应单机。

当遥控指令类型为直接指令时，遥控处理模块将该直接指令发给下位机模块；

(4)测控应答机的下位机模块能够接收遥控处理模块发送的直接指令，也能够接收星务管理单元通过CAN总线发送的间接指令，并根据直接指令或间接指令内容，通过查询预先存储的指令码表，完成指令译码，即明确遥控指令功能为如下三种功能中的其中一种：扩频处理模块自测试信号或遥控处理模块自测试信号或下位机模块自测试信号；

若为扩频处理模块自测试信号，将扩频处理模块自测试信号送给扩频处理模块，扩频处理模块接收下位机模块发送的扩频处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将扩频处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

若为遥控处理模块自测试信号，将控处理模块自测试信号送回遥控处理模块，遥控处理模块能够接收下位机模块发送的遥控处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将遥控处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

若为下位机模块自测试信号，下位机模块自行执行自测试功能，并更新下位机模块自测试结果遥测量；

(5)测控应答机的下位机模块接收扩频处理模块发送的扩频处理自测试结果，接收遥控处理模块发送的遥控处理模块自测试结果，与下位机模块自身的自测试结果一起，以遥测采集形式发送给星务管理单元；

(6)星务管理单元接收测控应答机的下位机模块发送的遥测采集结果，与星上其他单机遥测采集结果一起，将遥测量按照约定格式组帧形成遥测PCM数据，通过数据总线发送给测控应答机的扩频处理模块；

(7)测控应答机的扩频处理模块能够接收星务管理单元发送的遥测PCM数据，并进行扩频调制后形成下行遥测信号，发送给微波网络；

(8)微波网络对下行遥测信号进行带通滤波后送至测控天线，测控天线将下行射频信号发射至地面测试设备；

(9)地面测试设备接收并解调含有自测试结果遥测量的卫星下行射频信号，得到星上测控应答机的自测试结果；

至此，形成闭环测试系统。

所述步骤(4)中扩频处理模块自测试的步骤如下：

(1)扩频处理模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即扩频处理模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；

(2)扩频处理模块内的数据缓存模块将扩频处理模块的输入信号源由正常工作模式时滤波后上行射频信号进行下变频及AD转换后得到的上行ADC中频采样信号切换至扩频处理模块内部产生的自测试信号，自测试信号的频率、调制扩频码与数据和上行ADC中频采样信号保持一致；

(3)扩频处理模块内的的捕获跟踪模块以自测试信号为输入，重新进行中频信号多普勒频率、扩频伪码相位的捕获跟踪过程，直到重新完成多普勒偏移频率和伪码相位的同步；

(4)在扩频处理模块启动自测试T₀秒后，T₀为指标要求的捕获时间，结束自测试模式，恢复到正常工作模式；如果在T₀时间内完成多普勒偏移频率和伪码相位的同步，则判定扩频处理模块工作正常，否则，判定扩频模块工作异常；

(5)扩频处理模块根据自测试结果，更新自测试结果遥测量。

所述步骤(4)中遥控处理模块自测试的步骤如下：

(1)遥控处理模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即遥控处理模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；

(2)遥控处理模块将模块输入由正常工作模式时的遥控PCM数据切换至内部模拟的指令数据，内部模拟的指令数据的格式与遥控PCM数据保持一致；

(3)遥控处理模块以内部模拟的指令数据为输入，重新进行完整的指令解码过程，直到完成译码，得到译码结果；

(4)遥控处理模块结束自测试模式，恢复到正常工作模式，并将译码结果与真实指令码对比，如果两者完全一致，则判定遥控处理模块工作正常，否则，判定遥控处理模块工作异常；

(5)遥控处理模块根据自测试结果，更新自测试结果遥测量。

所述步骤(4)中下位机模块自测试的步骤如下：

(1)下位机模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即下位机模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；

(2)下位机模块对内部RAM区进行测试，向RAM固定地址写入一个确定已知字节0x55，然后再从该地址读出一个字节，并与0x55比较，如果两者一致，则判断下位机模块工作正常，否则，判断下位机模块工作异常

(3)下位机模块结束自测试模式，恢复到正常工作模式，并更新自测试结果遥测量。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)通过对星上测控应答机增加自测试功能的集成化设计，只需一条指令、一个遥测量即可完成测控应答机核心模块主要功能和内部工作状态的快速获取，减少了人工干预，提高了测试效率，实现了测试自动化、智能化；

(2)通过对测控应答机各模块自测试方案的专门设计，使得自测试输入能够真实模拟实际工作情况，自测试过程覆盖全面，自测试结果判定严谨可信，能够达到对测控应答机健康状态进行快速准确检查的目的；

(3)通过对自测试模式与正常工作模式隔离的逻辑设计，使得对测控应答机现有工作模式的影响降到最低，不影响整星测控性能，且易于操作；

(4)通过对部分功能模块复用的软件设计，使得测控应答机针对自测试功能需做的适应性修改降到最低，节省了卫星硬件资源开销；

(5)地面测试设备通过无线信道发送给卫星的自测试指令可以选择直接指令或间接指令两种形式，通过这种冗余设计，提高了自测试功能可靠性；

(6)测控应答机自测试，主要是通过其内部三个组成模块，即扩频处理模块、遥控处理模块、下位机模块分别进行自测试来完成的。上述设计使得该自测试方法能够深入设备内部，能够获取更全面真实的测试参数；

(7)该方法通用性强，易于扩展重构并应用到星上其他单机设备。

附图说明

图1是本发明星载测控应答机自测试系统示意图；

图2是本发明星载测控应答机自测试方法流程图；

图3是本发明星载测控应答机扩频处理模块组成框图；

图4是本发明星载测控应答机扩频处理模块自测试流程图；

图5是本发明星载测控应答机遥控处理模块自测试流程图。

具体实施方式

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，本发明提供了一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统，主要包括：地面测试设备、测控天线、微波网络、测控应答机、星务管理单元；其中，测控天线、微波网络、测控应答机、星务管理单元属于星载设备。

地面测试设备的上行发送工作频率与星载测控应答机的接收频率相同，为2100MHz。地面测试设备的下行接收工作频率与星载测控应答机的发送频率相同，为2400MHz。上、下行射频信号均采用直接序列扩频调制方式。地面测试设备将含有自测试指令数据的上行射频信号发送给星上的测控天线，接收并解调含有自测试结果遥测量的卫星下行射频信号，获取星上测控应答机的自测试结果；

测控天线为接收、发射合一天线，工作频段为2.0GHz～2.4GHz，天线极化方式为圆极化，极化方向与地面测试设备接收和发射天线同旋，且具有近似半球辐射特性(天线方向图半锥角80度～90度，天线增益不低于-10dBi)；测控天线接收到上行射频信号后送至微波网络，微波网络内部除有一个环形器外，还有上行滤波器、下行滤波器，能够对上、下行射频信号分别进行带通滤波(滤波带宽为大于等于20MHz。滤波器插入损耗不高于0.7dB)。微波网络将上行射频信号进行带通滤波后送至测控应答机；微波网络对下行遥测信号进行带通滤波后送至测控天线，测控天线将下行射频信号发射至地面测试设备；

测控应答机能够对滤波后的上行射频信号进行扩频接收处理，解调得到遥控PCM数据，根据遥控PCM数据内容，识别出遥控指令类型，包括直接指令或遥控注数，当遥控指令类型为直接指令时，将该遥控指令译码后执行；当遥控指令类型为遥控注数时，将该遥控指令直接发送给星务管理单元；测控应答机接收并执行星务管理单元发送的间接指令，将自身遥测采集结果发送给星务管理单元；测控应答机能够接收星务管理单元发送的遥测PCM数据，调制得到下行遥测，发送给微波网络；测控应答机还能根据遥控指令要求完成内部各主要模块的自测试功能；

星务管理单元做为星上信息管理中心，以上位机形式通过CAN总线给星上各个下位机发送间接指令、进行遥测量采集轮询，并完成整星遥测收集、组帧与下传。星务管理单元能够接收测控应答机发来的类型为遥控注数的控制指令，根据指令内容，判断是否为测控应答机的间接指令，若是，通过CAN总线发给测控应答机执行该指令；否则发给星上其他相应单机。星务管理单元接收测控应答机发送的遥测采集结果，与星上其他单机遥测采集结果一起，将遥测量按照约定格式组帧形成遥测PCM数据，通过数据总线发送给测控应答机。

测控应答机具有遥控、遥测、测距、测速等传统应答机功能，此外还具有遥控单元功能。测控应答机内部包括扩频处理模块、遥控处理模块、下位机模块等3个模块；

如图3所示，扩频处理模块由下变频和中频采样模块、数据缓存模块、捕获模块、跟踪模块、解调模块、下行信号调制产生模块、DAC驱动模块、自测试信号源、遥测采集模块等组成。下变频和中频采样模块完成对上行遥控射频信号的下变频、中频采样任务，得到上行中频采样数据然后发送给数据缓存模块。数据缓存模块根据工作模式不同选择不同的数据源输出给捕获模块，正常模式下输出上行中频采样数据，自测试模式下输出自测试数据。捕获模块、跟踪模块、解调模块共同完成上行遥控信号的解扩解调，并将解调出的遥控PCM数据送给遥控处理模块。其中，捕获模块完成上行遥控信号(采样扩频调制体制)伪码相位和载波频率捕获，跟踪模块完成码和载波跟踪，解调模块完成遥控PCM数据的位同步、帧同步。下行信号调制产生模块接收星务管理单元发来的遥测PCM数据，完成下行遥测信号调制后输出给DAC驱动模块。DAC驱动模块完成二进制补码信号转换为二进制偏移码。自测试信号源用于产生自测试数据。遥测采集模块完成扩频处理模块自测试结果的遥测量采集，发送给下位机模块。扩频处理模块能够对滤波后的上行射频信号进行扩频接收处理，解调得到遥控PCM数据送至遥控处理模块；扩频处理模块能够接收星务管理单元发送的遥测PCM数据，并进行扩频调制后形成下行遥测信号；扩频处理模块能够接收下位机模块发送的扩频处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将扩频处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

遥控处理模块能够根据遥控PCM数据内容，进行遥控指令类型识别，确定遥控指令类型，包括直接指令、遥控注数两种。当遥控指令类型为直接指令时，遥控处理模块将该直接指令发给下位机模块，当遥控指令类型为遥控注数时，遥控处理模块将该遥控注数发送给星务管理单元；遥控处理模块能够接收下位机模块发送的遥控处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将遥控处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

下位机模块能够接收遥控处理模块发送的直接指令，也能够接收星务管理单元通过CAN总线发送的间接指令，并根据直接指令或间接指令内容，通过查询预先存储的指令码表完成指令译码，即明确遥控指令功能为如下三种功能中的其中一种：扩频处理模块自测试信号或遥控处理模块自测试信号或下位机模块自测试信号；若为扩频处理模块自测试信号，将扩频处理模块自测试信号送回扩频处理模块；若为遥控处理模块自测试信号，将遥控处理模块自测试信号送回遥控处理模块；若为下位机模块自测试信号，下位机模块自行执行自测试功能，并更新下位机模块自测试结果遥测量；下位机模块接收扩频处理模块发送的扩频处理自测试结果，接收遥控处理模块发送的遥控处理模块自测试结果，与下位机模块自身的自测试结果一起，以遥测采集形式发送给星务管理单元。

如图2所示，本发明提供了一种基于下位机的星载测控应答机自测试方法，步骤如下：

(1)地面测试设备发送调制有自测试指令数据的上行射频信号给星上的测控天线，上行射频信号是由载波、扩频伪码、指令数据等3种不同信号先后经过扩频调制、BPSK调制而得到的一种直接序列扩频调制射频信号，测控天线接收到上行射频信号后送至微波网络，微波网络将上行射频信号进行带通滤波后送至测控应答机；

(2)测控应答机的扩频处理模块能够对滤波后的上行射频信号进行扩频接收处理，完成上行射频信号的载波同步、伪码同步、数据位同步、数据帧同步，然后将解调得到的遥控PCM数据帧通过422差分数据总线送至遥控处理模块；

(3)测控应答机的遥控处理模块能够根据遥控PCM数据内容，进行遥控指令类型识别，确定遥控指令类型，包括遥控注数、直接指令两种，判断方法如下：遥控PCM数据帧结构中第3个字节是方式字，用以标示当前遥控PCM数据的遥控指令类型，当方式字为16进制数据0xCC，表示遥控指令类型为直接指令，当方式字为16进制数据0xDD，表示遥控指令类型为遥控注数。

当遥控指令类型为直接指令时，遥控处理模块将该直接指令发给下位机模块；

当遥控指令类型为遥控注数时，遥控处理模块将该遥控注数发送给星务管理单元；星务管理单元接收测控应答机发来的类型为遥控注数的控制指令，根据指令内容，判断是否为测控应答机的间接指令。判断方法如下：遥控注数帧第3个字节是下位机地址，该字节用于标示星务管理单元应该将遥控注数帧转发给哪台星载单机的下位机，如果下位机地址是0x09，则遥控注数内容是测控应答机的间接指令，星务管理单元通过CAN总线将间接指令发给测控应答机执行；否则，发给星上其他相应单机(比如卫星载荷下位机地址0x01、姿控中心控制单元下位机地址为0x02、电源控制器下位机地址0x03、GPS下位机地址为0x05)；

直接指令到达卫星后直接在测控应答机下位机模块中译码执行，而间接指令需要从测控应答机输出给星务管理单元后再返回下位机模块后译码执行。

(4)测控应答机的下位机模块能够接收遥控处理模块发送的直接指令，也能够接收星务管理单元通过CAN总线发送的间接指令，并提取直接指令或间接指令中所包含的1个字节指令码，判读其内容并查询指令码表，完成指令译码。指令码表为描述指令码与指令功能一一对应映射关系的二维表格，预先存储在下位机模块的PROM芯片中。具体对应关系为：若指令码为16进制数据0xAA，则下位机模块输出扩频处理模块自测试信号，以启动扩频处理模块自测试；若指令码为16进制数据0xBB，则下位机模块输出遥控处理模块自测试信号，以启动遥控处理模块自测试；若指令码为16进制数据0xCC，则下位机模块启动自身的自测试；

若为扩频处理模块自测试信号，将扩频处理模块自测试信号送给扩频处理模块，扩频处理模块接收下位机模块发送的扩频处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将扩频处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

若为遥控处理模块自测试信号，将控处理模块自测试信号送回遥控处理模块，遥控处理模块能够接收下位机模块发送的遥控处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将遥控处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

若为下位机模块自测试信号，下位机模块自行执行自测试功能，并更新下位机模块自测试结果遥测量；

(5)测控应答机的下位机模块接收扩频处理模块发送的扩频处理自测试结果，接收遥控处理模块发送的遥控处理模块自测试结果，与下位机模块自身的自测试结果一起，以遥测采集形式通过CAN总线发送给星务管理单元；

(6)星务管理单元接收测控应答机的下位机模块发送的遥测采集结果，与星上其他单机遥测采集结果一起，将采集到的所有遥测量按照约定格式组帧形成长度为512字节的遥测PCM数据帧，通过422数据总线发送给测控应答机的扩频处理模块；

(7)测控应答机的扩频处理模块能够接收星务管理单元发送的遥测PCM数据，并进行扩频调制后形成下行遥测信号，发送给微波网络；

(8)微波网络对下行遥测信号进行带通滤波后送至测控天线，测控天线将下行射频信号发射至地面测试设备；

(9)地面测试设备接收并解调含有自测试结果遥测量的卫星下行射频信号，得到星上测控应答机的自测试结果；

至此，形成闭环测试系统。

如图4所示，扩频处理模块自测试的步骤如下：

(1)扩频处理模块初始状态(即设备刚上电或复位后的状态)为正常工作模式，即对输入的上行遥控信号，进行下变频和中频采样后，得到上行中频采样数据，发送给数据缓存模块，数据缓存模块选择上行中频采样数据作为输出，发送给捕获模块进行后续处理。在该正常工作状态下，扩频处理模块始终检测扩频处理模块自测试信号的输入端口，该端口初始状态为高电平，当收到下位机模块发送的扩频处理模块自测试信号后，会在该端口检测到负脉冲下降沿，此时判定为监测到输入的扩频处理模块自测试信号，由正常工作模式切换至自测试模式；

(2)在自测试模式下，数据缓存模块选择自测试数据输出给捕获模块处理。为保证自测试结果真实有效，自测试数据的载波频率、调制扩频码与数据和上行中频采样数据完全一致。自测试数据由自测试信号源产生并输出。为减小星上不必要的软硬件开销，自测试信号源复用的是下行信号调制产生模块中产生的下行中频信号。由于下行中频信号与上行中频信号频率相同，但调制的扩频码组不同，在将下行中频信号作为自测试数据信号送出时，为真实模拟地面发送的上行信号，需要将下行中频信号发生器的码组切换为上行遥控信号的扩频码组，上行遥控信号扩频码组预先存储在PROM存储器的指定地址，以扩频处理模块自测试信号作为切换码组的启动信号。自测试数据信号的具体特性为：自测试信号完全模拟上行遥控信号的上行中频采样数据，信号强度为中强电平，遥控通道数据调制全0xAA码，数据速率为2kbps。当测控应答机切换或更新码组时，自测试信号源的扩频码组能够同步更新。

(3)正常模式时测控应答机的上行锁定标志，包括载波锁定标志、伪码锁定标志均处于锁定状态。切换到自测试模式后，由上行中频采样数据切换至自测试信号的过程中发生了信号中断，因此载波锁定标志、伪码锁定标志开始时由之前的锁定状态变为失锁状态。扩频处理模块内的捕获、跟踪、解调模块以自测试数据信号为输入，重新进行多普勒频率、扩频伪码相位的捕获跟踪过程；

(4)在扩频处理模块启动自测试T₀(T₀为指标要求的捕获时间。这里假设捕获时间指标要求为T₀＝10s)秒后，判断是否在T₀时间内完成多普勒偏移频率和伪码相位的同步，完成同步的标志是载波锁定标志、伪码锁定标志重新由失锁(0表示失锁)变成锁定(1表示锁定)，则判定扩频处理模块工作正常，否则载波锁定标志、伪码锁定标志只要有1个为失锁(0表示失锁)，则判定扩频模块工作异常；

(5)扩频处理模块根据自测试结果，更新自测试结果遥测量，扩频处理模块自测试结果遥测量为1，表示扩频处理模块自测试结果正常，否则扩频处理模块自测试结果遥测量值为0，表示扩频处理模块自测试结果异常。

(6)结束自测试模式，切换到正常工作模式。即将数据缓存模块的输出由自测试数据信号切换至上行中频采样数据。数据缓存模块继续监视扩频处理模块自测试信号输入端口，等到下次监测到负脉冲信号，则启动下一次的自测试过程。

如图5所示，遥控处理模块自测试的步骤如下：

(1)遥控处理模块初始状态(即设备刚上电或复位后的状态)为正常工作模式，监测到输入的遥控处理模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；

(2)遥控处理模块将模块输入由正常工作模式时的遥控PCM数据切换至内部模拟的一条指令数据，内部模拟的指令数据格式与真实遥控PCM数据完全一致，指令数据帧长度为5字节，帧头固定为2字节(为16进制数0xEB90)，指令类型码为1字节(为0xCC表示直接指令，为0xDD表示遥控注数)，指令识别码长度为1字节(为16进制数0x25)，最后一字节为校验字，为前面4字节累加和与256求余；

(3)遥控处理模块以内部模拟该条指令数据为输入，重新进行完整的指令解码过程，即进行数据校验，剔除帧头，识别出指令类型，直到恢复提取出指令码并记录下来，作为译码结果；

(4)遥控处理模块结束自测试模式，恢复到正常工作模式，并将译码结果与真实指令码0x25对比，如果两者完全一致，则判定遥控处理模块工作正常，否则，判定遥控处理模块工作异常；

(5)遥控处理模块根据自测试结果，更新自测试结果遥测量。遥控处理模块自测试结果遥测量值为1，表示遥控处理模块自测试结果正常，否则遥控处理模块自测试结果遥测量值为0，表示遥控处理模块自测试结果异常。

(6)结束自测试模式，切换到正常工作模式。即将遥控处理模块输入由内部模拟指令数据切换至遥控PCM数据。遥控处理模块继续监视遥控处理模块自测试信号输入端口，等到下次监测到负脉冲信号，则启动下一次的自测试过程。

下位机模块自测试的步骤如下：

(1)下位机模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即下位机模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；

(2)下位机模块对内部RAM区进行测试，向RAM固定地址写入一个确定已知字节0x55，然后再从该地址读出一个字节，并与0x55比较，如果两者一致，则判断下位机模块工作正常，否则，判断下位机模块工作异常；

(3)下位机模块结束自测试模式，恢复到正常工作模式，并更新自测试结果遥测量。下位机模块自测试结果遥测量值为1，表示下位机模块自测试结果正常，否则下位机模块自测试结果遥测量值为0，表示下位机模块自测试结果异常。

我国某型号卫星已首次在星上测控应答机中采用了该自测试及方法，经过整星工厂测试和在轨测试表明，应用了本发明方法后，测控应答机只需一条指令、一个遥测量即可完成测控应答机核心模块主要功能和内部工作状态的快速获取，且测试结果可信真实，减少了人工干预，提高了测试效率，实现了测试自动化、智能化。此外，自测试不影响整星正常工作性能，且自测试功能几乎不需要占用专门的硬件资源开销，易于扩展重构并应用到星上其他单机设备上，能有效地卫星在轨的好用易用性能。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统，其特征在于包括：地面测试设备、测控天线、微波网络、测控应答机、星务管理单元；

地面测试设备发送含有自测试指令数据的上行射频信号给星上的测控天线，接收并解调含有自测试结果遥测量的卫星下行射频信号，得到星上测控应答机的自测试结果；

测控天线为接收、发射合一天线；测控天线接收到上行射频信号后送至微波网络，微波网络将上行射频信号进行带通滤波后送至测控应答机；微波网络对下行遥测信号进行带通滤波后送至测控天线，测控天线将下行射频信号发射至地面测试设备；

测控应答机能够对滤波后的上行射频信号进行扩频接收处理，解调得到遥控PCM数据，根据遥控PCM数据内容，识别出遥控指令类型，包括直接指令或遥控注数，当遥控指令类型为直接指令时，将该遥控指令译码后执行；当遥控指令类型为遥控注数时，将该遥控指令直接发送给星务管理单元；测控应答机接收并执行星务管理单元发送的间接指令，将自身遥测采集结果发送给星务管理单元；测控应答机能够接收星务管理单元发送的遥测PCM数据，调制得到下行遥测，发送给微波网络；测控应答机还能根据遥控指令要求完成内部各主要模块的自测试功能；

星务管理单元能够接收测控应答机发来的类型为遥控注数的控制指令，根据指令内容，判断是否为测控应答机的间接指令，若是，通过CAN总线发给测控应答机执行该指令；否则发给星上其他相应单机；星务管理单元接收测控应答机发送的遥测采集结果，与星上其他单机遥测采集结果一起，将遥测量按照约定格式组帧形成遥测PCM数据，通过数据总线发送给测控应答机；

测控应答机包括：下位机模块；下位机模块能够接收遥控处理模块发送的直接指令，也能够接收星务管理单元通过CAN总线发送的间接指令，并根据直接指令或间接指令内容，通过查询预先存储的指令码表完成指令译码，即明确遥控指令功能为如下三种功能中的其中一种：扩频处理模块自测试信号或遥控处理模块自测试信号或下位机模块自测试信号；若为扩频处理模块自测试信号，将扩频处理模块自测试信号送回扩频处理模块；若为遥控处理模块自测试信号，将遥控处理模块自测试信号送回遥控处理模块；若为下位机模块自测试信号，下位机模块自行执行自测试功能，并更新下位机模块自测试结果遥测量；下位机模块接收扩频处理模块发送的扩频处理自测试结果，接收遥控处理模块发送的遥控处理模块自测试结果，与下位机模块自身的自测试结果一起，以遥测采集形式发送给星务管理单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统，其特征在于：测控应答机还包括扩频处理模块、遥控处理模块；

扩频处理模块能够对滤波后的上行射频信号进行扩频接收处理，解调得到遥控PCM数据送至遥控处理模块；扩频处理模块能够接收星务管理单元发送的遥测PCM数据，并进行扩频调制后形成下行遥测信号；扩频处理模块能够接收下位机模块发送的扩频处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将扩频处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

遥控处理模块能够根据遥控PCM数据内容，进行遥控指令类型识别，确定遥控指令类型，包括直接指令、遥控注数两种；当遥控指令类型为直接指令时，遥控处理模块将该直接指令发给下位机模块，当遥控指令类型为遥控注数时，遥控处理模块将该遥控注数发送给星务管理单元；遥控处理模块能够接收下位机模块发送的遥控处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将遥控处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统，其特征在于：测控天线、微波网络、测控应答机、星务管理单元属于星载设备。

4.根据权利要求2所述的一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统，其特征在于：扩频处理模块具有自测试功能，扩频处理模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即扩频处理模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；扩频处理模块内的数据缓存模块将扩频处理模块的输入信号源由正常工作模式时滤波后上行射频信号进行下变频及AD转换后得到的上行ADC中频采样信号切换至扩频处理模块内部产生的自测试信号，自测试信号的频率、调制扩频码与数据和上行ADC中频采样信号保持一致；扩频处理模块内的的捕获跟踪模块以自测试信号为输入，重新进行中频信号多普勒频率、扩频伪码相位的捕获跟踪过程，直到重新完成多普勒偏移频率和伪码相位的同步；在扩频处理模块启动自测试T₀秒后，T₀为指标要求的捕获时间，结束自测试模式，恢复到正常工作模式；如果在T₀时间内完成多普勒偏移频率和伪码相位的同步，则判定扩频处理模块工作正常，否则，判定扩频模块工作异常；扩频处理模块根据自测试结果，更新自测试结果遥测量。

5.根据权利要求2所述的一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统，其特征在于：遥控处理模块具有自测试功能，遥控处理模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即遥控处理模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；遥控处理模块将模块输入由正常工作模式时的遥控PCM数据切换至内部模拟的指令数据，内部模拟的指令数据的格式与遥控PCM数据保持一致；遥控处理模块以内部模拟的指令数据为输入，重新进行完整的指令解码过程，直到完成译码，得到译码结果；遥控处理模块结束自测试模式，恢复到正常工作模式，并将译码结果与真实指令码对比，如果两者完全一致，则判定遥控处理模块工作正常，否则，判定遥控处理模块工作异常；遥控处理模块根据自测试结果，更新自测试结果遥测量。

6.根据权利要求2所述的一种基于下位机的星载测控应答机自测试系统，其特征在于：下位机模块具有自测试功能，下位机模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即下位机模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；下位机模块对内部RAM区进行测试，向RAM固定地址写入一个确定已知字节0x55，然后再从该地址读出一个字节，并与0x55进行比较，如果两者一致，判断下位机模块工作正常，否则，判断下位机模块工作异常；下位机模块结束自测试模式，恢复到正常工作模式，并更新自测试结果遥测量。

7.一种基于下位机的星载测控应答机自测试方法，其特征在于步骤如下：

(1)地面测试设备发送含有自测试指令数据的上行射频信号给星上的测控天线，测控天线接收到上行射频信号后送至微波网络，微波网络将上行射频信号进行带通滤波后送至测控应答机；

(2)测控应答机的扩频处理模块能够对滤波后的上行射频信号进行扩频接收处理，解调得到遥控PCM数据送至遥控处理模块；

(3)测控应答机的遥控处理模块能够根据遥控PCM数据内容，进行遥控指令类型识别，确定遥控指令类型，包括遥控注数、直接指令两种；

当遥控指令类型为遥控注数时，遥控处理模块将该遥控注数发送给星务管理单元；星务管理单元接收测控应答机发来的类型为遥控注数的控制指令，根据指令内容，判断是否为测控应答机的间接指令，若是，通过CAN总线将该指令发给测控应答机的下位机模块；否则发给星上其他相应单机；

当遥控指令类型为直接指令时，遥控处理模块将该直接指令发给下位机模块；

(4)测控应答机的下位机模块能够接收遥控处理模块发送的直接指令，也能够接收星务管理单元通过CAN总线发送的间接指令，并根据直接指令或间接指令内容，通过查询预先存储的指令码表，完成指令译码，即明确遥控指令功能为如下三种功能中的其中一种：扩频处理模块自测试信号或遥控处理模块自测试信号或下位机模块自测试信号；

若为扩频处理模块自测试信号，将扩频处理模块自测试信号送给扩频处理模块，扩频处理模块接收下位机模块发送的扩频处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将扩频处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

若为遥控处理模块自测试信号，将控处理模块自测试信号送回遥控处理模块，遥控处理模块能够接收下位机模块发送的遥控处理模块自测试信号，完成自测试功能，并将遥控处理模块自测试结果以遥测量形式返回至下位机模块；

若为下位机模块自测试信号，下位机模块自行执行自测试功能，并更新下位机模块自测试结果遥测量；

(5)测控应答机的下位机模块接收扩频处理模块发送的扩频处理自测试结果，接收遥控处理模块发送的遥控处理模块自测试结果，与下位机模块自身的自测试结果一起，以遥测采集形式发送给星务管理单元；

(6)星务管理单元接收测控应答机的下位机模块发送的遥测采集结果，与星上其他单机遥测采集结果一起，将遥测量按照约定格式组帧形成遥测PCM数据，通过数据总线发送给测控应答机的扩频处理模块；

(7)测控应答机的扩频处理模块能够接收星务管理单元发送的遥测PCM数据，并进行扩频调制后形成下行遥测信号，发送给微波网络；

(8)微波网络对下行遥测信号进行带通滤波后送至测控天线，测控天线将下行射频信号发射至地面测试设备；

(9)地面测试设备接收并解调含有自测试结果遥测量的卫星下行射频信号，得到星上测控应答机的自测试结果。

8.根据权利要求7所述的一种基于下位机的星载测控应答机自测试方法，其特征在于：所述步骤(4)中扩频处理模块自测试的步骤如下：

(1)扩频处理模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即扩频处理模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；

(2)扩频处理模块内的数据缓存模块将扩频处理模块的输入信号源由正常工作模式时滤波后上行射频信号进行下变频及AD转换后得到的上行ADC中频采样信号切换至扩频处理模块内部产生的自测试信号，自测试信号的频率、调制扩频码与数据和上行ADC中频采样信号保持一致；

(3)扩频处理模块内的的捕获跟踪模块以自测试信号为输入，重新进行中频信号多普勒频率、扩频伪码相位的捕获跟踪过程，直到重新完成多普勒偏移频率和伪码相位的同步；

(4)在扩频处理模块启动自测试T₀秒后，T₀为指标要求的捕获时间，结束自测试模式，恢复到正常工作模式；如果在T₀时间内完成多普勒偏移频率和伪码相位的同步，则判定扩频处理模块工作正常，否则，判定扩频模块工作异常；

(5)扩频处理模块根据自测试结果，更新自测试结果遥测量。

9.根据权利要求7所述的一种基于下位机的星载测控应答机自测试方法，其特征在于：所述步骤(4)中遥控处理模块自测试的步骤如下：

(1)遥控处理模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即遥控处理模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；

(2)遥控处理模块将模块输入由正常工作模式时的遥控PCM数据切换至内部模拟的指令数据，内部模拟的指令数据的格式与遥控PCM数据保持一致；

(3)遥控处理模块以内部模拟的指令数据为输入，重新进行完整的指令解码过程，直到完成译码，得到译码结果；

(4)遥控处理模块结束自测试模式，恢复到正常工作模式，并将译码结果与真实指令码对比，如果两者完全一致，则判定遥控处理模块工作正常，否则，判定遥控处理模块工作异常；

(5)遥控处理模块根据自测试结果，更新自测试结果遥测量。

10.根据权利要求7所述的一种基于下位机的星载测控应答机自测试方法，其特征在于：所述步骤(4)中下位机模块自测试的步骤如下：

(1)下位机模块初始状态为正常工作模式，监测到输入的自测试启动信号即下位机模块自测试信号后，由正常工作模式切换至自测试模式；

(2)下位机模块对内部RAM区进行测试，向RAM固定地址写入一个确定已知字节0x55，然后再从该地址读出一个字节，并与0x55进行比较，如果两者一致，判断下位机模块工作正常，否则，判断下位机模块工作异常；

(3)下位机模块结束自测试模式，恢复到正常工作模式，并更新自测试结果遥测量。