CN108418728B - 一种用于航天器对接飞行任务的系统测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于航天器对接飞行任务的系统测试方法，包括：S1.搭建用于测试航天器对接飞行任务的测试系统，并将所述测试系统调整至真实飞行任务状态；S2.根据测试项目对所述测试系统进行测试。通过航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统、测控通信系统真实搭载航天器交会对接任务中的各种设备，能够实现对航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统、测控通信系统之间的接口按照真实的在轨飞行任务进行验证，提高了对接飞行任务过程中各种系统测试的有效性，进一步保证了实际交会对接飞行任务成功实施。

Description

一种用于航天器对接飞行任务的系统测试方法

技术领域

本发明涉及一种系统测试方法，尤其涉及一种用于航天器对接飞行任务的系统测试方法。

背景技术

在执行载人交会对接飞行任务时，航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统、测控通信系统需要协同配合，完成飞行任务规定的飞行器交会对接、在轨飞行器组合体信息管理、航天员在轨驻留、天地一体化数据传输。为满足飞行任务要求，各系统设计有系统间接口，用于实现系统间信息传输或提供给其它系统任务支持。

在各系统全周期产品研制过程中，在单机级、分系统级及系统级等不同研制阶段均会进行产品设计状态正确性测试验证。对于系统级测试，由于其参试产品配套及参试状态与执行任务状态一致，因此系统级测试最重要，各系统会对产品设计状态正确性进行全面的测试验证。尤其对于系统间接口，由于其关系到系统间工作的协同性及匹配性，通常会利用专研的模拟设备或模拟器对系统间接口进行验证。模拟设备虽然能够实现对系统间接口设计正确性的测试覆盖，但同在轨执行任务期间各系统间接口的真实工作状态比较起来，测试状态缺乏一定的真实性，因此各系统间需要通过真实接口联试提高测试有效性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于航天器对接飞行任务的系统测试方法，解决在系统测试过程中真实性差的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于航天器对接飞行任务的系统测试方法，包括：

S1.搭建用于测试航天器对接飞行任务的测试系统，并将所述测试系统调整至真实飞行任务状态；

S2.根据测试项目对所述测试系统进行测试。

根据本发明的一个方面，所述测试系统包括：

航天员系统，用于测试航天员监测设备的运行状态，并记录数据信息；

载人航天器系统，用于测试载人航天器上设备的工作状态，并记录数据信息；

目标航天器系统，用于测试目标航天器上设备的工作状态，并记录数据信息；

测控通信系统，用于测试所述载人航天器系统和所述目标航天器系统的天地数据传输链路的工作状态。

根据本发明的一个方面，步骤S1中，包括：

S11.按照真实飞行任务状态分别将所述载人航天器系统和所述的目标航天器系统天地数据传输链路设置为无线通信状态；

S12.按照真实飞行任务状态在所述测控通信系统中设置USB无线链路、中继卫星无线链路；

S13.按照真实飞行任务状态将所述载人航天器系统与目标航天器系统间通信链路的接口连接，所述通信链路包括对接前的无线链路和对接成组合体后的对接总线链路。

根据本发明的一个方面，所述测试项目包括正常状态飞行测试项目和应急状态飞行测试项目；

所述正常状态飞行测试项目包括：航天员系统在轨操作程序、载人航天器系统正常飞行程序、目标航天器系统正常飞行程序、测控通信系统地面协同程序；

所述应急状态飞行测试项目包括：航天员系统在轨应急处置、载人航天器系统应急飞行程序、目标航天器系统应急飞行程序、测控通信系统地面协同程序。

根据本发明的一个方面，步骤S2中包括：

S21.通过所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统进行链路连接测试；

S22.通过所述航天员系统、所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统进行实时通信测试；

S23.根据正常状态飞行测试项目对所述航天员系统、所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统进行联合测试；

S23.根据应急状态飞行测试项目对所述航天员系统、所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统进行联合测试。

根据本发明的一个方面，步骤S21包括：

S211.将所述载人航天器系统、所述目标航天器系统的天地通信链路分别与所述测控通信系统的USB无线链路连接，进行所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统之间上下行数据检测；

S212.将所述载人航天器系统、所述目标航天器系统的天地通信链路分别与所述测控通信系统的中继卫星无线链路连接，进行所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统之间上下行数据检测；

S213.将所述载人航天器系统和所述目标航天器系统的无线链路或对接总线链路连通，以及将所述载人航天器系统、所述目标航天器系统的天地通信链路分别与所述测控通信系统的USB无线链路或中继卫星无线链路连接，进行所述载人航天器系统、所述目标航天器系统之间数据检测，以及所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统之间上下行数据检测。

根据本发明的一个方面，步骤S22包括：

S221.通过所述航天员系统，以及所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统之间的USB无线链路或中继卫星无线链路进行双向通话，并对语音质量进行评估；

S222.通过所述航天员系统，以及所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统之间的USB无线链路或中继卫星无线链路进行双向图像传输，并对图像质量进行评估。

根据本发明的一种方案，通过航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统、测控通信系统真实搭载航天器交会对接任务中的各种设备，能够实现对航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统、测控通信系统之间的接口按照真实的在轨飞行任务进行验证，提高了对接飞行任务过程中各种系统测试的有效性，进一步保证了实际交会对接飞行任务成功实施。

根据本发明的一种方案，通过无线链路数据检测、对接总线链路数据检测，以及通过USB无线链路和中继卫星无线链路进行图像话音评估实现对航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统之间各种接口的验证，确保测试期间后续测试时，话音、图像功能能够正常使用，各无线链路上下行图像和语音数据正确，进一步保证了测试过程的正常进行。

根据本发明的一种方案，通过真实的测试场景完全覆盖了整个交会对接任务过程中各系统之间的硬件接口和软件协议，从而能够充分检测出整个系统之间存在的缺陷，从而有效保证了实际飞行任务过程中的系统间硬件接口、软件协议的正确性和协调性。同时，还充分检验了飞行任务状态下飞行控制流程的正确性和合理性，以及检验了飞行任务中应急情况处理程序的协调性，以及检验航天员系统与载人航天器系统、目标航天器系统人机界面匹配性，保证了对航天器在飞行任务过程中各种任务状态下各系统的有效检测，进一步保证了交会对接任务的安全进行。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的系统测试方法的步骤框图；

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的系统测试方法的各航天器系统与测控通信系统的无线链路连接结构图；

图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的系统测试方法的航天器系统组合体与测控通信系统的无线链路连接结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种用于航天器对接飞行任务的系统测试方法包括：

S1.搭建用于测试航天器对接飞行任务的测试系统，并将所述测试系统调整至真实飞行任务状态；

S2.根据测试项目对测试系统进行测试。

根据本发明的一种实施方式，本发明的测试系统包括：航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统。在本实施方式中，航天员系统中安装有与真实航天器中相同的监测设备，通过航天员系统可以用于测试航天员监测设备的运行状态，并记录数据信息。载人航天器系统中安装有与真实航天器中搭载的平台设备及载荷设备相同的设备，通过载人航天器系统测试载人航天器上各种设备的工作状态，并记录数据信息。同时，在载人航天器系统中需要航天员活动的区域中安装真实的人机界面。目标航天器系统中安装有与目标航天器上搭载的平台设备及载荷设备相同的设备，通过目标航天器系统测试目标航天器上的各种设备的工作状态，并记录数据信息。同时，在目标航天器系统中需要航天员活动的区域中安装真实的人机界面。测控通信系统用于测试载人航天器系统和目标航天器系统的天地数据传输链路的工作状态。

根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，包括：

S11.按照真实飞行任务状态分别将载人航天器系统和目标航天器系统天地数据传输链路设置为无线通信状态。在本实施方式中，按照真实飞行任务状态，载人航天器和目标航天器均在空间执行飞行任务，载人航天器和目标航天器在执行飞行任务的过程中均采用无线链路(即天地数据传输链路)与地面进行数据传输。因此，根据真实的飞行任务状态，搭载载人航天器上真实平台设备和载荷设备的载人航天器系统，以及搭载目标航天器上真实平台设备和载荷设备的目标航天器系统分别采用无线链路与测控通信系统进行无线链路的通信。

S12.按照真实飞行任务状态在测控通信系统中设置USB无线链路、中继卫星无线链路。在本实施方式中，按照真实飞行任务状态，载人航天器和目标航天器均在空间执行飞行任务，并且载人航天器和目标航天器上均设置有用于无线链路通信的USB终端和中继终端。因此，在本实施方式中的载人航天器系统和目标航天器系统中均设置有USB终端和中继终端。同样地，在测控通信系统中设置与载人航天器系统和目标航天器系统进行连接的USB无线链路和中继卫星无线链路。

S13.按照真实飞行任务状态将载人航天器系统与目标航天器系统间通信链路的接口连接，通信链路包括对接前的无线链路和对接成组合体后的对接总线链路。在本实施方式中，按照真实飞行任务状态，载人航天器和目标航天器均在空间执行飞行任务，载人航天器在与目标航天器进行交会对接的过程中需要相互之间进行无线链路通信，以及两个航天器对接成组合体后通过对接总线链路进行通信。因此，在载人航天器系统与目标航天器系统相应地设置与无线链路和对接总线链路。并且按照真实的任务状态将载人航天器系统与目标航天器系统间通信链路的接口进行连接。

根据本发明的一种实施方式，测试项目包括正常状态飞行测试项目和应急状态飞行测试项目。在本实施方式中，正常状态飞行测试项目是指对载人航天器发射至返回的全任务过程中，按照正常状态进行模拟飞行测试的项目。正常状态飞行测试项目包括：航天员系统在轨操作程序、载人航天器系统正常飞行程序、目标航天器系统正常飞行程序、测控通信系统地面协同程序。应急状态飞行测试项目是指对载人航天器发射至返回的全任务过程中的关键事件，按照应急状态进行飞行测试的项目。应急状态飞行测试项目包括：航天员系统在轨应急处置、载人航天器系统应急飞行程序、目标航天器系统应急飞行程序、测控通信系统地面协同程序。需要指出的是，应急状态飞行测试项目不是对故障进行模拟，而是用于验证故障处置过程的项目。

根据本发明的一种实施方式，在根据测试项目对测试系统进行测试之前，航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统分别进行准备工作及分工。航天员系统负责与航天员有关的技术状态准备，测试工程中负责航天员身体状态的检测和相关数据的记录。载人航天器系统负责载人航天器技术状态准备，测试过程中负责载人航天器上平台设备和载荷设备的安全及异常处理，并进行数据记录。目标航天器系统负责目标航天器技术状态准备，测试过程中负责目标航天器上平台设备和载荷设备的安全及异常处理，并进行数据记录。测控通信系统制定测试大纲、测试细则及分别与载人航天器系统和目标航天器系统的无线通信。

根据本发明的一种实施方式，步骤S2包括：

S21.通过载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统进行链路连接测试。在本实施方式中，步骤S21包括：

S211.将载人航天器系统、目标航天器系统的天地通信链路分别与测控通信系统的USB无线链路连接，进行载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统之间上下行数据检测。

如图2所示，根据本发明的一种实施方式，载人航天器系统、目标航天器系统分别通过USB终端与接收设备进行无线链路的连通。接收设备通过转发设备与测试通信系统进行无线链路的连通。当载人航天器系统、目标航天器系统分别通过无线链路与测试通信系统连通，进而对无线链路之间上下行数据传输进行检测。在本实施方式中，上行是指从测控通信系统向载人航天器系统或目标航天器系统发送数据的方向，下行是指从载人航天器系统或目标航天器系统向测控通信系统发送数据的方向。

S212.将载人航天器系统、目标航天器系统的天地通信链路分别与测控通信系统的中继卫星无线链路连接，进行载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统之间上下行数据检测。

如图2所示，根据本发明的一种实施方式，载人航天器系统、目标航天器系统分别通过中继终端与中继卫星进行中继卫星无线链路的连通。中继卫星与测试通信系统进行中继卫星无线链路的连通。当载人航天器系统、目标航天器系统分别通过中继卫星无线链路与测试通信系统连通，进而对无线链路之间上下行数据传输进行检测。在本实施方式中，上行是指从测控通信系统向载人航天器系统或目标航天器系统发送数据的方向，下行是指从载人航天器系统或目标航天器系统向测控通信系统发送数据的方向。

S213.将载人航天器系统和目标航天器系统的无线链路或对接总线链路连通，以及将载人航天器系统、目标航天器系统的天地通信链路分别与测控通信系统的USB无线链路或中继卫星无线链路连接，进行载人航天器系统、目标航天器系统之间数据检测，以及载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统之间上下行数据检测。

如图3所示，根据本发明的一种实施方式，按照真实的飞行任务对载人航天器系统和目标航天器系统模拟交会对接。两个航天器的无线通信设备之间相互连通，或者两个航天器完成对接，两个航天器之间的对接中线链路通信设备通过对接总线相互连通。两个航天器之间通过无线链路或对接总线链路进行数据检测。两个航天器分别通过USB终端或中继终端与测控通信系统进行连通，从而进行载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统之间上下行数据检测。

S22.通过航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统进行实时通信测试。在本实施方式中，包括：

S221.通过航天员系统，以及载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统之间的USB无线链路或中继卫星无线链路进行双向通话，并对语音质量进行评估。在本实施方式中，载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统之间的USB无线链路或中继卫星无线链路连通，航天员系统与测控通信系统之间按照预设句表分别进行双向通话。当通话完成后，由航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统共同对通话质量进行评估。

S222.通过航天员系统，以及载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统之间的USB无线链路或中继卫星无线链路进行双向图像传输，并对图像质量进行评估。在本实施方式中，载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统之间的USB无线链路或中继卫星无线链路连通，航天员系统与测控通信系统之间进行实施图像的双向传输。通过测控通信系统对传输的图像进行存储和显示。由航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统共同对图像质量进行评估。

S23.根据正常状态飞行测试项目对航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统进行联合测试。在本实施方式中，航天员按任务乘组人数通过航天员系统参加测试，测试期间航天员穿着舱内工作服及生理信号测量设备，与测控通信系统进行通话使用航天器内头戴，按照飞行任务完成口令通报及手动操作。在测试过程中，通过目标航天器系统模拟的待发段及发射段，载人航天器系统模拟的待发段及发射段、自主控制段、交会对接段、分离及撤离段、返回段按照正常飞行程序进行，其它飞行阶段时间压缩执行。

S24.根据应急状态飞行测试项目对航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统进行联合测试。在本实施方式中，航天员按任务乘组人数通过航天员系统参加测试，测试期间航天员穿着舱内工作服及生理信号测量设备，与测控通信系统进行通话使用航天器内头戴，按照飞行任务完成口令通报及手动操作。在本实施方式中。应急模式包括推迟对接、在轨飞行器组合体航天员快速撤离、在轨飞行器组合体航天员紧急撤离，在测试过程中，通过目标航天器系统模拟的待发段及发射段，载人航天器系统模拟的待发段及发射段、自主控制段按照正常飞行程序进行，交会对接段及组合体段均不对故障进行模拟，仅对应急处置程序进行验证，检查各系统间协同工作的匹配性。

根据本发明的方法，通过航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统、测控通信系统真实搭载航天器交会对接任务中的各种设备，能够实现对航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统、测控通信系统之间的接口按照真实的在轨飞行任务进行验证，提高了对接飞行任务过程中各种系统测试的有效性，进一步保证了实际交会对接飞行任务成功实施。

根据本发明的方法，通过无线链路数据检测、对接总线链路数据检测，以及通过USB无线链路和中继卫星无线链路进行图像话音评估实现对航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统之间各种接口的验证，确保测试期间后续测试时，话音、图像功能能够正常使用，各无线链路上下行图像和语音数据正确，进一步保证了测试过程的正常进行。

根据本发明的方法，通过真实的测试场景完全覆盖了整个交会对接任务过程中各系统之间的硬件接口和软件协议，从而能够充分检测出整个系统之间存在的缺陷，从而有效保证了实际飞行任务过程中的系统间硬件接口、软件协议的正确性和协调性。同时，还充分检验了飞行任务状态下飞行控制流程的正确性和合理性，以及检验了飞行任务中应急情况处理程序的协调性，以及检验航天员系统与载人航天器系统、目标航天器系统人机界面匹配性，保证了对航天器在飞行任务过程中各种任务状态下各系统的有效检测，进一步保证了交会对接任务的安全进行。

上述内容仅为本发明的具体方案的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于航天器对接飞行任务的系统测试方法，包括：

S1.搭建用于测试航天器对接飞行任务的测试系统，并将所述测试系统调整至真实飞行任务状态，所述测试系统包括：航天员系统、载人航天器系统、目标航天器系统和测控通信系统； 所述航天员系统中安装有与真实航天器中相同的监测设备，所述载人航天器系统中安装有与真实航天器中搭载的平台设备及载荷设备相同的设备，所述目标航天器系统中航天员活动的区域中安装真实的人机界面；

步骤S1中，包括：

S11.按照真实飞行任务状态分别将所述载人航天器系统和所述的目标航天器系统天地数据传输链路设置为无线通信状态；

S12.按照真实飞行任务状态在所述测控通信系统中设置USB无线链路、中继卫星无线链路；

S13.按照真实飞行任务状态将所述载人航天器系统与目标航天器系统间通信链路的接口连接，所述通信链路包括对接前的无线链路和对接成组合体后的对接总线链路；

S2.根据测试项目对所述测试系统进行测试。

2.根据权利要求1所述的系统测试方法，其特征在于，

所述航天员系统，用于测试航天员监测设备的运行状态，并记录数据信息；

所述载人航天器系统，用于测试载人航天器上设备的工作状态，并记录数据信息；

所述目标航天器系统，用于测试目标航天器上设备的工作状态，并记录数据信息；

所述测控通信系统，用于测试所述载人航天器系统和所述目标航天器系统的天地数据传输链路的工作状态。

3.根据权利要求1所述的系统测试方法，其特征在于，所述测试项目包括正常状态飞行测试项目和应急状态飞行测试项目；

所述正常状态飞行测试项目包括：航天员系统在轨操作程序、载人航天器系统正常飞行程序、目标航天器系统正常飞行程序、测控通信系统地面协同程序；

所述应急状态飞行测试项目包括：航天员系统在轨应急处置、载人航天器系统应急飞行程序、目标航天器系统应急飞行程序、测控通信系统地面协同程序。

4.根据权利要求3所述的系统测试方法，其特征在于，步骤S2中包括：

S21.通过所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统进行链路连接测试；

S22.通过所述航天员系统、所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统进行实时通信测试；

S23.根据正常状态飞行测试项目对所述航天员系统、所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统进行联合测试；

S23.根据应急状态飞行测试项目对所述航天员系统、所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统进行联合测试。

5.根据权利要求4所述的系统测试方法，其特征在于，步骤S21包括：

S211.将所述载人航天器系统、所述目标航天器系统的天地通信链路分别与所述测控通信系统的USB无线链路连接，进行所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统之间上下行数据检测；

S212.将所述载人航天器系统、所述目标航天器系统的天地通信链路分别与所述测控通信系统的中继卫星无线链路连接，进行所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统之间上下行数据检测；

S213.将所述载人航天器系统和所述目标航天器系统的无线链路或对接总线链路连通，以及将所述载人航天器系统、所述目标航天器系统的天地通信链路分别与所述测控通信系统的USB无线链路或中继卫星无线链路连接，进行所述载人航天器系统、所述目标航天器系统之间数据检测，以及所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统之间上下行数据检测。

6.根据权利要求4所述的系统测试方法，其特征在于，步骤S22包括：

S221.通过所述航天员系统，以及所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统之间的USB无线链路或中继卫星无线链路进行双向通话，并对语音质量进行评估；

S222.通过所述航天员系统，以及所述载人航天器系统、所述目标航天器系统和所述测控通信系统之间的USB无线链路或中继卫星无线链路进行双向图像传输，并对图像质量进行评估。