CN109002641A - 用于空间光学载荷电接口信号测试的通用仿真测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于空间光学载荷电接口信号测试的通用仿真测试设备，主要由主控计算机、模型仿真计算机、接口仿真计算机及相应接口卡、数据存储计算机、数据库服务器、千兆以太网以及反射内存网等组成，在每台计算机中根据需要部署软件功能模块实现各台计算机的任务，通用仿真测试设备该仿真测试设备选用通用货架产品，软件开发采用模型化、模型化架构方式，采用参数配置的方式实现信号设置、选择和控制，从而实现空间光学遥感载荷电接口信号仿真测试设备的通用化。设备具有良好的通用性、可替换性和延展性，便于系统快速搭建和升级，减少硬件开发和调试周期和出错概率，大大提高系统的可靠性和可维修性，从而降低硬件成本。

Description

用于空间光学载荷电接口信号测试的通用仿真测试设备

技术领域

本发明属于空间光学遥感载荷地面仿真测试领域，具体涉及一种用于空间光学遥感载荷电接口信号测试的通用仿真测试设备。

背景技术

空间光学遥感载荷从研制到正式发射，在电子学测试方面通常需要经过电接口测试、桌面联试、电性测试、力学试验测试、热真空试验验证、电磁兼容性测试、发射场区技术测试等多次仿真测试工作。

仿真测试设备通过在检验空间光学遥感载荷在太空执行任务过程中，本身的控制系统、各分系统的主要性能和功能是否满足设计要求；各系统的电接口是否正确；各分系统间合理协调及各计算机软件系统运行的正确性、可靠性等。通过对空间光学遥感载荷进行全面系统测试，充分暴露空间光学遥感载荷的设计和生产工艺缺陷，发现光机电零件早期失效及软件的缺陷，为修改设计和确保空间光学遥感载荷质量提供重要依据。也是空间光学遥感载荷能否达到预定生命周期的可靠保证。

空间光学遥感载荷的功能、性能和质量的评定主要通过地面的各种检测设备的反复测试和试验进行保证。其中空间光学遥感载荷的电子学测试方案主要是针对具体型号研制专门的地面仿真测试设备，该仿真测试设备从硬件电路、软件架构、接口协议均定制化实现，尤其是现在主流方案为下位机硬件接口电路采用“FPGA+接口芯片+总线芯片”方式开发，上位机采用面向对象的软件开发，系统具有良好的性能，满足空间光学载荷地面测试需要。但存在问题就是硬件开发成本高，周期长，后期改动、维护难度大，产品保障性差，软件开发面临同样问题，软件架构不能随便改动，尤其是FPGA开发的软件程序开发成本高。而空间光学载荷研制过程中面临的最大问题就是分阶段逐步细化和改进，修改和调整是不可避免的问题，上述仿真测试设备的研制方案最大缺陷就是系统适应性差、改进升级困难，因此空间光学载荷的研发过程中出现被测载荷的研制进度远远快于地面仿真测试系统的进度而出现被测设备等待测试设备的现象。并且由于仿真测试设备的软硬件设备均定制化，只能应用于专用被测载荷。被测载荷研制完成后该套仿真测试设备基本面临淘汰的命运。

因此，为提高光学载荷地面仿真测试系统的通用性，减少光学载荷研制过程中地面仿真测试系统改进难度，降低开发成本和提供研制进度，提出了一种通用的空间光学遥感载荷电接口信号仿真测试设备。仿真测试设备采用模块化建设理念搭建，硬件平台采用国际标准通用货架产品，具有良好的通用性和互换性，软件开发采用主流开发环境，软件采用模型化和模块化的架构方式，从而实现良好的通用性和扩展性。将模型仿真和接口仿真分离，底层数据交互接口仅用于数据收发，时序仿真和模型仿真由专门的高性能模型仿真计算机完成。该方法实现硬件通用化，软件模块化、模型化，采用参数配置的方式实现系统的快速搭建和改进，并且能够通过参数配置的方法适用不同型号的空间光学载荷，达到通用化测试的目标。通过搭建1套用于空间光学载荷电接口测试的地面仿真测试设备，硬件选用标准货架产品进行集成，软件采用模块化、模型化的架构方案，采用参数配置的方式实现系统设置，从而达到通用化的要求，实现对空间光学载荷不同研制阶段或者不同空间光学载荷的电接口信号测试。

发明内容

本发明目的是搭建一套用于空间光学遥感载荷电接口信号地面测试的地面仿真测试设备，该仿真测试设备选用通用硬件产品，软件开发采用模型化、模型化架构方式，采用参数配置的方式实现信号设置、选择和控制，从而实现空间光学遥感载荷电接口信号仿真测试设备的通用化。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供一种用于空间光学载荷电接口信号测试的通用仿真测试设备，包括：

主控计算机(U1)、模型仿真计算机(U2)、接口仿真计算机(U3)、数据存储计算机(U16)、数据库服务器(U18)、信息监显计算机(U22)。

通用仿真测试设备各计算机之间采用千兆以太网和反射内存网进行数据通信。

主控计算机(U1)部署ICD管理功能模块和实验信号配置管理功能模块，根据测试需要完成配置后将配置信息保存到数据库中并通过XML文件由千兆网发送至各计算机，模型仿真计算机(U2)和接口仿真计算机(U3)根据XML文件初始化后开始执行相应操作，将仿真数据和测试数据写入反射内存网，数据存储计算机(U16)从反射内存网上获取测试数据并组包后将测试数据存数据库，数据库服务器(U18)中的数据解析模块解析数据并通过千兆网发送至信息监显计算机(U22)完成显示，从而完成测试。

根据被测空间光学载荷电接口测试的需要，选择通用货架硬件产品快速搭建一套仿真测试设备，电接口测试根据被测系统需要选择对应接口板卡，软件架构采用模块化设计，在不同计算机上进行部署和配置，通过反射内存网进行参数准实时传递，便于软件并行开发和后期维护。

接口仿真计算机(U3)需要实时进行数据交互，并且能够插入各类接口卡。如1553B总线接口卡(U10)、RS422总线接口卡(U11)、模拟量仿真接口卡(U12)、OC门指令接口卡(U13)、GPS接收及时序同步接口卡(U14)。

仿真数据和测试数据均在反射内存网上分配实时网地址并实时写入实时内存网，为能够准确记录仿真数据和测试数据的发生时刻，要求仿真测试系统的采用统一时间，对每条数据都能够打上时间标识，在接口仿真计算机中通过GPS接口卡产生高精度时间标识并在反射内存网上发布，发布周期1ms，精度1μs，仿真测试设备的所有计算机和接口卡均采用该时间进行计时和标识。

数据库服务器中部署测试数据解析模块，解析后的数据通过UDP协议采用广播方式在千兆网上进行广播通信，信息监显计算机可以根据监显需要进行任意数量的配置和部署。

在主控计算机中通过ICD管理模块对电接口信号进行参数配置、管理和维护。

本发明的有益效果在于：本发明提出的一种通用仿真测试系统，采用货架产品进行搭建硬件，具有良好的通用性、可替换性和延展性，便于系统快速搭建和升级，减少硬件开发和调试周期和出错概率，大大提高系统的可靠性和可维修性，从而降低硬件成本。软件架构采用模块化和模型化的建设方式，通过反射内存网实现了不同软件之间的数据的准实时高速传输和共享，从而使软件分割架构成为现实。这样便于设备软件开发和调试，实现软件模块化并行开发，大大提高开发速度。由于软件按照功能要求分割开发和部署，采用模型化思路，采用ICD参数配置方式进行对模型参数进行配置和传递，使得软件升级方式发生根本性改变，只要接口协议不变，只需要通过ICD配置即可实现参数变更，增加了软件的通用性。基于以上分析，提出的通用仿真测试系统具有较强的通用性，能够适用不同的光学载荷或者光学载荷研制过程的不同阶段，具有重要的实用价值和理论意义。

附图说明

图1是本发明通用仿真测试设备的系统硬件组成框图。

图2是本发明通用仿真测试设备各计算机部署功能模块以及数据流图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

如图1、2所示，本发明实施例提供一种用于空间光学载荷电接口信号测试的通用仿真测试设备，包括：

通用仿真测试设备硬件组成主要由主控计算机U1、模型仿真计算机U2、接口仿真计算机U3、数据存储计算机U16、数据库服务器U18、反射内存网交换机U20、千兆网交换机U21组成。在仿真测试设备中各计算机部署的软件如图2所示。通用仿真测试设备各计算机之间采用千兆以太网和反射内存网进行数据通信；通用仿真测试设备的所有计算机均连接千兆以太网，目前计算机均集成了千兆网卡。通过交换机组成千兆以太网，千兆以太网交换机U21选择接口数量和数据交换能力满足要求的交换机即可，例如型号为H3C S5600的杭州华三通信技术有限公司产品，千兆网线采用六类双绞电缆。反射内存网需要在计算机中插入反射内存网卡和光模块，通过光纤网络连接到实时网交换机上。反射内存网卡选择北京天信凌达公司的VMIC 5565反射内存实时网卡，反射内存网Hub型号ACC-5595-208。

如图1所示，主控计算机U1内集成千兆网通信接口U4、反射内存网接口U5，模型仿真计算机集成了千兆网通信接口U6、反射内存网接口U7，接口仿真计算机集成了千兆网通信接口U9、反射内存网接口U8，数据库存储计算机U16集成了千兆网通信接口U15、反射内存网接口U19，数据库服务器U18集成了千兆网通信接口U17，信息监显计算机U22集成了千兆网通信接口U23。

如图2所示，主控计算机U1用于整个测试设备的参数配置、设备运行管理、实验管理，在计算机内部署软件功能模块包括系统控制1、ICD管理2、实验信号配置管理3、测试数据解析、显示4。ICD配置信息和实验信号信息直接通过千兆网协数据库用于数据解析。根据测试需要完成配置后将配置信息保存到数据库中并通过XML文件由千兆网发送至各计算机，模型仿真计算机(U2)和接口仿真计算机(U3)根据XML文件初始化后开始执行相应操作，将仿真数据和测试数据写入反射内存网，数据存储计算机(U16)包括测试数据接收14、测试数据存储15，从反射内存网上获取测试数据并组包后将测试数据存数据库，数据库服务器(U18)中的数据解析模块解析数据并通过千兆网发送至信息监显计算机(U22)完成显示，从而完成测试。

需要说明的是，根据被测空间光学载荷电接口测试的需要，选择通用货架硬件产品快速搭建一套仿真测试设备，电接口测试根据被测系统需要选择对应接口板卡，软件架构采用模块化设计，在不同计算机上进行部署和配置，通过反射内存网进行参数准实时传递，便于软件并行开发和后期维护。

如图2所示，接口仿真计算机(U3)需要实时进行数据交互，接口仿真计算机(U3)包括：仿真数据、命令接收8、PXI板卡控制9、测试数据与实时收发10、测试数据存储11、接口时序逻辑12，接口仿真计算机(U3)并且能够插入各类接口卡，如1553B总线接口卡(U10)、RS422总线接口卡(U11)、模拟量仿真接口卡(U12)、OC门指令接口卡(U13)、GPS接收及时序同步接口卡(U14)。接口仿真计算机(U3)选择美国NI公司的PXI机箱及控制器，机箱型号PXIe-1082，控制器PXIe-8135。机箱型号PXIe-1082带有18个混合PXI插槽，采用PXI总线作为背板总线，NI具有丰富的PXI板卡资源并且兼容其他公司的PXI产品，满足常规测试需要。为保证测试的实时性，接口仿真计算机(U3)运行实时(RT)操作系统。1553B总线接口卡选择美国AIT公司产品。其他接口卡选择美国NI公司产品，具体型号根据接口型号配置。

需要说明的是，仿真数据和测试数据均在反射内存网上分配实时网地址并实时写入实时内存网，为能够准确记录仿真数据和测试数据的发生时刻，要求仿真测试系统的采用统一时间，对每条数据都能够打上时间标识，在接口仿真计算机(U3)中通过GPS接收及时序同步接口卡(U14)产生高精度时间标识并在反射内存网上发布，发布周期1ms，精度1μs，仿真测试设备的所有计算机和接口卡均采用该时间进行计时和标识。

如图2所示，数据库服务器(U18)中部署测试数据解析判读19，解析后的数据通过UDP协议采用广播方式在千兆网上进行广播通信，信息监显计算机可以根据监显需要进行任意数量的配置和部署。

在主控计算机U1中通过ICD管理2对电接口信号进行参数配置、管理和维护。在研制的不同阶段，只需要修改ICD管理2配置即可，减少软件修改工作量，提供设备的通用性和适应性。

如图2所示，模型仿真计算机U2用于仿真数据的生成，在计算机内部署软件功能模块包括仿真命令接收16、仿真模型程序17、仿真数据输出18。通过反射内存网接收主控计算机U1发布的仿真命令，产生仿真数据，再通过反射内存网发送给接口仿真计算机U3。接口仿真计算机U3接收测试命令和仿真数据，控制各类接口卡完成数据交互，并将交互数据写入反射内存网进行发布，供其他计算机进行下一步工作。接口仿真计算机需要实时进行数据交互，并且能够插入各类接口卡。

数据存储计算机U16通过反射内存网获取测试数据并组包后通过千兆网写入数据库。数据库服务器U18必须具有高可靠性和稳定性，选择联想公司的System X3650系列服务器，系统安装Windows Sever操作系统，SQLSever 2012数据库。数据库服务器U18接收测试数据并对测试数据进行实时解析，解析后通过千兆网按照UDP协议组包后发送至信息监显计算机U22。在服务器中部署的软件功能模块包括接口信号管信息记录5、ICD配置参数信息记录6、电接口信号测试数据记录7、测试数据解析判读19。

信息监显计算机U22中部署功能模块包括：解析数据接收20、解析数据监显21、解析数据本地存储22，测试数据解析判读19对数据信息进行必要的判读后通过解析数据接收20进行接收，解析数据监显21用于对数据信息进行监控显示，解析数据本地存储22对数据进行本地存储。

接口仿真计算机和信息监显计算机的数量根据测试需要进行增加或者减少。主控计算机、信息监显计算机、数据存储计算机选择高性能商用计算机或者工业控制计算机均可，例如戴尔公司商业计算机OptiPlex 5050

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于空间光学载荷电接口信号测试的通用仿真测试设备，其特征在于，包括：

主控计算机(U1)、模型仿真计算机(U2)、接口仿真计算机(U3)、数据存储计算机(U16)、数据库服务器(U18)、信息监显计算机(U22)；

通用仿真测试设备各计算机之间采用千兆以太网和反射内存网进行数据通信；

主控计算机(U1)部署ICD管理功能模块和实验信号配置管理功能模块，根据测试需要完成配置后将配置信息保存到数据库服务器(U18)中并通过XML文件由千兆网发送至各计算机，模型仿真计算机(U2)和接口仿真计算机(U3)根据XML文件初始化后开始执行相应操作，将仿真数据和测试数据写入反射内存网，数据存储计算机(U16)从反射内存网上获取测试数据并组包后将测试数据存数据库，数据库服务器(U18)中的数据解析模块解析数据并通过千兆网发送至信息监显计算机(U22)完成显示，从而完成测试。

2.根据权利要求1所述的通用仿真测试设备，其特征在于，根据被测空间光学载荷电接口测试的需要，选择通用货架硬件产品搭建一套仿真测试设备，电接口测试根据被测系统需要选择对应接口板卡，软件架构采用模块化设计，在不同计算机上进行部署和配置，通过反射内存网进行参数准实时传递，便于软件并行开发和后期维护。

3.根据权利要求1所述的通用仿真测试设备，其特征在于，接口仿真计算机(U3)需要实时进行数据交互，并且能够插入各类接口卡，包括：1553B总线接口卡(U10)、RS422总线接口卡(U11)、模拟量仿真接口卡(U12)、OC门指令接口卡(U13)、GPS接收及时序同步接口卡(U14)。

4.根据权利要求1所述的通用仿真测试设备，其特征在于，仿真数据和测试数据均在反射内存网上分配实时网地址并实时写入实时内存网，为能够准确记录仿真数据和测试数据的发生时刻，仿真测试系统的采用统一时间，对每条数据都能够打上时间标识，在接口仿真计算机中通过GPS接口卡产生高精度时间标识并在反射内存网上发布，发布周期1ms，精度1μs，仿真测试设备的所有计算机和接口卡均采用该时间进行计时和标识。

5.根据权利要求1所述的通用仿真测试设备，其特征在于，数据库服务器(U18)中部署测试数据解析模块，解析后的数据通过UDP协议采用广播方式在千兆网上进行广播通信，信息监显计算机可以根据监显需要进行任意数量的配置和部署。

6.根据权利要求1所述的通用仿真测试设备，其特征在于，在主控计算机中通过ICD管理模块对电接口信号进行参数配置、管理和维护。