CN113204197B - 一种带抗扰功能的微小卫星can总线测试装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置及应用方法，本发明装置包括内外CAN测试接口和地面CAN测试网络，所述内外CAN测试接口包括T型电缆和CAN隔离转发器，所述T型电缆将CAN隔离转发器连接在星上CAN总线网络的星载计算机、星表CAN设备的双CAN接口之间，所述地面CAN测试网络包括三段式地测电缆、外部直流电源和多个地面测试设备，所述多个地面测试设备通过三段式地测电缆与CAN隔离转发器相连。本发明能够有效提高微小卫星CAN总线测试的便利性和稳定性，确保微小卫星内部总线与在轨状态的一致性，减少地面测试网络对星上CAN总线工作状态的干扰。

Description

一种带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置及应用方法

技术领域

本发明属于航天器综合电子与测试技术领域，涉及一种带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置及应用方法。

背景技术

控制器局域网CAN(Controller Area Network)是由德国博世公司在20世纪80年代初提出的一种串行通信现场总线，最初主要用于实现汽车中众多的控制和测量仪器之间的数据通信，随着CAN的应用普及，其实时性好、可靠性高、抗干扰能力强等优势也为航天领域所认可，被广泛地应用到航天领域中。国内外均已将其引入综合电子系统，大量微小卫星已经将CAN总线作为星上骨干网络来完成星上设备间的信息交互。现代微小卫星新技术含量高，功能密度大，研制周期短，成为航天领域最具活力的研究方向，并成为军用、民用卫星的重要成员。在微小卫星发展初期阶段，卫星平台与载荷功能相对简单，星上设备少，星上CAN链路短，对通信实时性要求低，无需开展额外的CAN网络拓扑设计，与外部地面测试设备简单连接，即可实现星上CAN设备、外部地面测试设备的连接和通信。

随着微小卫星不断发展，对星上CAN总线网络和地面CAN测试网络的设计与连接方式提出了更高的要求。当前微小卫星星上设备越来越多，为兼顾总线电缆长度控制与通信性能，同时便于总装测试操作，主要采用链式CAN总线方案，即采用双CAN总线，将所有单机设备串行连接，并构成独立的星内CAN总线系统。与此同时，外部地面测试设备也在增多和网络化，包括总线监听设备、信号测量设备和动力学仿真器等，测试设备种类多，位置散布大，可能造成测试电缆长、网络结构复杂，测试总线上干扰信号复杂，如果简单地将外部CAN测试网络直接连接到星上CAN总线网络，将会破坏卫星内部CAN总线网络的已有拓扑结构，并将测试网络额外的外部干扰引入星内网络，轻则导致总线通信异常，不能满足实时性与可靠性要求，重则导致整个CAN总线网络瘫痪，卫星失控。

当前可用的卫星CAN总线测试接口方法包括总线末端接入法、随机接入法、脐带电缆接入法等。总线末端接入方法简单，直接将测试总线挂接在星上CAN总线的末端，但要求星上总线构建完整，不适用于增量式总装测试过程，且在卫星合舱后无法接入测试；随机接入法无固定接入点，适用于增量式总装测试过程，但接入点选择随意性大，且需频繁调整接入点，安全性可靠性低。脐带电缆接入法通过脐带电缆接入，需占用脱插电连接器有限的接点资源，且脱插后会在星内残留一段无用的CAN电缆，既增加赘重，又引入额外的干扰信号。

此外，当前卫星CAN总线测试方法缺少对卫星各阶段测试环境和测试任务的适应性设计，如未提前考虑和进行针对性设计，则测试系统可能无法适应整星某些特殊试验任务(热真空试验)的测试要求，导致缓误测试进度，甚至无法完成既定测试任务。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置及应用方法，本发明旨在解决现有微小卫星CAN总线测试方案缺少科学指导，且难以兼顾总装便利性、通信可靠性和环境适应性的难题，提高微小卫星CAN总线测试的便利性和稳定性，确保微小卫星内部总线与在轨状态的一致性，减少地面测试网络对星上CAN总线工作状态的干扰。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置，包括内外CAN测试接口和地面CAN测试网络，所述内外CAN测试接口包括T型电缆和CAN隔离转发器，所述T型电缆将CAN隔离转发器连接在星上CAN总线网络的星载计算机、星表CAN设备的双CAN接口之间，所述地面CAN测试网络包括三段式地测电缆、外部直流电源和多个地面测试设备，所述多个地面测试设备通过三段式地测电缆与CAN隔离转发器相连。

可选地，所述T型电缆包括三个外部自由电连接器和M个内部导线连接端子，所述三个外部自由电连接器包括第一电连接器、第二电连接器和第三电连接器，所述第一电连接器与CAN隔离转发器相连，第二电连接器与星载计算机相连，第三电连接器与星表CAN设备相连，所述第一电连接器的M路信号电缆各通过一个内部导线连接端子一分为二，且一路信号电缆与第二电连接器相连、另一路信号电缆与第三电连接器相连，使得第二电连接器以及第三电连接器之间的M路信号电缆分别连接到第一电连接器的M路信号电缆。

可选地，所述CAN隔离转发器包括微控制器、星上CAN接口单元、地面CAN接口单元以及电源模块，所述星上CAN接口单元包含独立的两路星上CAN收发电路，所述星上CAN收发电路均包含第一CAN控制器和第一CAN隔离收发器，所述第一CAN控制器与微处理器相连、且通过第一CAN隔离收发器与星上CAN总线网络的星上CAN-A网络或星上CAN-B网络相连，所述地面CAN接口单元包含独立的两路地面CAN收发电路，所述地面CAN收发电路均包含第二CAN控制器和第二CAN隔离收发器，所述第二CAN控制器与微处理器相连、且通过第二CAN隔离收发器与地面CAN测试网络的地面CAN-A网络或地面CAN-B网络相连，且第二CAN隔离收发器所连的CAN总线上设有匹配电阻，所述电源模块的供电输出端分别与微控制器、星上CAN接口单元、地面CAN接口单元的电源电子相连。

可选地，所述电源模块包括供电电源切换开关和DC-DC电源模块，所述供电电源切换开关的输出端通过DC-DC电源模块分别与微控制器、星上CAN接口单元、地面CAN接口单元的电源电子相连，所述供电电源切换开关包括两路输入端，一路输入端与地面CAN测试网络中的外部直流电源相连，另一路输入端通过T型电缆与从星表CAN设备的供电电缆相连以获取卫星上的一次电源，且通过T型电缆与从星表CAN设备的供电电缆相连以获取卫星上的一次电源的输入端上连接有用于测试星上一次电源的一次电源测试接口。

可选地，所述CAN隔离转发器还包括内部温度传感器、热控电路与多个加热片，所述内部温度传感器的输出端与微控制器相连，所述热控电路的控制端与微控制器相连，所述热控电路的输出端分别与多个加热片相连。

可选地，所述热控电路包括熔断器、三极管开关控制电路、二级VMOS管开关电路和加热状态采集电路，所述熔断器、二级VMOS管开关电路两者串接在电源模块的输出端、加热片的电源输入端之间，所述二级VMOS管开关电路的控制端与三极管开关控制电路相连，所述三极管开关控制电路的控制端与微控制器相连，所述加热状态采集电路则通过电阻分压网络将加热片的电源输入端接地，且电阻分压网络的加热状态输出端子通过模数采集电路与微控制器的输入端相连以输出加热工作状态。

可选地，所述CAN隔离转发器还包括CAN信号侦测接口、秒脉冲侦测接口、通信配置接口和调试接口等，所述CAN信号侦测接口设于第一CAN隔离收发器所连的CAN总线上，且所述CAN信号侦测接口直接将星上的2条CAN总线信号引出到连接端子以供外部测试设备连接测试；所述秒脉冲侦测接口将星上的秒脉冲信号连接到连接端子以供外部测试设备连接测试，所述通信配置接口为RS-232类型接口，用于连接地面计算机，配置CAN隔离转发器的通信参数，所述调试接口用于CAN隔离转发器的软件开发调试，所述通信配置接口、调试接口分别与微控制器相连。

可选地，所述三段式地测电缆由第一段地测电缆、第二段地测电缆、第三段地测电缆组成，且第一段地测电缆一端与CAN隔离转发器相连，另一端通过热真空罐罐壁上的电导体与第二段地测电缆相连，所述第二段地测电缆通过Y2电连接器与第三段地测电缆相连。

可选地，所述第一段地测电缆、第二段地测电缆、第三段地测电缆均为双绞结构且传输信号为差分信号。

此外，本发明还提供一种前述带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置的应用方法，包括下述步骤：

步骤S1，将作为卫星核心平台设备的星载计算机布置在双总线结构的星上CAN总线网络的中心位置，星载计算机作为星上CAN总线网络的CAN总线控制节点布置在总线的中心位置，通过两侧的主干总线链路延伸CAN总线拓扑，并串接星内的所有CAN设备节点，在两侧的主干总线的四个末端节点添加匹配电阻；

步骤S2：从星载计算机引出L路星表CAN分支电缆CAN总线分支直接作为星表CAN设备接入点，所述星表CAN设备作为一个通信节点挂接在星载计算机引出的CAN总线分支上就近接入星载计算机的内部CAN网络；

步骤S3：所有的目标星表CAN设备中选择一个目标星表CAN设备CANi，将目标星表CAN设备CANi对应的星表CAN分支电缆的电连接器作为用于连接T型电缆的卫星CAN测试接口接入点，且选择目标星表CAN设备CANi的原则包括：①该星表CAN设备具备双CAN总线接口；②该星表CAN设备对应的星表CAN分支电缆的电连接器在微小卫星合舱后便于拔插；③该星表CAN设备对应的星表CAN分支电缆的长度最短；

步骤S4：通过T型电缆将CAN隔离转发器连接在卫星CAN测试接口接入点、星表CAN设备的双CAN接口之间；

步骤S5：将三段式地测电缆的第一段地测电缆一端与CAN隔离转发器相连，另一端通过热真空罐罐壁上的电导体与第二段地测电缆相连，所述第二段地测电缆通过Y2电连接器与第三段地测电缆相连；选择CAN隔离转发器的供电方式，且在整星测试的前期阶段将CAN隔离转发器的供电方式通过供电电源切换开关切换为卫星上的一次电源的供电方式，在整星测试的后期阶段将CAN隔离转发器的供电方式通过供电电源切换开关切换为地面供电方式，直接由地面CAN测试网络的外部直流电源供电；且对地面CAN测试网络的匹配阻抗进行配置；

步骤S6：CAN隔离转发器加电即工作在前一次配置的工作状态并维持不变，若需要修改配置参数，将上位机连接CAN隔离转发器的通信配置接口，通过上位机配置程序修改配置参数，修改后即保存作为新的上电默认工作参数；在CAN总线测试的前期阶段，或者在测试过程中出现星上CAN通信故障，直接在CAN隔离转发器的CAN信号侦测接口接入示波器或者CAN控制盒，进行相关测试排故；在其他正常工作情形下，CAN隔离转发器的CAN信号侦测接口不连接任何外部测试设备，以减小对内部CAN总线的影响，CAN隔离转发器获取星上PPS信号后不作处理，直接转送到转发器机箱表面的秒脉冲测试口以输出测试PPS信号的波形；所述CAN隔离转发器在参加热真空等环境试验时，通过内部温度传感器进行测温，一旦测得的工作温度低于设定温度，则自动启动热控电路进行加热，确保工作温度大于或等于设定温度是退出加热装置；

步骤S7：通过地面测试设备与星上CAN总线网络中的CAN节点之间进行通信数据收发测试，获得微小卫星CAN总线的测试结果，所述测试结果包括帧转发延时和丢帧率，若帧转发延时和丢帧率满足要求，则判定测试通过，否则判定测试不通过。

与现有技术相比，本发明带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置的有益效果主要包括：

1、本发明提高了微小卫星CAN总线测试的便利性和稳定性。(1)通过直接从星表设备处接入T型转接电缆，可以在总装各阶段便利地引出星上CAN总线接入点。(2)该接入点由于直连最核心的平台设备---星载计算机，星载计算机一般布置在CAN总线中央位置，而卫星总装电测阶段一般围绕卫星平台开展增量式总装和测试工作，因此后续卫星总装测试对CAN设备的增减操作对该接入点均无影响。相对常用的CAN总线末端接入法、随机接入法等，本方法在CAN总线接入便利性、连接稳定性方面均占据较大优势；(3)直接连接到星载计算机的CAN总线，在任一CAN主链路出现断路问题时，该连接均不受影响，有利于通过总线数据进行故障定位。

2、本发明能够提高微小卫星CAN总线测试系统对环境的适应性。地测电缆多段式设计可提高测试系统的搭建效率；同时，T型转接电缆可从卫星平台获取一次供电电源，直接为CAN隔离转发器节点供电，可应对不便于为CAN隔离转发器设备提供外部供电电源的测试场景。而一旦需要开展整星供配电、能源平衡等功能性能测试时，则可以切换到外部供电工作模式，即可消除CAN隔离转发器对卫星电源模块的影响，操作比较灵活。此外，CAN隔离转发器自带热控功能，加上三段式的地面电缆的转接电连接器设计成与热真空罐自带电缆匹配，可支持整星的热真空试验，无需增加专用的热真空测试电缆。

3、本发明能够确保微小卫星内部总线与在轨状态的一致性。一旦整星测试完毕，移除该T型电缆，恢复星上电缆与星表设备的直连关系，即可完全消除外部测试系统接入的影响，与在轨状态完全一致。而常规的脐带电缆接入法从星表电分插座引出内部CAN总线接口，在星箭分离前脐带电缆与电分插座保持连接，产生较长的赘生电缆挂接在星内CAN总线上，会影响CAN总线通信可靠性。即使星箭分离后，仍会在星内CAN总线上附加一段无用的、从总线连接到星表电分插座的电缆，容易引入外部不可靠因素。相对于从脐带电缆引出CAN总线测试接口的方案，本方案对星内CAN总线的状态影响更小。

4、本发明可大大减少地面测试网络对星上CAN总线工作状态的干扰。由于外部测试电缆通常较长，测试网络所处环境较为恶劣，并且需连接多种测试设备，极易在CAN总线中引入各类干扰信号。如果地面测试网络直接连接到星上总线，一是极易破坏原星上CAN总线的拓扑关系，将链式总线网络强制转变成星型网络，导致总线阻抗不匹配而出现通信故障，二是极易引入外部电测环境中的各类干扰，影响卫星内部总线的工作。本发明通过在两类总线中间接入自带双重隔离和转发功能的CAN隔离转发器，可以有效隔离外部测试网络引入的干扰，便于测试网络扩展连接各类CAN地测设备，开展并行测试。

5、本发明可提供星上CAN信号、秒脉冲信号、一次电源电压的星外直接测试接口。

此外，本发明提出的微小卫星CAN总线测试装置的应用方法提供了一种星上/地面CAN总线的接口设计的科学指导方法，使测试者摆脱了传统接入方法对测试经验的过度依赖，减少了测试的随意性，提高了测试安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例装置的总体结构和组成示意图。

图2为本发明实施例中T型电缆的电路原理示意图。

图3为本发明实施例中CAN隔离转发器的组成原理示意图。

图4为本发明实施例中热控电路的电路原理示意图。

图5为本发明实施例中CAN总线测试装置应用方法的基本流程示意图。

具体实施方式

本实施例带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置旨在解决现有技术难以兼顾微小卫星CAN总线测试过程中的总装便利性、通信可靠性和环境适应性等难题。

如图1所示，本实施例带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置包括内外CAN测试接口和地面CAN测试网络，所述内外CAN测试接口包括T型电缆和CAN隔离转发器，所述T型电缆将CAN隔离转发器连接在星上CAN总线网络的星载计算机、星表CAN设备的双CAN接口之间，地面CAN测试网络包括三段式地测电缆、外部直流电源和多个地面测试设备，所述多个地面测试设备通过三段式地测电缆与CAN隔离转发器相连。本实施例带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置能够有效提高微小卫星CAN总线测试的便利性和稳定性，确保微小卫星内部总线与在轨状态的一致性，减少地面测试网络对星上CAN总线工作状态的干扰。

参见图1，本实施例中的星表CAN设备包括太敏(太阳敏感器)A、太敏B、星敏(星敏感器)A和星敏B，可以根据需要进行增减或调整。T型电缆将CAN隔离转发器连接在星上CAN网络的星载计算机、星表数字星敏感器B(星敏B)的双CAN接口之间，此外也可以根据需要选择其他星表CAN设备。

参见图1，本实施例中的多个地面测试设备分别包括动力学模拟器、CAN控制盒和数字示波器，可以根据需要进行增减或调整。其中CAN接口的动力学模拟器用于模拟卫星控制系统中各敏感设备和执行设备的CAN数据包生成与收发，且数据包的生成、收发周期、间隔等与实际星上运行状态尽量一致，以更好地验证卫星姿轨控算法的正确性。CAN控制盒挂接在2路地面CAN测试网络上，以监听CAN数据包，同时提供指令注入测试功能。数字示波器用于在出现通信异常时，接入数字示波器，查看CAN波形，以协助排除通信故障。

如图2所示，本实施例的T型电缆包括三个外部自由电连接器和M个内部导线连接端子，三个外部自由电连接器包括第一电连接器、第二电连接器和第三电连接器，所述第一电连接器与CAN隔离转发器相连，第二电连接器与星载计算机相连，第三电连接器与星表CAN设备相连，所述第一电连接器的M路信号电缆各通过一个内部导线连接端子一分为二，且一路信号电缆与第二电连接器相连、另一路信号电缆与第三电连接器相连，使得第二电连接器以及第三电连接器之间的M路信号电缆分别连接到第一电连接器的M路信号电缆。参见图2，左侧边框内为接入T型电缆前星表数字星敏感器B通过CAN分支电缆与内部星载计算机的连接状态图，右侧边框内为接入T型电缆后的设备连接关系图，以及T型电缆内部电缆分岔连接示意图。T型电缆包括16个1分2压紧型连接端子JT01～JT16、第一电连接器GCAN-X01、第二电连接器STB-X01(Z)和第三电连接器STB-X01(T)，第一电连接器GCAN-X01与CAN隔离转发器相连，第二电连接器STB-X01(Z)与星载计算机引出的CAN分支电缆相连，第三电连接器STB-X01(T)与星表CAN设备数字星敏感器B相连，第一电连接器GCAN-X01中的每一路信号分别通过1个1分2压紧型连接端子一分为二，且分出的一路引号连接到第二电连接器STB-X01(Z)、另一路信号连接到第三电连接器STB-X01(T)。本实施例中，16个1分2压紧型连接端子JT01～JT16均采用D-436-36型电连接器，可以将星敏STB中的2路CAN、1路+28V一次电源和1路PPS信号同时引到星敏B和CAN隔离转发器。本实施例中，T型电缆的具体接点定义参见表1。

表1：T型电缆接点定义。

如图3所示，本实施例的CAN隔离转发器包括微控制器、星上CAN接口单元、地面CAN接口单元以及电源模块，所述星上CAN接口单元包含独立的两路星上CAN收发电路，所述星上CAN收发电路均包含第一CAN控制器和第一CAN隔离收发器，所述第一CAN控制器与微处理器相连、且通过第一CAN隔离收发器与星上CAN总线网络的星上CAN-A网络或星上CAN-B网络相连，所述地面CAN接口单元包含独立的两路地面CAN收发电路，所述地面CAN收发电路均包含第二CAN控制器和第二CAN隔离收发器，所述第二CAN控制器与微处理器相连、且通过第二CAN隔离收发器与地面CAN测试网络的地面CAN-A网络或地面CAN-B网络相连，且第二CAN隔离收发器所连的CAN总线上设有匹配电阻，所述电源模块的供电输出端分别与微控制器、星上CAN接口单元、地面CAN接口单元的电源电子相连。

如图3所示，本实施例的电源模块包括供电电源切换开关和DC-DC电源模块，所述供电电源切换开关的输出端通过DC-DC电源模块分别与微控制器、星上CAN接口单元、地面CAN接口单元的电源电子相连，所述供电电源切换开关包括两路输入端，一路输入端与地面CAN测试网络中的外部直流电源相连，另一路输入端通过T型电缆与从星表CAN设备的供电电缆相连以获取卫星上的一次电源，且通过T型电缆与从星表CAN设备的供电电缆相连以获取卫星上的一次电源的输入端上连接有用于测试星上一次电源的一次电源测试接口。本实施例中，供电电源切换开关的一个输入端A连接到T型电缆的第二电连接器，可从T型电缆获取星内一次电源+28V供电(从星表CAN设备的供电电缆中分岔获取)，供电电源切换开关的另一个输入端B通过第一段地测电缆获取外部直流电源的+28V供电，供电电源切换开关的输出端连接内部DC-DC电源模块输入端，且供电电源切换开关的电源接入功能是互斥的，确保供配电安全。一次电源测试接口可提供一个星上一次电源纹波、电压等信息的星外测试接口，用于连接外部的临时测试设备，包括数字万用表、数字示波器等电压侦测设备。

本实施例中，DC-DC电源模块获取外部直流电源输入，转换电压后为整个CAN隔离转发器提供所需工作电源。DC-DC电源模块可以通过T型电缆获取星上+28V一次电源，同时也可以通过测试电缆获取地面电源的+28V供电电源，二者通过电源切换开关实现灵活配置。DC-DC电源模块采用TI公司TPS5430，支持宽达5.5V～36VDC的电源输入。

本实施例中，微控制器和微控制器外围电路构成内部核心处理电路，负责所有的CAN接口控制和CAN报文的收发处理。微控制器采用ST公司的32位微控制器STM32F401。与星上CAN接口电路包含2路独立的CAN控制器和CAN隔离收发器，负责和星上两条总线的独立连接；与地面CAN接口包含2路独立的CAN控制器和CAN隔离收发器，负责和地面两条CAN总线的独立连接，同时在2路CAN总线上分别增加120Ω匹配电阻。与星上/与地面的CAN接口中，均采用SJA1000型CAN控制器和SJA1050型CAN隔离器，实现星上CAN-A与地面CAN-A、星上CAN-B与地面CAN-B总线的直接转发。本实施例中，为提高转发效率，减小通信延迟，仅设计2对2的转发，而未采用通用的2对多的转发设计。CAN信号侦测接口直接将星上的2条CAN总线信号引出，并连接到螺柱接头，可供外部测试设备(如示波器，或者CAN控制盒等)连接测试。

如图3所示，CAN隔离转发器还包括内部温度传感器(未绘出)、热控电路与多个加热片，所述内部温度传感器的输出端与微控制器相连，所述热控电路的控制端与微控制器相连，所述热控电路的输出端分别与多个加热片相连。本实施例中，内部温度传感器采用MF501型温度传感器。

如图4所示，本实施例的热控电路包括熔断器、三极管开关控制电路、二级VMOS管开关电路和加热状态采集电路，所述熔断器、二级VMOS管开关电路两者串接在电源模块的输出端、加热片的电源输入端之间，所述二级VMOS管开关电路的控制端与三极管开关控制电路相连，所述三极管开关控制电路的控制端与微控制器相连，所述加热状态采集电路则通过电阻分压网络将加热片的电源输入端接地，且电阻分压网络的加热状态输出端子通过模数采集电路与微控制器的输入端相连以输出加热工作状态。如图4所示，热控电路包括熔断器F1、VMOS管Q1A、VMOS管Q1B、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和三极管开关，熔断器F1一端与电源相连，另一端依次通过VMOS管Q1A、VMOS管Q1B、发热电阻R1和发热电阻R2接地，其中电阻R7和电阻R8的中间接点作为加热状态信号采集点与微控制器相连，VMOS管Q1A、VMOS管Q1B的控制端通过三极管开关电路与微控制器相连。如图4所示，三极管开关电路包括电阻R1、电阻R2、三极管V1、电阻R3、电阻R4电阻R5和电阻R6，微控制器的控制端通过电阻R1与三极管V1的基极相连，三极管V1的基极还串联电阻R2后与发射极共同接地，三极管V1的集电极串接电阻R3后再分别通过电阻R4与熔断器F1、VMOS管Q1A之间的中间接点相连，通过电阻R5与VMOS管Q1A的控制端相连，通过电阻R6与VMOS管Q1B的控制端相连。最后取串联电阻R7和电阻R8的中间位置电压来表征加热状态：低电平(＜0.5V)时表征未加热，高电平(≥3V)表征加热。其中，熔断器F1用于短路保护，型号为MGA-125V-1.5A，三极管V1型号为MMBT2222A，VMOS管Q1A和Q1B型号均为IRF4905S。

如图3所示，本实施例的CAN隔离转发器还包括CAN信号侦测接口、秒脉冲侦测接口(用于PPS信号测试)、通信配置接口(本实施例中具体为RS232接口，用于CAN波特率设置)和调试接口(本实施例中具体为JTAG接口，用于程序调试与烧录接口)等，所述CAN信号侦测接口设于第一CAN隔离收发器所连的CAN总线上，且所述CAN信号侦测接口直接将星上的2条CAN总线信号引出到连接端子以供外部测试设备连接测试；所述秒脉冲侦测接口将星上的秒脉冲信号连接到连接端子以供外部测试设备连接测试，所述通信配置接口为RS-232类型接口，用于连接地面计算机，配置CAN隔离转发器的通信参数，所述调试接口用于CAN隔离转发器的软件开发调试，所述通信配置接口、调试接口分别与微控制器相连。秒脉冲侦测接口将星上的秒脉冲信号连接到螺柱接头，可连接外部的临时测试设备，主要连接数字示波器，测量秒脉冲信号的波形是否满足规范要求。

如图1所示，本实施例的三段式地测电缆由第一段地测电缆、第二段地测电缆、第三段地测电缆组成，且第一段地测电缆一端与CAN隔离转发器相连，另一端通过热真空罐罐壁上的电导体与第二段地测电缆相连，所述第二段地测电缆通过Y2电连接器与第三段地测电缆相连。如图1所示，第一段地测电缆可以和热真空罐自带转接电缆(内部)的Y2转接插头连接，第二段地测电缆可以和热真空罐自带转接电缆(外部)的Y2转接插头连接，从而支持热真空环境条件下的CAN网络测试连接。本实施例中，三段地测电缆之间的电连接器采用热真空罐常用的Y2电连接器(Y2-50TK/Y2-50ZJLM)，因此该测试电缆可直接用于整星热真空试验。三段式地测电缆提供2路CAN总线信号、1路CAN隔离转发器供电电源的传输通道。

为了提高信号传输的可靠性，本实施例中第一段地测电缆、第二段地测电缆、第三段地测电缆均为双绞结构且传输信号为差分信号，可方便地实现三段式地测电缆的快速连接，并确保连接后信号传输的稳定性。

为了摆脱对测试经验的过度依赖，科学指导CAN总线测试网络的构建和测试，如图5所示，本实施例还提供一种前述带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置的应用方法，包括下述步骤：

步骤S1，将作为卫星核心平台设备的星载计算机布置在双总线结构的星上CAN总线网络的中心位置，星载计算机作为星上CAN总线网络的CAN总线控制节点布置在总线的中心位置，通过两侧的主干总线链路延伸CAN总线拓扑，并串接星内的所有CAN设备节点，在两侧的主干总线的四个末端节点添加匹配电阻；本实施例中采用了CAN总线控制节点中置设计。如图1所示，将星载计算机的位置设计在整个星上CAN总线网络拓扑的中间位置，并作为整个总线网络的控制节点，其他设备节点均为被控节点。星上CAN网络为2条链式总线，互为备份，默认工作在A总线，重要的平台设备(包括星载计算机、PCDU、推进下位机等)尽量布置在靠近链式总线的中央位置，重要性稍弱的搭载设备、数传设备等则布置在靠近总线末端的位置，并在2路总线的末端设备都添加120欧姆的匹配电阻。

步骤S2：从星载计算机引出L路星表CAN分支电缆CAN总线分支直接作为星表CAN设备接入点，所述星表CAN设备作为一个通信节点挂接在星载计算机引出的CAN总线分支上就近接入星载计算机的内部CAN网络；如图1所示，卫星共有4台星表CAN设备，即太敏A、太敏B、星敏A和星敏B，这些设备均为单插座设备，所有的供电、通信、秒脉冲等信号均定义在一个电连接器中，因此从星载计算机引出4路CAN分支电缆，通过分支电缆将星表设备直接接入到星载计算机内部的主干CAN网络；并进一步控制这些CAN分支电缆长度不大于0.8m。

步骤S3：所有的目标星表CAN设备中选择一个目标星表CAN设备CANi，将目标星表CAN设备CANi对应的星表CAN分支电缆的电连接器作为用于连接T型电缆的卫星CAN测试接口接入点，且选择目标星表CAN设备CANi的原则包括：①该星表CAN设备具备双CAN总线接口；②该星表CAN设备对应的星表CAN分支电缆的电连接器在微小卫星合舱后便于拔插；③该星表CAN设备对应的星表CAN分支电缆的长度最短；首先选择具备双CAN总线接口的设备。在星表设备中，只有星敏感器为双CAN接口，可实现对2路星内CAN总线进行连接测试，因此备选设备限定在2台星敏中。其次，选择合舱后便于拔插其星表电连接器的设备。在本实施例中，星敏A安装基座陷入舱板中，而星敏B的安装基座突出舱板，拔插电连接器方便，因此最终优选星敏B作为CAN测试接入点。

步骤S4：通过T型电缆将CAN隔离转发器连接在卫星CAN测试接口接入点、星表CAN设备的双CAN接口之间；具体方法包括：A)拔下该星表设备CAN i对应星上电缆的电连接器插头CANi-X01(T)；B)将T型电缆的第一电连接器与CAN隔离转发器连接；C)将T型电缆的第二电连接器与星上电缆电连接器接头CANi-X01(T)连接；D)将T型电缆的第三电连接器与星表设备CAN i的电连接器插座CANi-X01(Z)连接；E)采用3M防静电胶带将T型电缆在卫星表面舱板进行固定。

步骤S5：将三段式地测电缆的第一段地测电缆一端与CAN隔离转发器相连，另一端通过热真空罐罐壁上的电导体与第二段地测电缆相连，所述第二段地测电缆通过Y2电连接器与第三段地测电缆相连；选择CAN隔离转发器的供电方式，且在整星测试的前期阶段将CAN隔离转发器的供电方式通过供电电源切换开关切换为卫星上的一次电源的供电方式，在整星测试的后期阶段将CAN隔离转发器的供电方式通过供电电源切换开关切换为地面供电方式，直接由地面CAN测试网络的外部直流电源供电；且对地面CAN测试网络的匹配阻抗进行配置；本实施例中，利用地测电缆连接地面测试设备和CAN隔离转发器，并选择CAN隔离转发器的星上/地面供电方式。在本实施例中，首先利用三段式地测电缆连接所有的地面测试设备：先采用第一段地测电缆连接CAN隔离转发器，包括连接转发器的供电电连接器和双CAN总线电连接器，并将第一段地测电缆和热真空罐自带转接电缆(内部)的Y2电连接器进行连接。第一段地测电缆长度约3m；其次，将第二段地测电缆和热真空罐自带转接电缆(外部)的Y2电连接器进行连接，将第二段地测电缆的另一端和第三段地测电缆的Y2电连接器进行连接。第二段地测电缆长度为5m；最后，将第三段地测电缆的分支电连接器分别连接外部直流电源、动力学模拟器、CAN控制盒和数字示波器等地面设备。地三段地测电缆长度约为3米，其中连接CAN控制盒的电缆长度约为4m。在地面电缆连接完毕后，对地面CAN总线网络的匹配阻抗进行配置，本实施例选择在CAN控制盒端通过跳线开关在2路总线上的地测设备端均接入120Ω匹配电阻，同时在未上电工作状态下，采用万用表测量CAN控制盒的CAN总线阻抗，确保阻抗值R_T满足55Ω<R_T<65Ω即可，否则需检测CAN线路进行排故。最后，在本实施例中，将CAN隔离转发器的供电方式手动切换为地面供电方式，直接由外部直流电源供电，这样可减少对星上电源分系统的影响，从而更好地在热真空试验时对卫星电源/热控等设计性能进行测试评估。

步骤S6：CAN隔离转发器加电即工作在前一次配置的工作状态并维持不变，若需要修改配置参数，将上位机连接CAN隔离转发器的通信配置接口，通过上位机配置程序修改配置参数，修改后即保存作为新的上电默认工作参数；在CAN总线测试的前期阶段，或者在测试过程中出现星上CAN通信故障，直接在CAN隔离转发器的CAN信号侦测接口接入示波器或者CAN控制盒，进行相关测试排故；在其他正常工作情形下，CAN隔离转发器的CAN信号侦测接口不连接任何外部测试设备，以减小对内部CAN总线的影响，CAN隔离转发器获取星上PPS信号后不作处理，直接转送到转发器机箱表面的秒脉冲测试口以输出测试PPS信号的波形；所述CAN隔离转发器在参加热真空等环境试验时，通过内部温度传感器进行测温，一旦测得的工作温度低于设定温度，则自动启动热控电路进行加热，确保工作温度大于或等于设定温度是退出加热装置；

步骤S7：通过地面测试设备与星上CAN总线网络中的CAN节点之间进行通信数据收发测试，获得微小卫星CAN总线的测试结果，所述测试结果包括帧转发延时和丢帧率，若帧转发延时和丢帧率满足要求，则判定测试通过，否则判定测试不通过。

本实施例中CAN隔离转发器配置与测试时，由于已提前将CAN隔离转发器配置为与卫星工作相匹配的工作参数，即将CAN波特率设置为500kbps，符合CAN 2.0B标准，加电即工作在前一次配置的工作状态，并维持不变。在检查所有测试连接均正常的前提下，可以将地面直流电源输出电压调整到+28V，并打开输出开关，CAN隔离转发器即上电工作，可开展后期的CAN总线测试操作。本实施例中CAN总线测试系统性能评估时，对CAN总线测试性能进行了评估，最终实测具体指标包括：帧转发延时≤3ms，丢帧率≤0.3‰，工作环境温度满足-35～+70℃，可支持整星的热真空试验。

综上所述，本实施例带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装能够兼顾微小卫星CAN总线测试过程中的总装便利性、通信可靠性和环境适应性，提高了微小卫星CAN总线测试的便利性和稳定性，确保了微小卫星内部总线与在轨状态的一致性，可大大减少地面测试网络对星上CAN总线工作状态的干扰。本实施例提出的微小卫星CAN总线测试装置的应用方法提供了一种星上/地面CAN总线的接口设计的科学指导方法，使测试者摆脱了传统接入方法对测试经验的过度依赖，减少了测试的随意性，提高了测试安全性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置，其特征在于，包括内外CAN测试接口和地面CAN测试网络，所述内外CAN测试接口包括T型电缆和CAN隔离转发器，所述T型电缆将CAN隔离转发器连接在星上CAN总线网络的星载计算机、星表CAN设备的双CAN接口之间，所述地面CAN测试网络包括三段式地测电缆、外部直流电源和多个地面测试设备，所述多个地面测试设备通过三段式地测电缆与CAN隔离转发器相连；所述T型电缆包括三个外部自由电连接器和M个内部导线连接端子，所述三个外部自由电连接器包括第一电连接器、第二电连接器和第三电连接器，所述第一电连接器与CAN隔离转发器相连，第二电连接器与星载计算机相连，第三电连接器与星表CAN设备相连，所述第一电连接器的M路信号电缆各通过一个内部导线连接端子一分为二，且一路信号电缆与第二电连接器相连、另一路信号电缆与第三电连接器相连，使得第二电连接器以及第三电连接器之间的M路信号电缆分别连接到第一电连接器的M路信号电缆。

2.根据权利要求1所述的带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置，其特征在于，所述CAN隔离转发器包括微控制器、星上CAN接口单元、地面CAN接口单元以及电源模块，所述星上CAN接口单元包含独立的两路星上CAN收发电路，所述星上CAN收发电路均包含第一CAN控制器和第一CAN隔离收发器，所述第一CAN控制器与微处理器相连、且通过第一CAN隔离收发器与星上CAN总线网络的星上CAN-A网络或星上CAN-B网络相连，所述地面CAN接口单元包含独立的两路地面CAN收发电路，所述地面CAN收发电路均包含第二CAN控制器和第二CAN隔离收发器，所述第二CAN控制器与微处理器相连、且通过第二CAN隔离收发器与地面CAN测试网络的地面CAN-A网络或地面CAN-B网络相连，且第二CAN隔离收发器所连的CAN总线上设有匹配电阻，所述电源模块的供电输出端分别与微控制器、星上CAN接口单元、地面CAN接口单元的电源电子相连。

3.根据权利要求2所述的带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置，其特征在于，所述电源模块包括供电电源切换开关和DC-DC电源模块，所述供电电源切换开关的输出端通过DC-DC电源模块分别与微控制器、星上CAN接口单元、地面CAN接口单元的电源电子相连，所述供电电源切换开关包括两路输入端，一路输入端与地面CAN测试网络中的外部直流电源相连，另一路输入端通过T型电缆与从星表CAN设备的供电电缆相连以获取卫星上的一次电源，且通过T型电缆与从星表CAN设备的供电电缆相连以获取卫星上的一次电源的输入端上连接有用于测试星上一次电源的一次电源测试接口。

4.根据权利要求3所述的带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置，其特征在于，所述CAN隔离转发器还包括内部温度传感器、热控电路与多个加热片，所述内部温度传感器的输出端与微控制器相连，所述热控电路的控制端与微控制器相连，所述热控电路的输出端分别与多个加热片相连。

5.根据权利要求4所述的带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置，其特征在于，所述热控电路包括熔断器、三极管开关控制电路、二级VMOS管开关电路和加热状态采集电路，所述熔断器、二级VMOS管开关电路两者串接在电源模块的输出端、加热片的电源输入端之间，所述二级VMOS管开关电路的控制端与三极管开关控制电路相连，所述三极管开关控制电路的控制端与微控制器相连，所述加热状态采集电路则通过电阻分压网络将加热片的电源输入端接地，且电阻分压网络的加热状态输出端子通过模数采集电路与微控制器的输入端相连以输出加热工作状态。

6.根据权利要求5所述的带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置，其特征在于，所述CAN隔离转发器还包括CAN信号侦测接口、秒脉冲侦测接口、通信配置接口和调试接口等，所述CAN信号侦测接口设于第一CAN隔离收发器所连的CAN总线上，且所述CAN信号侦测接口直接将星上的2条CAN总线信号引出到连接端子以供外部测试设备连接测试；所述秒脉冲侦测接口将星上的秒脉冲信号连接到连接端子以供外部测试设备连接测试，所述通信配置接口为RS-232类型接口，用于连接地面计算机，配置CAN隔离转发器的通信参数，所述调试接口用于CAN隔离转发器的软件开发调试，所述通信配置接口、调试接口分别与微控制器相连。

7.根据权利要求6所述的带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置，其特征在于，所述三段式地测电缆由第一段地测电缆、第二段地测电缆、第三段地测电缆组成，且第一段地测电缆一端与CAN隔离转发器相连，另一端通过热真空罐罐壁上的电导体与第二段地测电缆相连，所述第二段地测电缆通过Y2电连接器与第三段地测电缆相连。

8.根据权利要求7所述的带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置，其特征在于，所述第一段地测电缆、第二段地测电缆、第三段地测电缆均为双绞结构且传输信号为差分信号。

9.一种权利要求8所述的带抗扰功能的微小卫星CAN总线测试装置的应用方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤S1，将作为卫星核心平台设备的星载计算机布置在双总线结构的星上CAN总线网络的中心位置，星载计算机作为星上CAN总线网络的CAN总线控制节点布置在总线的中心位置，通过两侧的主干总线链路延伸CAN总线拓扑，并串接星内的所有CAN设备节点，在两侧的主干总线的四个末端节点添加匹配电阻；

步骤S2：从星载计算机引出L路星表CAN分支电缆CAN总线分支直接作为星表CAN设备接入点，所述星表CAN设备作为一个通信节点挂接在星载计算机引出的CAN总线分支上就近接入星载计算机的内部CAN网络；

步骤S3：所有的目标星表CAN设备中选择一个目标星表CAN设备CANi，将目标星表CAN设备CANi对应的星表CAN分支电缆的电连接器作为用于连接T型电缆的卫星CAN测试接口接入点，且选择目标星表CAN设备CANi的原则包括：①该星表CAN设备具备双CAN总线接口；②该星表CAN设备对应的星表CAN分支电缆的电连接器在微小卫星合舱后便于拔插；③该星表CAN设备对应的星表CAN分支电缆的长度最短；

步骤S4：通过T型电缆将CAN隔离转发器连接在卫星CAN测试接口接入点、星表CAN设备的双CAN接口之间；

步骤S5：将三段式地测电缆的第一段地测电缆一端与CAN隔离转发器相连，另一端通过热真空罐罐壁上的电导体与第二段地测电缆相连，所述第二段地测电缆通过Y2电连接器与第三段地测电缆相连；选择CAN隔离转发器的供电方式，且在整星测试的前期阶段将CAN隔离转发器的供电方式通过供电电源切换开关切换为卫星上的一次电源的供电方式，在整星测试的后期阶段将CAN隔离转发器的供电方式通过供电电源切换开关切换为地面供电方式，直接由地面CAN测试网络的外部直流电源供电；且对地面CAN测试网络的匹配阻抗进行配置；

步骤S6：CAN隔离转发器加电即工作在前一次配置的工作状态并维持不变，若需要修改配置参数，将上位机连接CAN隔离转发器的通信配置接口，通过上位机配置程序修改配置参数，修改后即保存作为新的上电默认工作参数；在CAN总线测试的前期阶段，或者在测试过程中出现星上CAN通信故障，直接在CAN隔离转发器的CAN信号侦测接口接入示波器或者CAN控制盒，进行相关测试排故；在其他正常工作情形下，CAN隔离转发器的CAN信号侦测接口不连接任何外部测试设备，以减小对内部CAN总线的影响，CAN隔离转发器获取星上PPS信号后不作处理，直接转送到转发器机箱表面的秒脉冲测试口以输出测试PPS信号的波形；所述CAN隔离转发器在参加热真空等环境试验时，通过内部温度传感器进行测温，一旦测得的工作温度低于设定温度，则自动启动热控电路进行加热，确保工作温度大于或等于设定温度是退出加热装置；

步骤S7：通过地面测试设备与星上CAN总线网络中的CAN节点之间进行通信数据收发测试，获得微小卫星CAN总线的测试结果，所述测试结果包括帧转发延时和丢帧率，若帧转发延时和丢帧率满足要求，则判定测试通过，否则判定测试不通过。

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