CN113348778B - 基于dds体系的通用化卫星综合测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，包括：上层地面测试设备、数据采集与适配器以及下层测试设备，其中，数据采集与适配器依据第一网络协议与上层地面测试设备进行数据通信，数据采集与适配器依据DDS广播通信协议与下层测试设备进行数据通信；整个卫星综合测试系统采用分步式结构，各组成设备将试验数据依据DDS协议实时分享到综合测试网络上，测试用户通过显示终端对试验数据进行监视和判读。该卫星综合测试系统充分考虑了后续型号的通用性，工作模式可灵活配置，用户可通过定义不同的配置文件来调整软件的不同工作模式。并且具有实时性高、通用性强、维护方便、人工干预环节少、自动化程度高的特点。

Description

基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统

技术领域

本发明涉及卫星综合测试技术领域，尤其涉及一种基于DDS(数据分发服务，Data Distribution Service)体系的通用化卫星综合测试系统。

背景技术

卫星测试技术是卫星研发过程中不可缺少的部分，伴随着卫星研发的全过程，测试设备对于卫星的研制是十分重要的。传统的卫星综合测试系统采用主从式的工作模式，系统中各组成设备之间采用TCP/IP网络协议进行点对点的数据交互，主要存在以下缺点：

1)通用性不高

主要沿用以前卫星的测试方法，测试设备包括单机自检设备、综合测试设备都有很强的针对性，测试设备繁多但互不关联，测试任务的统一性与整体性缺乏体系支持，针对后续卫星型号的测试任务几乎没有重复利用的可能。

2)自动化和智能化程度不高

当前的测试过程中，测试数据管理能力不够，测试操作无日志记录，测试过程中人工干预环节过多，智能化程度低，增加了失误的发生率。

3)开放性和灵活性不够

以往的测试系统着眼于卫星的综合研发的特定阶段，专用性较强，造成测试系统灵活度不够，没有预留升级和扩展的空间。

后续卫星型号的发展趋势是数据量大、数据实时性高、数据格式复杂、数据流种类繁多，为了适应后续新卫星型号的综合测试要求，有必要研制一种系统架构优良、实时性高、数据吞吐量大、通用性好、自动化程度高、维护成本低的卫星综合测试系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，以提高卫星综合测试系统的性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，包括：上层地面测试设备、数据采集与适配器以及下层测试设备，其中，所述数据采集与适配器依据第一网络协议与所述上层地面测试设备进行数据通信，所述数据采集与适配器依据DDS广播通信协议与所述下层测试设备进行数据通信；

所述上层地面测试设备采集飞行器的试验数据，并依据第一网络协议发送下行试验数据给所述数据采集与适配器，所述数据采集与适配器将所述下行试验数据转换为DDS广播通信协议的数据，并广播到综合测试网络上，供所述下层测试设备进行实时订阅读取；

所述下层测试设备依据DDS广播通信协议发送上行试验数据给所述数据采集与适配器，所述数据采集与适配器将所述上行试验数据转换为第一网络协议的数据之后发送到所述上层地面测试设备。

所述上层地面测试设备包括总线模拟器、方阵模拟器、测控和通信模拟器、热控模拟器、数传模拟器以及跟瞄模拟器；其中：

通过所述总线模拟器设置总线模拟，并由所述总线模拟器采集飞行器的总线数据，并将采集到的总线数据发送给所述数据采集与适配器；

通过所述方阵模拟器设置供电模拟，所述方阵模拟器给所述飞行器供电，并采集飞行器的供电参数数据，将采集到的供电参数数据发送给所述数据采集与适配器；

所述测控和通信模拟器从所述数据采集与适配器接收上行遥控数据，发送下行中继遥测数据和下行测控遥测数据给所述数据采集与适配器，并发送下行数传数据给所述数传模拟器；

通过所述热控模拟器模拟热敏电阻，进行加热功率测试；

通过所述数传模拟器设置数传模拟，所述数传模拟器发送分包数传数据给所述数据采集与适配器；

所述跟瞄模拟器收集所述飞行器的模拟目标信息，并通过所述跟瞄模拟器进行目标设置。

所述总线模拟器为CAN总线模拟器。

所述下层测试设备包括主测试计算机、数据库服务器、显示判读计算机以及配置文件服务器；其中：

所述主测试计算机接收一测试序列，发送上行遥控发控数据至所述综合测试网络，并从所述综合测试网络读取下行遥测数据、总线数据、数传数据以及中继数据；

所述数据库服务器与所述综合测试网络交互上行遥控发控数据、下行遥测数据、总线数据、数传数据以及中继数据；

所述显示判读计算机从所述综合测试网络读取上行遥控发控数据、下行遥测数据、总线数据以及数传数据，通过所述显示判读计算机监控所述飞行器的工作状态；

所述配置文件服务器与所述综合测试网络交互配置文件。

所述总线数据为CAN总线数据。

所述DDS广播通信协议采用发布/订阅体系结构。

所述基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统还包括扩展设备，所述扩展设备采集飞行器的状态数据，并将采集到的状态数据发送到所述综合测试网络。

所述基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统还包括数据转发设备，所述数据转发设备与外界交互新增数据流，并与所述综合测试网络交互试验数据。

所述第一网络协议为TCP/IP网络协议。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1)与传统卫星测试系统相比本发明采用DDS广播式网络通信协议，以数据为中心的发布/订阅通信模型，提高了数据收发端之间的交互效率，降低了数据传输之间的时间延迟，数据传输的时间延迟在微秒级；

2)本发明采用分步式的系统架构，各组成设备之间依据功能进行划分，将系统功能分散到各组成设备中，减少各设备的功能负担，便于系统硬件方面的系统维护和系统升级；

3)本发明中软件采用模块化的设计模式，各功能软件之间独立工作，无依赖关系，可根据不同型号的任务需要随时增加或删减各功能软件，便于系统软件方面的维护和升级；

4)考虑整个系统的通用性和可扩展性，系统可根据不同卫星型号的测试任务要求进行灵活的配置，各功能软件通过配置文件可以配置不同的工作模式，新增数据流也可通过配置文件来进行适应修改；

5)自动化和智能化程度高，本发明的综合测试系统由测试设备组成，各终端做操作日志，将本身程序的启动、网络连接状况、指令的发送情况、测试数据越界报警情况、推出程序等动作写入本地数据库存储被查，各终端在程序启动并联入测试网络后可无人职守，数据自动存储、数据越限或测试出错会进行声、电、文等形式的报警，在测试结束或测试过程中，终端用户可要求生成指定时间区域的测试数据报表。

6)本发明的基于DDS体系的通用化卫星测试系统具有小型化、轻量化、高效率、高可靠性、高实时性和高通用性的特点，具有较强的开发性和灵活，且系统中各组成设备均具有可扩展空间。

附图说明

图1是本发明实施例的卫星综合测试系统整体架构图；

图2是本发明实施例的DDS体系结构图；

图3是本发明实施例的卫星综合测试系统软件功能图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明提供的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，包括：上层地面测试设备、数据采集与适配器200以及下层测试设备，其中，数据采集与适配器200依据第一网络协议与上层地面测试设备进行数据通信，数据采集与适配器200依据DDS广播通信协议与下层测试设备进行数据通信；

上层地面测试设备采集飞行器400的试验数据，并依据第一网络协议发送下行试验数据给数据采集与适配器200，数据采集与适配器200将下行试验数据转换为DDS广播通信协议的数据，并广播到综合测试网络上，供下层测试设备进行实时订阅读取；

下层测试设备依据DDS广播通信协议发送上行试验数据给数据采集与适配器200，数据采集与适配器200将上行试验数据转换为第一网络协议的数据之后发送到上层地面测试设备。

其中，上层地面测试设备包括总线模拟器101、方阵模拟器102、测控和通信模拟器103、热控模拟器104、数传模拟器105以及跟瞄模拟器106；通过总线模拟器101设置总线模拟，并由总线模拟器101采集飞行器400的总线数据，并将采集到的总线数据发送给数据采集与适配器200；在本发明的一个实施例中，所述总线模拟器101为CAN总线模拟器，总线数据为CAN总线数据；所述总线模拟器101直接与所述数据采集与适配器200进行连接并通信。

用户通过方阵模拟器102设置供电模拟，方阵模拟器102给飞行器400供电，对飞行器400进行有线控制，并采集飞行器400的供电参数数据，将采集到的供电参数数据通过第一网络协议发送给数据采集与适配器200。

测控和通信模拟器103从数据采集与适配器200接收上行遥控数据，通过第一网络协议发送下行中继遥测数据和下行测控遥测数据给数据采集与适配器200，并发送下行数传数据给数传模拟器105。

用户通过热控模拟器104进行热控模拟，模拟热敏电阻，进行加热功率测试。

用户通过数传模拟器105设置数传模拟，数传模拟器105通过第一网络协议发送分包数传数据给数据采集与适配器200。

跟瞄模拟器106收集飞行器400的模拟目标信息，并且用户通过跟瞄模拟器106进行目标设置。

在本发明的一个实施例中，所述第一网络协议为TCP/IP网络协议。然而应该意识到，本发明并不以此为限，所述第一网络协议还可以为其它数据协议，具体地可根据不同卫星型号而定。

所述下层测试设备包括主测试计算机301、数据库服务器302、显示判读计算机303以及配置文件服务器304；其中，主测试计算机301接收一测试序列，发送上行遥控发控数据至所述综合测试网络，并从所述综合测试网络读取下行遥测数据、总线数据、数传数据以及中继数据；

数据库服务器302与所述综合测试网络交互上行遥控发控数据、下行遥测数据、总线数据、数传数据以及中继数据；

显示判读计算机303从所述综合测试网络读取上行遥控发控数据、下行遥测数据、总线数据以及数传数据，通过所述显示判读计算机303监控所述飞行器400的工作状态；

所述配置文件服务器304与所述综合测试网络交互配置文件。

在本发明的一个实施例中，该基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统还包括扩展设备500，扩展设备500采集飞行器400的状态数据，并将采集到的状态数据发送到所述综合测试网络。

在本发明的一个实施例中，该基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统还包括数据转发设备600，数据转发设备600与外界交互新增数据流，并与所述综合测试网络交互试验数据。

本发明提供的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统的工作原理为：

处理下行试验数据时，数据采集与适配器200与上层各地面测试设备之间的数据通信是依据TCP/IP网络协议(或其它数据协议，根据不同卫星型号而定)，数据采集与适配器200与下层各测试设备之间的数据通信是依据DDS广播通信协议。下行的外部数据流首先经过数据采集与适配器200，由数据采集与适配器200将外部数据转换为DDS协议的数据，广播到综合测试网络上，供其它设备进行实时的订阅读取。数据库服务器302和显示判读计算机303根据各自的需要从DDS网络中订阅各自需要的试验数据进行实时的存储和解析，显示判读计算机303可根据不同的需要挑选不同的试验数据进行显示，方便不同的分系统实时监测不同的试验数据，支持对试验数据的判读。

处理上行试验数据时，数据采集与适配器200接收来自主测试计算机301依据DDS协议发出的各类上行试验数据，包括对器上设备的指令数据、和对各地面测试设备的配置数据，经数据采集与适配器200转换后将DDS协议的上行各类试验数据转换为其它数据协议进行上行发送，大大提高了综合测试水平。同时具备自动化测试功能，用户可编辑各类自动化测试指令，以器上状态作为触发条件，根据器上不同的状态反馈，地面做出相应的反应，提高自动化测试程度，减少实验过程中的人工干预和出错几率。整个系统采用分布式结构，各组成部分具有各自的功能划分，由设备承制方负责应用软件开发能够保证功能实现的最优化，按任务要求统一规定系统各组成设备与供配电设备及各地面测试设备的接口通信协议，针对性开发综合测试系统中该部分接口软件，接口规划清除，任务分工明确，降低了协调工作量，提高了开发效率和系统设备研制质量。

以下详细描述本发明采用的DDS广播通信协议。

请参考图2，图2是本发明实施例的DDS体系结构图，如图2所示，本发明的DDS规范采用了发布/订阅体系结构，对实时性要求提供更好的支持。以处理下行数据为例，其原理为：

数据采集与转发模块(即数据采集与适配器200)将外部数据转换为DDS协议的数据，并发布到高速以太网上，供其它设备进行实时的订阅读取。遥测遥控监控系统和故障监控系统根据各自的需要从高速以太网中订阅各自需要的试验数据进行实时的存储和解析，具体地，首先将订阅读取的试验数据实时地存储到DDS中间件中，然后由接口控制文件(ICD，Interface ControlDocument)进行解析，最后通过响应系统的界面进行显示。

DDS是以数据为中心的发布/订阅通信模型，针对强实时系统进行了优化，提供低延迟、高吞吐量、对实时性能的控制级别，DDS体系网络协议规范了实时分布式系统中数据发布、传递和接收的接口和行为，定义了以数据为中心的发布/订阅机制。提供了一个与平台无关的数据模型(这个模型能够映射到各种具体的平台和编程语言)，使得实时分布式系统中数据能够高效、可靠地发布，它主要应用在要求高性能、可预见性和对资源有效使用的关键任务领域。综合测试系统中各设备采用DDS协议进行通信，各设备之间实现实时的数据共享，综合测试应用程序在处理以数据为中心的分布式系统时，DDS网络协议可以帮助用户使用更加简单的编程模型，应用程序可以使用一个简单的主题名称来指定它想要读或写的数据，使用以数据为中心的API来直接读写数据。DDS中以数据为中心的发布/订阅(DCPS)模型构建了一个共享的“全局数据空间”的概念，所有的数据对象都存在于此空间中，分布式节点通过简单的读、写操作便可以访问这些数据对象，提高了数据的读写效率

关于本发明提供的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统能达到的功能请参考图3，图3是综合测试系统软件功能图，综合测试系统中软件功能主要包括：上行控制指令的生成和发送、测试数据的接收解析和存储查询、测试数据的解析判读和显示报警、综合测试系统中各设备状态监控、为各类试验数据添加时戳、历史试验数据回放、数据协议转换和转发、各设备之间时间统一、各软件配置文件管理、试验数据的总览和分项浏览、对试验数据进行分析(最大值、最小值和均值)、对试验数据进行采样并绘制曲线等等。各功能软件分布在综合测试系统中各设备上，采用分布式结构，界面开发与信息访问交互主要基于JAVA、XML、HTML等技术实现，设计的用户交互界面简洁、友好、功能完整，由各显示判读计算机管理数据界面信息，主要包括：测试指令编辑界面、指令发送控制界面、测试过程监控界面、测试数据实时监视界面、测试数据访问界面、测试数据判读界面、测试设备监控及管理界面、外部数据流交互界面等等，通过对综合测试系统功能软件进行模块化分层设计，充分考虑系统功能模块的可复用性和通用性，实现系统的高内聚、低耦合性，增强系统开发效率和质量，最大程度地增强了系统的功能。

为了提高整个卫星综合测试系统的通用性，整个系统采用分布式的体系架构，各组成设备可根据不同卫星型号测试任务的需要任意调整各自的工作模式，在卫星综合测试系统中预留了针对外部新增数据流的专用设备，针对新增数据流的协议进行适应性的转化，将不同协议的新增数据流转换为综合测试系统中的DDS协议，不同数据之间的协议转换可以依靠配置文件来进行定义，以此来对各种新增数据流预留转换、接收和处理接口，以适应不同的数据流，满足后续不同卫星型号的测试任务需求。综合测试系统中各功能软件的工作模式和工作状态可依靠配置文件来进行灵活的配置，各类试验数据的协议格式、处理公式、判读依据等等软件所需的工作参数都可以根据不同卫星型号测试任务的需求进行灵活的配置，系统中设计了配置文件服务器用来专门管理各种配置文件，统一集中管理、优化和升级各种配置文件，卫星综合测试系统各功能软件通过配置文件服务器来获得各配置文件，实现功能软件的工作模式配置，降低了整个系统的维护成本，使得综合测试中各功能软件能够任意进行适应性的调整，以适应各卫星型号的测试任务。整个卫星综合测试系统在通用性和可扩展性方面进行了很多适应性设计，力求满足后续不同卫星型号的测试任务需求，把整个系统设计成为通用性好、实时性高、适应性强、自动化程度高、维护成本低、可扩展性强的卫星综合测试平台。

综上所述，本发明提供的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，采用广播式的网络通信协议——DDS体系，整个卫星综合测试系统采用分步式结构，采用模块化的软件设计，各组成设备将试验数据依据DDS协议实时分享到综测网络上，测试用户通过显示终端对试验数据进行监视和判读。系统中各功能软件的设计充分考虑了后续型号的通用性，工作模式可灵活配置，用户可通过定义不同的配置文件来调整软件的不同工作模式。并且本发明的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统由于采用了广播式的网络通信协议——DDS体系，具有实时性高、通用性强、维护方便、人工干预环节少、自动化程度高的特点。同时，考虑后续型号的发展需要，各功能软件设计过程中增加了通用性设计，为后续不同型号的测试应用打下了良好的基础。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，其特征在于，包括：上层地面测试设备、数据采集与适配器以及下层测试设备，其中，所述数据采集与适配器依据第一网络协议与所述上层地面测试设备进行数据通信，所述数据采集与适配器依据DDS广播通信协议与所述下层测试设备进行数据通信；

所述上层地面测试设备采集飞行器的试验数据，并依据第一网络协议发送下行试验数据给所述数据采集与适配器，所述数据采集与适配器将所述下行试验数据转换为DDS广播通信协议的数据，并广播到综合测试网络上，供所述下层测试设备进行实时订阅读取；

所述下层测试设备依据DDS广播通信协议发送上行试验数据给所述数据采集与适配器，所述数据采集与适配器将所述上行试验数据转换为第一网络协议的数据之后发送到所述上层地面测试设备。

2.如权利要求1所述的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，其特征在于，所述上层地面测试设备包括总线模拟器、方阵模拟器、测控和通信模拟器、热控模拟器、数传模拟器以及跟瞄模拟器；其中：

通过所述总线模拟器设置总线模拟，并由所述总线模拟器采集飞行器的总线数据，并将采集到的总线数据发送给所述数据采集与适配器；

通过所述方阵模拟器设置供电模拟，所述方阵模拟器给所述飞行器供电，并采集飞行器的供电参数数据，将采集到的供电参数数据发送给所述数据采集与适配器；

所述测控和通信模拟器从所述数据采集与适配器接收上行遥控数据，发送下行中继遥测数据和下行测控遥测数据给所述数据采集与适配器，并发送下行数传数据给所述数传模拟器；

通过所述热控模拟器模拟热敏电阻，进行加热功率测试；

通过所述数传模拟器设置数传模拟，所述数传模拟器发送分包数传数据给所述数据采集与适配器；

所述跟瞄模拟器收集所述飞行器的模拟目标信息，并通过所述跟瞄模拟器进行目标设置。

3.如权利要求2所述的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，其特征在于，所述总线模拟器为CAN总线模拟器。

4.如权利要求3所述的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，其特征在于，所述总线数据为CAN总线数据。

5.如权利要求1所述的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，其特征在于，所述DDS广播通信协议采用发布/订阅体系结构。

6.如权利要求1所述的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，其特征在于，所述基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统还包括扩展设备，所述扩展设备采集飞行器的状态数据，并将采集到的状态数据发送到所述综合测试网络。

7.如权利要求1所述的基于DDS体系的通用化卫星综合测试系统，其特征在于，所述第一网络协议为TCP/IP网络协议。

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