CN113794500B - 深空探测器的联合测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种深空探测器的联合测试系统及方法，结合我国深空领域航天器研制实际情况，提供了航天器组合体的测试系统标准架构设计以及联合测试方法和系统组成。包括深空领域航天器组合体联合测试过程中测试系统的标准接口、联合测试系统设备配置和组建方法。本发明取得了如下的有益效果：提供了一种适用于航天器组合体的标准测试系统架构；对后续深空任务联合测试系统的快速组建提供参考；同样也能适用于多总体工程模式下的联合测试系统设计。

Description

深空探测器的联合测试系统及方法
技术领域
本发明涉及深空航天器的地面测试的技术领域，具体地，涉及深空探测器的联合测试系统及方法。
背景技术
深空探测任务技术难度大，研制周期受发射窗口限制往往较短，因此国际上多数深空任务采取集中优势力量，多个国家联合攻关的形式开展探测系统研发。国内，以探月工程和火星任务为代表的深空探测任务同样采取了多家总体单位联合研制的工作模式。如探月工程的巡视器和轨道器，火星任务的着陆器和环绕器。在单器完成测试后，总装为整器联合体进一步开展各项整器级测试和试验。单器间器上接口在任务研制之初进行专项设计和约定，因此便于总装为整器联合体。各单位的地面测试系统往往遵循本单位长期以来的工作经验，测试系统设计方案均已经固化，难以便捷的组建为整器联合测试系统，只能在整器阶段进行测试系统改造或定制多个测试系统间的接口中转系统。上述方式兼容性较差、运行不稳定，制约了测试效率，且存在部分测试资源的重复投产，造成了巨大的浪费。
地面测试系统是深空探测器研制的一个重要组成部分。在整器测试阶段，为确保多个单位的地面测试系统的兼容、稳定、高效运行，需要进行联合测试系统的标准接口设计，各家单位遵照该标准和方法开展测试系统的组建，进而保证整器测试的顺利开展。对于深空任务，特别是火星探测任务，可借鉴的测试经验较少，测试系统的配置与近地卫星任务有较大的差别，有必要根据现有的工程经验，给出标准的深空领域测试系统组建方法。
在公告号为CN100495333的专利文献中公开了一种可视化卫星测试设计平台包括测试规则设计模块、测试元管理模块、测试规则模板管理模块和测试规则保存发布模块，测试规则设计模块在设计测试规则时，若设计的测试规则与测试规则模板管理模块中已有模板结构相符合，可调用已有模板，并对调用的模板进行适当的修改，若没有与设计的测试规则相符合的模板，则从测试元管理模块中调用测试元对测试规则进行编辑，形成完整的测试规则，最后将完成的测试规则保存在测试规则保存发布模块中，同时可将已完成的测试规则添加为新模板。
在公告号为CN105897504B的专利文献中公开了一种卫星通用测试系统数据交互方法，包括：测试服务系统与测试终端建立交互业务链接；总控终端向测试服务系统发送交互请求。
在公开号为CN111212335A的专利文献中公开了一种深空探测器射频测试系统自检装置，包括，仿真监控模块，控制各功能模块的运行，监控工作状态；CPCI总线，用于各模块的互连及数据交互；下变频模块，接收输入的上行信号并做变频处理；中频接收模块，接收解调中频调制信号；遥控信号处理模块，处理并发送遥控副载波信号；测距信号处理模块，处理并发送测距音信号；基带数据处理模块，处理并发送仿真监控模块输出的模拟遥测数据；中频调制模块，处理并发送模拟遥测数据和测距音信号；上变频模块，对中频调制信号上变频，输出下行信号。
针对上述中的相关技术，上述的测试系统和测试方法仅适用于近地卫星，不具备深空信号检测和深空信道模拟能力，无法承担火星探测为代表深空探测测试任务，且不涉及多总体模式下的测试系统联合组建内容。因此，需要提出一种技术方案以改善上述技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种深空探测器的联合测试系统及方法。
根据本发明提供的一种深空探测器的联合测试系统，包括16U标准机柜、深空通信信道模拟器、深空信号链路箱、X频段上变频设备、X频段下变频设备、深空基带设备、频谱仪以及综合测试软件；
所述16U标准机柜内设有频谱仪、深空基带设备、深空通信信道模拟器、深空信号链路箱、X频段上变频器以及X频段下变频器；
所述频谱仪与深空基带设备相连接，所述深空基带设备与深空通信信道模拟器相连接，所述深空通信信道模拟器与深空信号链路箱相连接，所述深空信号链路箱与X频段上变频器相连接，所述X频段上变频器与X频段下变频器相连接；
所述系统通过标准接口协议，支持多测试主体联合开展测试。
优选地，所述16U标准机柜提供设备整体框架和供电，所述X上变频器和X下变频器完成探测器测控数传射频信号上变频至射频/下变频至70MHz中频。
优选地，所述深空基带设备具备测控数传一体化处理单元和自适应测控、BPSK、QPSK的调制信号，所述深空基带设备具备深空UXB测距单元，所述深空UXB测距单元具备RS编码、LDPC编码以及其它深空高增益编码处理能力；所述深空基带设备对上行遥控链路进行去耦处理。
优选地，所述深空通信信道模拟器和深空信号链路箱通过软件程控模拟地面至最远4亿公里轨道信道特点，模拟大气效应、多径遮蔽、多普勒频移、莱斯分布、功率衰减、通信时延、轨道轨迹的深空信道特性。
优选地，所述频谱仪的指标优于140dBm底噪和信号分辨率。
优选地，所述标准接口协议规定标准的测试接口协议，遵循测试接口协议设计的测试系统便捷接入所述系统，无需进行信息中转。
优选地，所述深空基带设备和综合测试软件对外接口按所述标准接口协议规定标准的测试接口协议执行，所述深空通信信道模拟器、深空信号链路箱以及变频器的内部通信接口按各单位原有规定设计。
本发明还提供一种深空探测器的联合测试方法，所述方法应用上述中的深空探测器的联合测试系统，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：深空领域联合测试系统16U标准机柜及各台设备按程序加电，设定深空信号链路箱初始衰减值；
步骤S2：设定X频段上变频设备频点，设定X频段下变频设备频点；
步骤S3：运行应用程序，连接测试网络，配置设备资源，深空基带设备加上行遥控信号和深空体制测距信号；
步骤S4：运行综合测试软件，连接深空基带设备通过网络TCP/IP连接订阅遥测遥控信息并自检；
步骤S5：设定深空通信信道模拟器信道时延并装订地火转移轨道、近火制动轨道、环火轨道等多种深空任务模拟轨道；并设置模拟信道的多普勒频移、功率衰减、通信时延；
步骤S6：按测试细则开展分系统功能和接口测试、整器模拟飞行测试联合测试项目。
优选地，所述步骤S1进行指标性能测试设置衰减值至门限以上和进行功能测试，上行衰减值设置中强，火星探测任务保证器上入口端110dBm。
优选地，所述步骤S2中X频段变频器中频频点设置为70MHz；
所述步骤S4中综合测试软件包括数据服务软件、遥测显示软件和总控终端软件。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明给出了深空探测任务的标准地面测试系统研制方案，同时采用标准接口协议，完成了多总体模式下多个测试系统的快速联合组建；
2、本发明有利于节约人力成本和设备资产成本投入，提高测试效率，保证地面联合测试系统的兼容、稳定、高效运行；
3、本发明为后续月球探测、火星探测及其它行星探测任务提供参考依据。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为深空探测器的联合测试系统组成框图；
图2为深空领域联合测试系统机柜组成图；
图3为深空领域联合测试系统标准接口协议图；
图4为射频链路控制界面图；
图5为深空基带设备测试配置图；
图6为深空信道模拟图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
附图1为本发明一种通用卫星测控测试系统的组成图，16U标准机柜、深空通信信道模拟器、深空信号链路箱、X频段上变频设备、X频段下变频设备、深空基带设备、频谱仪、综合测试软件，标准协议接口；频谱仪与深空基带设备相连接，深空基带设备与深空通信信道模拟器相连接，深空通信信道模拟器与深空信号链路箱相连接，深空信号链路箱与X频段上变频器相连接，X频段上变频器与X频段下变频器相连接。
16U标准机柜提供设备整体框架和供电，X上下变频器完成探测器测控数传射频信号上变频至射频/下变频至70MHz中频。
深空基带设备具备测控数传一体化处理单元，自适应测控、BPSK、QPSK等多类型调制信号，具备深空UXB测距单元，具备RS编码、LDPC编码以及其它深空高增益编码处理能力。设备对上行遥控链路进行了去耦处理，可有效避免多个测试主体同时向航天器发送指令时相互干扰问题。
深空通信信道模拟器及深空信号链路箱通过软件程控模拟地面至最远4亿公里轨道信道特点，可以准确的模拟大气效应、多径遮蔽、多普勒频移、莱斯分布、功率衰减、通信时延、轨道轨迹等深空信道特性。
为应对深空高灵敏度射频信号指标测试，配置频谱仪指标需优于140dBm底噪和信号分辨率。
附图2为本发明规定的标准深空领域联合测试系统接口协议，测试系统中深空基带设备和综合测试软件对外接口需按本协议执行，深空通信信道模拟器、深空信号链路箱、变频器等内部通信接口可按各单位原有规定设计。
本发明提供的系统满足国内外主流深空探测航天器基本测试需求，具备地面至火星轨道最远4亿公里区间的深空信号仿真评估能力，硬件灵活可配置，便于扩展。选取深空基带设备作为联合测试系统的接入节点，各单位测试软件通过网络连接即可开展测试，不需额外进行射频、中频信号的处理，极大的简化了联合测试系统的硬件配置。
标准接口协议规定了标准的测试接口协议，遵循该接口协议设计的任意测试系统可便捷接入本系统，无需进行信息中转，可实现常规近地卫星测试系统接入深空测试系统，进而便捷开展深空领域测试。
深空基带设备是深空领域联合测试系统核心，对外通信遵循标准接口协议(9)，作为服务端连接各单位遥测遥控软件系统，接收各单位遥控信息，并进行上行编码、加扰、调制，将解调遥测分发各单位遥测服务软件。深空基带设备具备测控数传一体化处理单元，自适应测控、BPSK、QPSK等多类型调制信号，具备深空UXB测距单元，具备RS编码、LDPC编码以及其它深空高增益编码处理能力。
按上述配置和协议制定的深空测试系统组建后，工作按以下步骤执行：
步骤S1：深空领域联合测试系统16U标准机柜及各台设备按程序加电，设定深空信号链路箱初始衰减值，如进行指标性能测试设置衰减值至门限以上，如进行功能测试，上行衰减值设置中强，一般火星探测任务保证器上入口端110dBm，如附图3。
步骤S2：设定X频段上变频设备频点，设定X频段下变频设备频点，为匹配深空侧传一体体制，X频段变频器中频频点需设置为70MHz。
步骤S3：运行应用程序，连接测试网络，配置设备资源，深空基带设备加上行遥控信号和深空体制测距信号，如附图4。
步骤S4：参试单位运行各自综合测试软件，包括数据服务软件、遥测显示软件和总控终端软件等，连接深空基带设备通过网络TCP/IP连接订阅遥测遥控信息并自检。
步骤S5：设定深空通信信道模拟器信道时延并装订地火转移轨道、近火制动轨道、环火轨道等多种深空任务模拟轨道。并设置模拟信道的多普勒频移、功率衰减、通信时延等，如附图5。
步骤S6：参试单位按测试细则开展分系统功能和接口测试、整器模拟飞行测试等联合测试项目。
综上所述，本方法作为卫星空运的振动响应监测方法，在满足航空运输关于安全方面要求的前提下，同时能保证卫星运输全程的振动响应监测，为卫星进场的运输安全性提供有力数据支持。
本发明给出了深空探测任务的标准地面测试系统研制方案，同时采用标准接口协议，完成了多总体模式下多个测试系统的快速联合组建；有利于节约人力成本和设备资产成本投入，提高测试效率，保证地面联合测试系统的兼容、稳定、高效运行；为后续月球探测、火星探测及其它行星探测任务提供参考依据。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种深空探测器的联合测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：深空领域联合测试系统16U标准机柜、深空通信信道模拟器、深空信号链路箱、X频段上变频设备、X频段下变频设备、深空基带设备及频谱仪按程序加电，设定深空信号链路箱初始衰减值；
步骤S2：设定X频段上变频设备频点，设定X频段下变频设备频点；
步骤S3：运行应用程序，连接测试网络，配置设备资源，深空基带设备加上行遥控信号和深空体制测距信号；
步骤S4：运行综合测试软件，连接深空基带设备通过网络TCP/IP连接订阅遥测遥控信息并自检；
步骤S5：设定深空通信信道模拟器信道时延并装订深空任务模拟轨道，并设置模拟信道的多普勒频移、功率衰减、通信时延；
所述深空任务模拟轨道包括地火转移轨道、近火制动轨道以及环火轨道；
步骤S6：按测试细则开展分系统功能和接口测试、整器模拟飞行测试联合测试项目。
2.根据权利要求1所述的深空探测器的联合测试方法，其特征在于，所述步骤S2中X频段变频器中频频点设置为70MHz；
所述步骤S4中综合测试软件包括数据服务软件、遥测显示软件和总控终端软件。
3.一种深空探测器的联合测试系统，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的深空探测器的联合测试方法，包括16U标准机柜、深空通信信道模拟器、深空信号链路箱、X频段上变频设备、X频段下变频设备、深空基带设备、频谱仪以及综合测试软件；
所述16U标准机柜内设有频谱仪、深空基带设备、深空通信信道模拟器、深空信号链路箱、X频段上变频器以及X频段下变频器；
所述频谱仪与深空基带设备相连接，所述深空基带设备与深空通信信道模拟器相连接，所述深空通信信道模拟器与深空信号链路箱相连接，所述深空信号链路箱与X频段上变频器相连接，所述X频段上变频器与X频段下变频器相连接；
所述系统通过标准接口协议，支持多测试主体联合开展测试。
4.根据权利要求3所述的深空探测器的联合测试系统，其特征在于，所述16U标准机柜提供设备整体框架和供电，所述X频段上变频器和X频段下变频器完成探测器测控数传射频信号上变频至射频/下变频至70MHz中频。
5.根据权利要求3所述的深空探测器的联合测试系统，其特征在于，所述深空基带设备具备测控数传一体化处理单元和自适应测控、BPSK、QPSK的调制信号，所述深空基带设备具备深空UXB测距单元，所述深空UXB测距单元具备RS编码、LDPC编码处理能力；所述深空基带设备对上行遥控链路进行去耦处理。
6.根据权利要求3所述的深空探测器的联合测试系统，其特征在于，所述深空通信信道模拟器和深空信号链路箱通过软件程控模拟地面至最远4亿公里轨道信道特点，模拟大气效应、多径遮蔽、多普勒频移、莱斯分布、功率衰减、通信时延、轨道轨迹的深空信道特性。
7.根据权利要求3所述的深空探测器的联合测试系统，其特征在于，所述频谱仪的指标优于140dBm底噪和信号分辨率。
8.根据权利要求3所述的深空探测器的联合测试系统，其特征在于，所述标准接口协议规定标准的测试接口协议，遵循测试接口协议设计的测试系统便捷接入所述系统，无需进行信息中转。
9.根据权利要求3所述的深空探测器的联合测试系统，其特征在于，所述深空基带设备和综合测试软件对外接口按所述标准接口协议规定标准的测试接口协议执行，所述深空通信信道模拟器、深空信号链路箱以及变频器的内部通信接口按原有规定设计。
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