CN115037360B - 一种卫星通信天线系统的健康管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种卫星通信天线系统的健康管理方法，涉及卫星通信天线技术，卫星通信天线系统包括综合处理模块、电源模块、频率源模块以及卫星通信天线主体，基于BIT和信息融合技术开发的组合级的卫星通信天线系统BIT，通过卫星通信天线系统BIT实现对于卫星通信天线系统的健康状态的监测与管理，包括各模块健康检测信号收集、系统健康管理策略，对卫星通信天线系统内部各功能模块进行功能检测和故障隔离，通过读取温度、电压、电流以及参数返回值方式进行BIT检测。本发明通过读取温度、电压、电流以及参数返回值等方式进行BIT检测，提高了对卫星通信天线系统健康检测的效率，保证卫星通信天线系统运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星通信天线技术，具体为一种卫星通信天线系统的健康管理方法。
背景技术
目前市面上存在的卫星通信天线系统主要由天线和信道设备组成，其中，天线能完成信号的接收、发射和上、下变频，主要包括天线T/R组件、频率源和射频组件。信道设备一般具有话音、数据等通信功能，主要由电源、基带模块、监控单元组成。卫星通信天线系统的通信成功率和通信质量等功能指标除了与设备自身性能相关外，也和环境因素相关，因此卫星通信天线系统的故障检测和定位比较困难。
在以往BIT（builtintest，机内自测试）设计中，一般只对发射通道进行检测，其原因是发射通道可以由基带模块产生载波信号作为各级测试的激励信号，而接收通道需要卫星信号的输入，难以通过BIT实现。随着产品测试性的提高，原有的BIT设计难以满足指标要求，因此，如何合理的设计BIT方案，尤其对于机载的卫星通信天线系统，环境条件苛刻，提高卫星通信天线系统内各个模块的故障检测率和故障隔离率变得越来越重要。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种卫星通信天线系统的健康管理方法，通过卫星通信天线系统BIT实现对于卫星通信天线系统的健康状态的监测与管理。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种卫星通信天线系统的健康管理方法，卫星通信天线系统包括综合处理模块、电源模块、频率源模块以及卫星通信天线主体，基于BIT和信息融合技术开发的组合级的卫星通信天线系统BIT，通过卫星通信天线系统BIT实现对于卫星通信天线系统的健康状态的监测与管理，包括各模块健康检测信号收集、系统健康管理策略，对卫星通信天线系统内部各功能模块进行功能检测和故障隔离，通过读取温度、电压、电流以及参数返回值方式进行BIT检测。
BIT检测包括加电BIT、周期BIT和维护BIT三种检测方式，卫星通信天线在整机供电后自动打开，进行初始化配置，实现加电BIT检测，自动进入工作状态；在正常工作期间根据指令进行维护BIT检测和周期BIT检测，发现故障后通过总线向低频机架上报状态。
加电BIT方式为：卫星通信天线系统在加电后的初始化过程中，对卫星通信天线系统各模块进行电源供电和接口检测并上报检查结果，该方式为对卫星通信天线加电后进行的BIT检测，以确定卫星通信天线系统的工作状态是否正常；各模块将加电BIT检测结果发送给综合处理模块进行处理、汇总并上报低频机架。
周期BIT方式为：卫星通信天线系统工作过程中，对内部重要监测点进行后台周期性检测并上报检查结果，该方式为在卫星通信天线工作过程中对各功能组件的BIT检测，卫星通信天线工作状态中自动执行周期BIT，监控卫星通信天线系统的工作状况和外围设备的接口状况。
维护BIT方式为：卫星通信天线系统对各模块进行详细状态深度检测，并通过总线向低频机架上报检测结果；通过获取底层功能电路级细节状态，BIT信息作为排故的辅助诊断参考。
系统健康管理策略通过卫星通信天线系统BIT工作流程实现，包括以下步骤：
卫星通信天线启动后，直接进行加电BIT检测；
同时开始电源模块状态检测、综合处理模块状态检测、频率源模块状态检测以及卫星通信天线状态检测；
通过获取的温度监测值，判断是否存在高低温故障；
通过BIT信息汇总判断是否存在系统故障；
将BIT检测结果回传给低频机架，加电BIT检测结束；
加电BIT结束后，判断是否收到维护BIT指令；
如果没有收到维护BIT指令，则判断周期BIT使能端是否有效；
如果周期BIT使能端设置了使能状态，则判断周期BIT时间是否已到；
如果周期BIT时间已到，则将BIT计时器清零；
同时开始电源模块状态检测、综合处理模块状态检测、频率源模块状态检测以及卫星通信天线状态检测；
通过获取的温度监测值，判断是否存在高低温故障；
通过BIT信息汇总判断是否存在系统故障；
将BIT检测结果回传给低频机架，一次检测结束。
如果周期BIT时间没有到，则不执行BIT工作流程，检测结束；
或者，如果周期BIT使能端无效，则不执行BIT工作流程，检测结束。
如果接收到维护BIT指令，则根据指令进行维护BIT状态，转至同时开始电源模块状态检测、综合处理模块状态检测、频率源模块状态检测以及卫星通信天线状态检测步骤，开始维护BIT检测。
本发明还具有防止虚警方法，包括以下步骤：
综合处理模块与低频机架总线出现通讯异常时，通过多次重复确认排除偶发错误指令，连续多次数据相同则认为数据有效；
各功能模块与综合处理模块间的SPI通讯总线上出现通讯异常时，首先通过数据判断数据是否对应错误状态，当有错误状态时，通过多次重复确认排除偶发错误指令，连续多次数据相同则认为数据有效；
温度采集时，干扰会造成数据总线传输错误，多次采集防止数据总线的传输误差，连续多次数据相同则认为数据有效；
电压电流值测试时，干扰会使模拟量采集得到错误数据引起虚警，对多次采集进行平均，使用平均值进行故障判断。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明提供一种卫星通信天线系统的健康管理方法，基于BIT和信息融合技术所设计开发的组合级的卫星通信天线系统BIT，对于目前卫星通信天线系统工作环境条件苛刻情况下，考虑卫星通信天线系统内各个模块的设计以及功能差异，通过读取温度、电压、电流以及参数返回值等方式进行BIT检测，提高了对卫星通信天线系统健康检测的效率，保证了卫星通信天线系统运行的可靠性；
2.本发明方法降低了卫星通信天线系统检测的复杂性，同时通过适当控制BIT方案设计中测试电路和元器件使用规模，降低BIT电路本身可能会存在的故障率，以及避免因虚警影响系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明中卫星通信天线工作状态转换示意图；
图2为本发明方法中涉及的卫星通信天线系统结构框图；
图3为本发明方法中卫星通信天线系统BIT工作流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
本发明提供一种卫星通信天线系统的健康管理方法，卫星通信天线系统包括综合处理模块、电源模块、频率源模块以及卫星通信天线主体，该方法基于BIT和信息融合技术开发的组合级的卫星通信天线系统BIT，通过卫星通信天线系统BIT实现对于卫星通信天线系统的健康状态的监测与管理，包括各模块健康检测信号收集、系统健康管理策略，对于卫星通信天线系统内各个模块的设计以及功能差异，对卫星通信天线系统统内部各功能模块进行功能检测和故障检测，通过读取温度、电压、电流以及参数返回值方式进行BIT检测。
卫星通信天线系统BIT为机内检测，不依赖任何外部测试资源。BIT检测包括加电BIT、周期BIT和维护BIT三种检测方式，卫星通信天线在整机供电后自动打开，依次进行初始化配置，实现加电BIT检测，自动进入工作状态；在正常工作期间根据指令进行“维护BIT”检测和“周期BIT” 检测，发现故障后通过总线向低频机架上报状态。卫星通信天线工作状态转换如图1所示。
其中，加电BIT方式为：卫星通信天线系统在加电后的初始化过程中，对卫星通信天线系统各模块进行电源供电和接口检测并上报检查结果，该方式侧重对天线加电后进行的BIT检测，以确定卫星通信天线系统的工作状态是否正常；各模块（具体指综合处理模块、电源模块、频率源模块、频率源模块以及卫星通信天线主体）将加电BIT检测结果发送给综合处理模块进行处理汇总。
周期BIT方式为：卫星通信天线系统工作过程中，对内部重要监测点进行后台周期性检测并上报检查结果，该方式侧重在卫星通信天线工作过程中对各功能组件的BIT检测，卫星通信天线工作状态中自动执行周期BIT，监控卫星通信天线系统的工作状况和外围设备的接口状况。
维护BIT方式为：卫星通信天线系统对各模块进行详细状态深度检测，并通过总线向低频机架上报检测结果；该方式侧重获取底层功能电路级细节状态，该BIT信息作为排故的辅助诊断参考。
本实施例中，卫星通信天线系统结构框图如图2所示。
综合处理模块，在卫星通信天线系统中，负责卫星通信天线系统BIT管理，通过与各模块的接口获取各相关BIT信息，汇总后发送给低频机架。
综合处理模块的BIT包括DSP、FPGA等相关芯片自身的工作状态检测以及对板卡上外设芯片的工作状态检测。
电源模块，接收到开机信号后，按照正常的工作顺序使电源模块进入工作状态，在启动状态下，电源模块将卫星通信天线天线T/R组件和前端射频组件的电源处于关闭状态，电源模块输入电源检测和全部输出电压检测电路处于工作状态。电源模块BIT可以测量卫星通信天线中所有模块的电压和电流，并监测启动/停止状态和各路电源的过压、过流、欠压状态。测试信息包括模拟量和数字量，使用专用电源管理芯片汇总。
卫星通信天线主体，包含天线T/R组件和射频组件。天线T/R组件的幅度、相位数据由综合处理模块通过专用的串行时序发送到组件，综合处理模块通过串行时序将幅度相位数据读回，判断组件的内部处理时序是否正常。
天线T/R组件内各个模块含有温度传感器，温度传感器采用一线式总线接口并将总线连接到控制接口上，由综合处理模块产生数据读取时序，从而获取天线T/R组件的温度状态。
射频链路功耗较大，大部分电源功率用于功率放大器和低噪声放大器，当功率放大器和低噪声放大器出现故障时，天线T/R组件工作电流一般会有变化，通过检测天线T/R组件的工作电流可以评估天线T/R组件的工作状态或故障状态。射频组件的电源由电源模块三路专用输出端口提供，和卫星通信天线系统其他部分不共用，因此电源模块的电压电流测试数据也可用于前端模块的BIT检测。
此外，频率源模块提供天线通信所需的各个本振信号，其BIT信息为频率锁定以及温度信息。
如图3所示，系统健康管理策略通过卫星通信天线系统BIT工作流程实现，步骤包括：
卫星通信天线启动后，直接进行加电BIT检测；
同时开始电源模块状态检测、综合处理模块状态检测、频率源模块状态检测以及卫星通信天线主体状态检测；
通过获取的温度监测值，判断是否存在高低温故障；
通过BIT信息汇总判断是否存在系统故障；
将BIT检测结果回传给低频机架，加电BIT检测结束；
加电BIT结束后，判断是否收到维护BIT指令；
如果没有收到维护BIT指令，则判断周期BIT使能端是否有效；
如果周期BIT使能端设置了使能状态，则判断周期BIT时间是否已到；
如果周期BIT时间已到，则将BIT计时器清零；
同时开始电源模块状态检测、综合处理模块状态检测、频率源模块状态检测以及卫星通信天线状态检测；
通过获取的温度监测值，判断是否存在高低温故障；
通过BIT信息汇总判断是否存在系统故障；
将BIT检测结果回传给低频机架，一次检测结束。
如果周期BIT时间没有到，则不执行BIT工作流程，检测结束；
或者，如果周期BIT使能端无效，则不执行BIT工作流程，检测结束。
如果接收到维护BIT指令，则根据指令进行维护BIT状态，转至同时开始电源模块状态检测、综合处理模块状态检测、频率源模块状态检测以及卫星通信天线状态检测步骤，开始BIT检测。
此外，对有BIT设计的设备可能会引起虚警的故障模式进行分析，根据分析结果，采取相应防止虚警的设计方法，包括以下步骤：
综合处理模块与低频机架总线出现通讯异常时，通过多次重复确认排除偶发错误指令，连续3次数据相同方可认为数据有效；
各功能模块与综合处理模块间的SPI通讯总线上出现通讯异常时，首先通过数据判断数据是否对应错误状态，当有错误状态时，通过多次重复确认排除偶发错误指令，连续3次数据相同则认为数据有效；
温度采集时，干扰会造成数据总线传输错误，多次采集防止数据总线的传输误差，连续3次数据相同则认为数据有效；
电压电流值测试时，干扰会使模拟量采集得到错误数据引起虚警，对8次采集进行平均，使用平均值进行故障判断。
考虑到BIT电路本身会存在故障，以及虚警会降低卫星通信天线系统可靠性， BIT方案设计中需控制测试电路和元器件使用规模。
通过上述措施，并经多个项目工程验证，可以满足虚警率不高于1%的设计要求。
卫星通信天线系统BIT测试内容如表1所示。
表1
综合处理模块的检测内容包括：
1）通过检测串口通讯状态进行串口检测；2）通过卫星通信天线工作状态检测实现DSP等外设芯片功能检测；3）通过采集温度信息实现中心处理单元的温度测量；4）通过处理检测数据进行信号处理功能检测；其中4）信号处理功能测试不进行加电BIT测量。
天线T/R组件的检测内容包括：
1）通过回读功能信号检测实现组件设置值回读检测；2）通过采集温度信息实现天线T/R组件的温度检测；3）通过采集电流/电压信号实现天线T/R组件的电压/电流检测；其中3）组件电压/电流检测不进行加电BIT测量。
射频组件的检测内容包括：
1）通过检测回读功能实现组件设置值回读检测；2）通过采集温度信息实现射频组件的温度检测；3）通过采集电流/电压信号实现射频组件的电压/电流检测；其中组件电压/电流检测不进行加电BIT测量。
频率源模块的检测内容包括：
1）通过检测频率锁定信号实现本振频率锁定检测；2）通过采集温度信息实现频率源的温度检测；其中，本振频率锁定监测不进行加电BIT测量。
电源模块的检测内容包括：
1）通过采集电压数据实现对输入电源过压的检测；2）通过采集电压数据实现对输入电源欠压检测；3）通过采集电流数据实现对输入电源过流检测；4）通过采集电压数据实现对多路输出电压的检测；5）通过采集电流数据实现对多路输出电流的检测；6）通过温度信息读取实现对电源模块温度的检测。
本发明方法考虑到对于机载的卫星通信天线系统环境条件苛刻，提高卫星通信天线系统内各个模块的故障检测率尤其重要，针对卫星通信天线系统内各个模块的设计以及功能差异，通过读取温度、电压、电流以及参数返回值等方式进行BIT检测。为了避免增加卫星通信天线系统的复杂性，同时考虑到BIT电路本身存在可能会存在故障，以及虚警可能会降低卫星通信天线系统可靠性， BIT方案设计中需要适当地控制测试电路和元器件使用规模。本发明方法为基于BIT和信息融合技术所设计开发的组合级的卫星通信天线系统BIT，通过卫星通信天线系统BIT可实现对于卫星通信天线系统的健康状态的检测与管理。
Claims (8)
1.一种卫星通信天线系统的健康管理方法，卫星通信天线系统包括综合处理模块、电源模块、频率源模块以及卫星通信天线主体，其特征在于：基于BIT和信息融合技术开发的组合级的卫星通信天线系统BIT，通过卫星通信天线系统BIT实现对于卫星通信天线系统的健康状态的监测与管理，包括各模块健康检测信号收集、系统健康管理策略，对卫星通信天线系统内部各功能模块进行功能检测和故障隔离，通过读取温度、电压、电流以及参数返回值方式进行BIT检测；
系统健康管理策略通过卫星通信天线系统BIT工作流程实现，包括以下步骤：
卫星通信天线启动后，直接进行加电BIT检测；
同时开始电源模块状态检测、综合处理模块状态检测、频率源模块状态检测以及卫星通信天线状态检测；
通过获取的温度监测值，判断是否存在高低温故障；
通过BIT信息汇总判断是否存在系统故障；
将BIT检测结果回传给低频机架，加电BIT检测结束；
加电BIT结束后，判断是否收到维护BIT指令；
如果没有收到维护BIT指令，则判断周期BIT使能端是否有效；
如果周期BIT使能端设置了使能状态，则判断周期BIT时间是否已到；
如果周期BIT时间已到，则将BIT计时器清零；
同时开始电源模块状态检测、综合处理模块状态检测、频率源模块状态检测以及卫星通信天线状态检测；
通过获取的温度监测值，判断是否存在高低温故障；
通过BIT信息汇总判断是否存在系统故障；
将BIT检测结果回传给低频机架，一次检测结束。
2.根据权利要求1所述的卫星通信天线系统的健康管理方法，其特征在于：BIT检测包括加电BIT、周期BIT和维护BIT三种检测方式，卫星通信天线在整机供电后自动打开，进行初始化配置，实现加电BIT检测，自动进入工作状态；在正常工作期间根据指令进行维护BIT检测和周期BIT检测，发现故障后通过总线向低频机架上报状态。
3.根据权利要求2所述的卫星通信天线系统的健康管理方法，其特征在于：加电BIT方式为：卫星通信天线系统在加电后的初始化过程中，对卫星通信天线系统各模块进行电源供电和接口检测并上报检查结果，该方式为对卫星通信天线加电后进行的BIT检测，以确定卫星通信天线系统的工作状态是否正常；各模块将加电BIT检测结果发送给综合处理模块进行处理、汇总并上报低频机架。
4.根据权利要求2所述的卫星通信天线系统的健康管理方法，其特征在于：周期BIT方式为：卫星通信天线系统工作过程中，对内部重要监测点进行后台周期性检测并上报检查结果，该方式为在卫星通信天线工作过程中对各功能组件的BIT检测，卫星通信天线工作状态中自动执行周期BIT，监控卫星通信天线系统的工作状况和外围设备的接口状况。
5.根据权利要求2所述的卫星通信天线系统的健康管理方法，其特征在于：维护BIT方式为：卫星通信天线系统对各模块进行详细状态深度检测，并通过总线向低频机架上报检测结果；通过获取底层功能电路级细节状态，BIT信息作为排故的辅助诊断参考。
6.根据权利要求1所述的卫星通信天线系统的健康管理方法，其特征在于：如果周期BIT时间没有到，则不执行BIT工作流程，检测结束；
或者，如果周期BIT使能端无效，则不执行BIT工作流程，检测结束。
7.根据权利要求1所述的卫星通信天线系统的健康管理方法，其特征在于：如果接收到维护BIT指令，则根据指令进行维护BIT状态，转至同时开始电源模块状态检测、综合处理模块状态检测、频率源模块状态检测以及卫星通信天线状态检测步骤，开始维护BIT检测。
8.根据权利要求1所述的卫星通信天线系统的健康管理方法，其特征在于：还具有防止虚警方法，包括以下步骤：
综合处理模块与低频机架总线出现通讯异常时，通过多次重复确认排除偶发错误指令，连续多次数据相同则认为数据有效；
各功能模块与综合处理模块间的SPI通讯总线上出现通讯异常时，首先通过数据判断数据是否对应错误状态，当有错误状态时，通过多次重复确认排除偶发错误指令，连续多次数据相同则认为数据有效；
温度采集时，干扰会造成数据总线传输错误，多次采集防止数据总线的传输误差，连续多次数据相同则认为数据有效；
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