CN201557116U - 一种用于卫星数传分系统的测试设备集成系统 - Google Patents

Abstract

一种用于卫星数传分系统的测试设备集成系统，包括频谱仪、功率计、频率计、相噪测试仪、误码仪、下变频器、开关矩阵、程控衰减器、解调器、综合数据处理器、集线器、数据存储计算机和测试控制计算机。本实用新型建立了不同卫星数传分系统测试设备的集成环境，将不同仪器设备的控制接口转换为统一的LAN控制接口，实现对不同功能、不同接口的设备的集中驱动和控制，这种集成系统适用于各类不同的数传分系统地面测试的集成，解决了不同卫星的数传分系统地面测试系统都要重新编制软件才能进行系统集成的弊端，缩短了卫星数传分系统地面测试系统的开发周期、降低了开发及维护成本，提高了测试效率。

Description

一种用于卫星数传分系统的测试设备集成系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于卫星数传分系统的测试设备集成系统，通过对卫星数传分系统地面测试设备的集成，实现了卫星数传分系统自动化测试。

背景技术

卫星数传分系统是卫星的必要组成部分，其主要功能是将卫星获取的各类数据(图像、遥感信息等)下传给卫星地面站，对数据进行分析和利用。为保证卫星数传分系统能够正常工作，需要在卫星发射前对卫星的数传分系统进行测试。测试的方法主要是将卫星数传分系统的信号发射接口与地面测试系统的信号输入接口相连接，同时通过卫星的遥控、遥测链路对卫星数传分系统的工作模式进行设置。在卫星数传分系统的各种工作模式下，通过地面测试设备对卫星数传分系统的通信接口的指标进行测试，辅以对卫星数传分系统遥测参数的综合判读，判断卫星数传分系统的功能、性能是否完好。

随着科技发展水平不断提升，卫星发射水平和数量直线上升。卫星种类的划分逐渐细致、功能各不相同，使得卫星数传分系统的技术状态多种多样。同时新技术逐步应用于卫星测试领域，针对卫星测试的设备也是不断地更新和发展。正是由于不同卫星的数传分系统结构和技术指标各不相同，使得现有的卫星数传分系统的测试系统所使用的设备以及系统功能、性能也各不相同。需要在对不同卫星数传分系统进行测试之前配置不同的测试设备，并对测试设备进行集成，形成数传测试系统。并且每集成一套系统就必须开发一款不同的测试软件以实现设备控制或者自动测试，甚至只能采用手动测试的方式。由于没有通用的集成系统，目前卫星数传分系统的测试系统集成、开发成本高、测试效率低的缺点十分突出。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于卫星数传分系统的测试设备集成系统，降低了开发及维护成本，提高了测试效率。

本实用新型的技术解决方案是：一种用于卫星数传分系统的测试设备集成系统，包括频谱仪、功率计、频率计、相噪测试仪、误码仪、下变频器、开关矩阵、程控衰减器、解调器、综合数据处理器、集线器、数据存储计算机和测试控制计算机，卫星数传分系统的下行X波段信号经过开关矩阵的滤波、放大、分路处理后传送至程控衰减器，程控衰减器将接收的X波段信号进行线性功率衰减，经程控衰减器功率调节后的各路X波段信号一部分传输至频谱仪、功率计和频率计进行测量，另一部分X波段信号经下变频器下变频至720MHz中频信号，720MHz中频信号经解调器解调和数据解码处理形成数传分系统的原始码流，相噪测试仪和误码仪对720MHz中频调制信号进行调制域的测量和分析，数传分系统的原始码流传输至综合数据处理器，综合数据处理器对数传分系统的原始码流进行帧同步、解压缩、解格式和解密处理形成基带数据并送入数据存储计算机中进行存储，频谱仪、功率计、频率计、相噪测试仪、误码仪、下变频器、开关矩阵、程控衰减器、解调器和综合数据处理器的控制接口均转换为LAN接口经集线器与测试控制计算机相连，测试控制计算机对测试设备集成系统中的各个设备进行集成控制完成自动化测试。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：本实用新型建立了不同卫星数传分系统测试设备的集成环境，将不同仪器设备的控制接口转换为统一的LAN控制接口，实现对不同功能、不同接口的设备的集中驱动和控制，利用软件将不同的硬件设备和系统功能集成为有机的测试系统，这种集成系统适用于各类不同的数传分系统地面测试的集成，解决了不同卫星的数传分系统地面测试系统都要重新编制软件才能进行系统集成的弊端，缩短了卫星数传分系统地面测试系统的开发周期、降低了开发及维护成本，提高了测试效率。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构组成图；

图2为本实用新型测试控制计算机的功能框图；

图3为图2中设备驱动配置模块的功能框图；

图4为图2中测试系统虚拟设计模块的功能框图；

图5为图2中测试流程设计模块的功能框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述：

数传测试系统是卫星地面测试系统的重要组成部分，是卫星与地面测试系统之间传输信息的重要通道，具有承上启下的作用。一方面通过有线或无线的方式接收卫星下传调制信息；另一方面对下传的数据进行变频、解调、去格式等处理，送往数据存储计算机。

如图1所示，卫星数传分系统的测试设备集成系统由通用设备和专用设备构成，通用设备包含频谱仪、功率计、频率计、相噪测试仪、误码仪、下变频器、开关矩阵、程控衰减器、通用解调器等，专用设备包含完成去格式化、解压缩的综合数据处理器及专用数据存储计算机。系统大部分采用了现有通用设备搭建，并统一通用设备的接口，实现了系统集中管理控制。卫星数传分系统的下行X波段信号通过高频电缆或者无线信道传输到地面测试系统，卫星下传的X波段信号首先传输到地面系统中的开关矩阵设备。开关矩阵负责将接收到的X波段信号经滤波、放大、分路后分别送入程控衰减器，程控衰减器负责将收到的信号线性衰减至测试所需电平，按照测试要求，经开关矩阵分路后的每一路信号都需要分别经过程控衰减器进行功率控制。经程控衰减器进行功率调节后的各路信号，根据测试需要，一部分送至X波段信号测量设备，如频谱仪、功率计、频率计等，由这些设备进行数传X波段信号指标的测量。程控衰减器功率调节后的信号还有一部分送入X波段下变频器，将X波段的数传信号下变频为720MHz的中频信号，以便后端的中频解调、测量设备对信号进行处理。720MHz中频信号送入解调机进行QPSK解调(或者OQPSK、UQPSK等解调方式的解调)和与星上数据编码格式相应的数据解码，形成数传原始码流。数传原始码流通过LVDS电缆或者其他高速率数据传输电缆传输至综合数据处理器。综合处理器采用德州仪器公司的DSP3200，综合数据处理器对原始码流进行帧同步、解压缩、解格式、解密等处理之后，形成最终的基带数据，送入数据存储计算机存储，以备其他系统对数据进行进一步利用，解压缩处理采用通用的解压缩算法(详见标准图像数据压缩，标准号CCSDS 122.0-B-1)，与数传分系统采用的压缩算法一致。下变频器后的720MHz中频信号除了送入解调器之外，还送入相噪测试仪和误码仪，对中频调制信号进行调制域的测量和分析。系统中各个设备的控制接口通过各种接口转换设备(如GPIB转LAN设备、RS232转LAN设备等)，转换为LAN接口，经集线器，与系统控制计算机相连，实现系统控制计算机软件对系统中各种设备的集中控制。数传分系统集成测试系统的集成控制和自动化测试软件运行于系统控制计算机中。系统控制计算机还可以通过测试网与其他测试系统连接，与其他分系统测试系统相配合，完成整星的综合测试。数据存储计算机除了对处理后的数传分系统基带数据进行存储之外，还是数传集成测试系统的测试数据库的运行平台，该数据库集中存储了与测试流程相关的指令参数集、系统遥测参数、设备运行参数、测试过程参数等测试数据。该系统所用到的主要设备的典型型号如表1所示：

表1

序号	设备名称	可选型号	接口类型
				1.	开关矩阵	Agilent 34980A	LAN
2.	程控衰减器	8494H+8496H+11713C	LAN
				3.	下变频器	D688	RS232
4.	高码速率解调器	Cortex HDR XL	LAN
				5.	频谱仪	Agilent E4440A	GPIB
6.	功率计	Agilent E4418B	GPIB
				7.	频率计	Agilent 53132A	GPIB
8.	误码仪	Agilent 81250A；	LAN
				9.	相噪测试仪：	HPDC7800	LAN
10.	GPIB-LAN转换器	E5810A
				11.	RS232-LAN转换器	C2000N380
12.	控制计算机		LAN
				13.	数据存储计算机		LAN

上述设备也可以采用满足测试要求的其他型号的设备。由于设备不同造成的系统差异可以由系统控制软件灵活配置解决。

开关矩阵是系统通道控制的核心设备，也是实现多通道的关键设备，控制计算机通过对开关矩阵的控制实现不同通道之间的切换，同时与程控衰减器配合完成对应通道信号的必要衰减，由此实现多星、多指标的并行测试。在选择开关矩阵时必须注意的就是开关矩阵不同通道间应具备足够的隔离度，以保证测试不同通道间信号不互相干扰，再就是通道切换时，不工作的通道必须接匹配电阻以避免信号泄漏。下变频器负责将RF信号下变频为720MHz的中频信号，便于高码速率接收解调器进行中频信号处理，高码速率解调器主要负责中频信号的QPSK解调处理，得到正交的I、Q两路基带信号，再由综合数据处理器完成对基带信号的去格式、解压缩等处理，最后得到需要的原始载荷数据。

通用仪器(如：频谱仪、功率计、频率计、误码仪等)负责完成射频信号性能、频谱特性以及误码率测试，例如频谱仪可以进行信号的相噪测试、谐杂波抑制等指标，频率计可以完成信号的频率准确度、稳定度测试，功率计可以测试信号的功率大小，误码仪可以完成误码率测试。与以往测试方法不同的是不需人为手动操作、计算、分析，控制计算机就可以根据测试任务对通用仪器进行远程设置，并从测试仪器读取测试数据，由控制计算机集中进行测试指标的分析处理，并保存结果。对同时接入多通道信号，可利用软件操作将各通道信号分别接入通用测试仪器，对不同通道信号进行各种性能指标测试，这个过程不仅避免了直接硬件操作，而且实现了性能指标的并行测试。系统的总指挥是测试控制计算机，主要负责完成测试的过程控制、通路选择、数据处理等。控制计算机通过LAN总线与各设备进行通信，可以对系统的各个设备进行参数配置、状态监视、告警提示等。由于各设备独立的挂在总线上，因此系统可以根据实际测试要求进行设备扩展或裁减，而不影响整个系统的测试性能。如图2所示，测试控制计算机的可分为设备驱动配置模块、测试系统设计模块、测试流程设计模块、测试流程自动化执行模块四个模块。设备驱动配置模块中包含现有数传分系统测试设备的驱动，用以支持数传分系统现有测试设备的计算机远程自动控制。与此同时设备驱动配置模块还具有设备驱动添加接口，用以向设备配置模块的驱动库中添加现有系统没有的新设备的驱动，实现系统支持设备的可扩展性。设备配置驱动配置模块的设备操作元提取功能可以从选定的设备驱动中提取设备的各种操作，将每一种操作都进行封装，称为“操作元”。用户可以利用设备驱动配置模块选取需要选用的设备的驱动，并选取该设备的需要用到的各种操作(操作元)。在用户选定设备和设备操作元之后，选定的设备和设备操作元即可提供给数传测试系统虚拟设计模块和测试流程设计模块进行数传测试系统的虚拟设计集成和测试流程的设计。

测试系统设计模块是一种图形化的数传分系统测试系统的设计工具。它利用用户在设备驱动配置模块中选定的数传分系统测试设备，进行与实际硬件系统相匹配的数传测试系统的图形化虚拟设计。设计人员可以在此工具的图形化设计界面中根据实际的数传测试系统硬件逻辑结构，构建图形化的系统拓扑，即虚拟系统集成。在设计完成后，数传测试系统虚拟设计模块的设计界面就成为虚拟集成系统的显示界面。在这个界面中，用户既可以对硬件系统进行手动的远程控制，也可以对系统设备状态进行实时观测。

测试流程设计模块中完成的图形化的测试流程是测试流程自动化执行模块的输入。测试流程自动化执行模块根据图形化的测试流程脚本自动化地控制地面测试设备，对卫星数传分系统进行自动化测试。在测试的同时，测试流程自动化执行模块还需要从数据存储计算机的数据库中实时读取卫星数传分系统的遥测参数，根据地面测试设备的状态、读数等对卫星数传分系统遥测参数进行实时综合判读。在测试过程中和测试结束后，测试流程自动化执行工具还要向数据库中写入测试过程数据和测试结果数据，供以后测试分析之用。

不论利用系统虚拟设计模块进行系统的手动远程控制和监测，还是利用测试流程自动执行模块进行系统的自动化测试控制，都需要利用设备驱动配置模块提供的设备驱动对设备进行控制和监测。与此同时，设备驱动配置模块实时向系统反馈测试设备的控制情况，这样在测试流程自动执行模块自动执行测试流程时，系统虚拟设计模块中的图形化的数传测试系统界面也会对测试流程中有操作的设备的状态进行实时。

如图3所示，设备驱动配置模块是虚拟集成系统的基础模块。设备驱动配置模块包含三个部分：设备驱动库、设备驱动添加接口和设备操作元抽象功能。其中设备驱动库是该模块的核心。设备驱动库中包含了目前卫星数传分系统测试所用设备的控制驱动。数传测试系统所有用到的设备驱动都封装为动态链接库文件(DLL文件)的形式，存储于软件的特定目录，设计人员可以根据实际的硬件系统选择用到的设备，完成设备配置。设备操作元抽象功能模块读取已配置设备的驱动文件，将已配置设备驱动中支持的设备的所有操作以树型图的方式列于已配置设备的下一级，供设计人员选择。

设备驱动配置模块中还包含一个供用户添加新设备驱动的驱动脚本编写接口。数传分系统测试设备集成系统将目前卫星数传分系统地面测试设备按照测试接口和测试协议类型进行了分类。例如将利用LAN接口控制的Agilent通用测量设备分为一类，将利用RS232接口进行控制的开关设备分为一类。由于每一类设备的控协议基本一致，所以为每一类设备提供一个通用程序模板库。如果系统中使用了现有集成系统中不支持的设备的时候，用户可以利用与新设备匹配的通用程序模板库编写新设备的驱动脚本。驱动脚本存储于虚拟集成系统的特定路径下。这样就实现了系统支持的设备的不断增加，实现了集成系统对各种不同设备的支持。

如图4所示，测试系统设计模块是一个图形化的卫星数传分系统地面测试系统图形化的系统设计环境。在这一图形化的系统设计环境中包含设备图形化抽象功能和系统图形化表示功能两个功能模块。测试系统设计模块提供一个设计界面，在界面的左侧，显示出用户利用设备驱动配置模块配置的各种设备的图形模块，这些图形模块由设备图形化抽象功能模块绘制完成。设备图形化抽象功能以用户配置的设备名称为索引，调动设备驱动配置模块读取相关设备的驱动文件(DLL文件)，获取设备的输入输出接口。系统图形化表示功能模块是在数传测试系统虚拟设计模块提供的设计界面的中心，提供的一个图形化的设计环境，用户可以将各种用到的设备的图形模块托拽到图形化设计环境中，并根据实际系统中各种设备之间的连接关系将这些图形化的模块用系统连接线将设备连接起来，形成了与实际硬件系统相一致的卫星数传分系统测试设备关系拓扑图。在完成了卫星数传分系统测试系统的集成设计后，设计模块的主界面就成为卫星数传测试系统的系统虚拟控制、监视环境。在软件系统与硬件系统建立连接之后，设计好的图形化的卫星数传测试系统中的每一个设备图形模块通过设备驱动对设备进行计算机远程控制。

如图5所示，测试流程设计模块是一个图形化的卫星数传分系统自动化测试流程的图形化设计环境。卫星数传分系统的测试流程包括对测试设备的操作(设备操作元)、对测试流程的控制、卫星数传分系统参数指令参数配置、卫星数传分系统参数判读准则几个部分组成。测试流程设计模块将上述四个部分抽象为流程设计资源，列于模块界面左侧的设计资源列表中，资源列表以设备操作元、测试流程控制、遥测参数、参数判读准则为分类。其中设备操作元即为在设备驱动配置模块中用户选定的硬件设备及各种操作元。测试流程控制资源为测试流程设计模块提供的各种用于测试流程控制的方法的抽象。如延时、循环、跳转、数据存储、数据统计等等。卫星数传分系统参数指令参数配置是测试流程设计模块从卫星测试数据库中读取数传分系统的所有相关参数，列于资源列表中。

用户可以利用测试流程设计模块界面中心的图形化的测试流程设计工具进行测试流程的图形化设计。在测试流程的设计过程中，用户将各种用到的流程设计资源(操作元、流程控制、卫星数传分系统参数等)图形模块拖入编辑界面。按照测试流程顺序，用流程控制线进行连接。流程中间可以根据需要插入延时、循环、跳转等流程控制模块，也可以插入数据存储、数据统计等数据处理模块。用户可以通过双击每一个图形模块激活参数输入窗口，在这个窗口中输入该模块所属变量的参数(如频率设置模块中的中心频率值；延时操作模块中的延时时间；参数判读模块中的参数判读准则；数据统计模块中的统计类型和统计参数等等)。最后完成图形化的卫星数传分系统自动化测试流程。

测试流程自动化执行模块是完成卫星数传分系统自动化测试的执行工具。该模块的输入是测试流程设计模块生成的图形化的测试流程脚本。测试流程自动化执行模块提供一个图形化测测试流程的显示界面。图形化的测试流程脚本在显示界面上显示为测试流程图。实际上，测试流程脚本传递给流程自动化执行模块的是所定义流程中用到的“方法”(设备控制函数、参数判读函数、数据处理函数、流程控制函数等等)的索引，以及各个“方法”的入口参数。这些“方法”是指设备驱动中的对设备的各种操作(即操作元函数)，对对参数的判读函数，对流程的控制函数(如延时、反复等等)等函数。同时测试流程自动化执行模块将这些“方法”及其入口参数按照流程中规定的顺序和逻辑进行排列。当用户操作开始测试时，入口参数被传入各种“方法”中，“方法”按照测试流程规定的逻辑顺序运行，之后向系统返回“方法”运行完毕后的出口参数。

测试流程自动化执行模块在流程的实际执行过程中除了进行流程的控制和参数的判读处理之外，另外一个重要的功能是通过数据交互接口与数据库进行通信，一方面需要将测试执行的中间数据、结果数据按照流程的要求存入数据库中；另一方面，在测试流程执行的过程中，需要对卫星数传分系统的遥测参数和发向卫星数传分系统的指令进行联合实时判读。这些卫星数传分系统的遥测参数和发向卫星数传分系统的遥控指令都需要测试流程自动化执行模块的数据交互接口从实时数据库中获得。测试流程的自动化执行过程中，用户可以根据需要随时强行中断流程的执行过程，之后可以选择手动单步执行、继续自动执行和流程终止等操作。在流程中断之后，可以利用图形化的系统界面手动控制控制设备，对流程进行人工干预。

本实用新型未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种用于卫星数传分系统的测试设备集成系统，其特征在于：包括频谱仪、功率计、频率计、相噪测试仪、误码仪、下变频器、开关矩阵、程控衰减器、解调器、综合数据处理器、集线器、数据存储计算机和测试控制计算机，卫星数传分系统的下行X波段信号经过开关矩阵的滤波、放大、分路处理后传送至程控衰减器，程控衰减器将接收的X波段信号进行线性功率衰减，经程控衰减器功率调节后的各路X波段信号一部分传输至频谱仪、功率计和频率计进行测量，另一部分X波段信号经下变频器下变频至720MHz中频信号，720MHz中频信号经解调器解调和数据解码处理形成数传分系统的原始码流，相噪测试仪和误码仪对720MHz中频调制信号进行调制域的测量和分析，数传分系统的原始码流传输至综合数据处理器，综合数据处理器对数传分系统的原始码流进行帧同步、解压缩、解格式和解密处理形成基带数据并送入数据存储计算机中进行存储，频谱仪、功率计、频率计、相噪测试仪、误码仪、下变频器、开关矩阵、程控衰减器、解调器和综合数据处理器的控制接口均转换为LAN接口经集线器与测试控制计算机相连，测试控制计算机对测试设备集成系统中的各个测试设备进行集成控制完成自动化测试。

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