banner.jpg)
中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
摘 要：介紹虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于小衛(wèi)星測控的特點和方法。
關(guān)鍵詞：測試系統(tǒng)；虛擬儀器；小衛(wèi)星
衛(wèi)星研制過程的不同階段測試內(nèi)容和重點各不相同。初樣階段需要對接口信號做出及時判斷，正樣階段測試則強調(diào)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和一致性；另外，不同測試場合對系統(tǒng)的靈活性要求也不同，研制階段要求測試系統(tǒng)“大而全”，發(fā)射場地則可以做到“小而精”。傳統(tǒng)做法是，測試研發(fā)人員根據(jù)不同需求研發(fā)不同階段的測試設(shè)備。這種方法需要為測試設(shè)備耗費不少研制經(jīng)費和精力，硬件可靠性常常依賴于研發(fā)者的水平，更改起來也十分不便。這種方法尤其不適應(yīng)以成本低、開發(fā)周期短為特點的小衛(wèi)星。為改變現(xiàn)狀，考慮了虛擬儀器技術(shù)在衛(wèi)星測控中的應(yīng)用。根據(jù)自己的需求適當(dāng)選擇硬組件，編寫操作界面，對測試數(shù)據(jù)實時分析；根據(jù)需求隨時對系統(tǒng)進行修改，達到不同測試應(yīng)用共用一套測試系統(tǒng)的目的。
1 系統(tǒng)原理
針對不同測試內(nèi)容和條件研制的基于虛擬儀器技術(shù)的測試系統(tǒng)主要由兩大模塊組成，一組是基于VXI的信號分析系統(tǒng)，主要針對系統(tǒng)內(nèi)部接口設(shè)計，功能為直接監(jiān)控被測對象的接口輸出信號，并為被測對象提供模擬輸入，控制被測對象；另一組則針對整星對外接口進行測試，包括星上供電以及和衛(wèi)星通訊等內(nèi)容。
基于VXI的信號分析系統(tǒng)主要由以下各部分組成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、激勵信號產(chǎn)生器、控制服務(wù)器、電源等系統(tǒng)以及和被測對象對接的接口、隔離組件等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要分析被測對象的輸出，包括模擬量I／O、數(shù)字I／O、開關(guān)量等；激勵信號產(chǎn)生系統(tǒng)主要針對被測對象設(shè)計，包括開關(guān)控制、模擬輸出、數(shù)字I／O輸出控制以及故障模擬等；控制服務(wù)器則對以上相關(guān)組件進行控制，并可根據(jù)用戶需求提供故障模擬和在線分析等功能。這一部分組成如圖1，其中用到的主要組件為：VXI－1500，VXI－MXI－2，MIO－64E－1，AMC2501，SCXI－1001，SCXI－1320；軟件在LABWINDOWS／CVI下開發(fā)。
整星測試系統(tǒng)主要基于PXI完成，針對被測對象的對外輸出信號進行測試和控制，包括對整星供電以及和衛(wèi)星通訊等功能。該部分組成如圖2所示：
整星測試系統(tǒng)和信號采集系統(tǒng)共用調(diào)理信號，共享軟件資源，同時，它可以通過總線產(chǎn)品完成和被測系統(tǒng)的CPU通訊，間接獲取被測對象信息。PXI小巧靈活的特點可以使之很方便的從一種被測對象擴展到多種被測對象，從一個測試場地搬運到另一個測試場地，這尤其適合野外測試、車載發(fā)射測試、搭載發(fā)射等對靈活性有要求的測試場合。
整星測試系統(tǒng)用到的主要組件為：PXI－1011，PXI－1025，PXI－6527，SCXI－1120，SCXI－1327，SCXI－1120D，SCXI－1001，SCXI－1320；軟件在LABWINDOWS／CVI下開發(fā)。
2 發(fā)展目標(biāo)
根據(jù)研制要求，一種具有更大靈活性和通用性的基于虛擬儀器技術(shù)的自動測試系統(tǒng)將極大地提高系統(tǒng)研制效率，這一系統(tǒng)具有的硬件體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。在信號分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加控制服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和綜合測試系統(tǒng)軟件功能，并將測試數(shù)據(jù)上網(wǎng)共享。應(yīng)用服務(wù)器由用戶根據(jù)測試需求向控制服務(wù)器提出測試申請，控制服務(wù)器則根據(jù)應(yīng)用服務(wù)器的申請直接操作硬件，應(yīng)用服務(wù)器同時根據(jù)權(quán)限通過局域網(wǎng)將系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享給不同的數(shù)據(jù)用戶。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于管理測試過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
這種系統(tǒng)的軟件分層管理。物理層主要包含硬件信號屬性、定義等；驅(qū)動層完成硬件信號驅(qū)動并屏蔽硬件的差異；中間層完成硬件資源的分配；應(yīng)用層主要完成用戶交互、自動測試、數(shù)據(jù)管理、遠程通訊、系統(tǒng)診斷。
3 小結(jié)
本文所述的信息分析系統(tǒng)、整星測試系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某實驗星的研制，第三階段研發(fā)也在方案設(shè)計之中。系統(tǒng)的成功應(yīng)用證明了虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星測試的可行性、可靠性。
參考文獻：
[1］Ruth Moser．Novel Missions for Next Generation Mi－crosatellites：The Results ofa Joint AFRL－JPLStudy（A）．13th Annual AIAA／USUConference on SmallSatellites，
[2］基于計算機的測量與自動化應(yīng)用方案文集［C］．NI公司，2002．
[3］James Truchard．虛擬儀器的未來［J］．儀表技術(shù)，2002，（5）．
摘自 儀表技術(shù)
