载人航天器电测自动化程序设计及应用

何永丛,李鸿飞,杨 枫,潘顺良,吴 伟

(中国空间技术研究院 载人航天总体部，北京 100094)

载人航天器电测自动化程序设计及应用

何永丛,李鸿飞,杨 枫,潘顺良,吴 伟

(中国空间技术研究院 载人航天总体部，北京 100094)

针对现有载人航天器电测过程不能流程化、自动化程控，消耗了相当多的人力资源和时间成本的问题，设计了载人航天器自动化测试程序;通过对自动化测试程序的格式、功能、处理流程进行分析和设计，为航天器电测提供基础数据资源，实现了航天器电测全周期自动化、流程化，能够适应不同系列载人航天器电测，有效减少测试人员的手动操作及岗位人员数量，提高了测试效率，满足高强度的地面测试，高效完成高密度的载人航天器发射任务。

载人航天器；电测；自动化测试程序；自动化测试

0 引言

航天器电测(也称航天器电性能测试)是指在统一供配电条件下，对航天器各项功能、性能、接口等进行的全面检查，在航天器若干研制活动中，航天器测试工作是其中最为关键的环节之一[1-3]。随着航天器型号研制任务进一步加剧，存在航天器批产网络化测试、高密度测发任务的情况，传统以人工发送指令为主导的测试模式已不能满足要求，必须使航天器电测过程流程化、自动化程控，提高电测效率，降低成本，解决人力、物力占用矛盾，满足航天器高密度测发任务需求。

航天器自动化测试是航天器测试技术的主要发展方向和趋势，即利用计算机按照预定程序自动完成控制指令发送及下传数据监视，是提高测试效率、保证测试质量及安全、缩短测试周期、精简测试队伍的必然要求和有效手段。

国外对航天器自动化测试技术研究较为深入，而且开展的时间较长。以洛马公司、波音公司为代表的美国宇航企业，在整星设计、制造、集成测试方面，在大量任务中积累了丰富的资源。洛马公司在卫星总装集成测试和卫星发射方面同样极具竞争力。波音公司目前具有世界级先进的卫星总装集成测试工厂，配置了完备的自动测试系统，形成了高效运行的整星测试流程，具备了卫星生产流水线作业的能力。ThalesAlenia Space公司已经实现了有效载荷的完全自动化测试，当前，航天器自动化程序设计及应用已经被世界航天强国广泛采用，国内对航天器自动化测试的研究还处于起步阶段，主要通过对航天器测试业务中测试操作、流程、层次和体系结构的分析，总结了面向航天器自动化测试语言的特征[4-7]，尚未形成有效的测试可执行的数字资源。为提高我国航天器研制能力，追赶国际先进测试技术，发展航天器自动化测试迫在眉睫。

1 测试实现的架构及原理

图1为载人航天器自动化测试系统框架图，测试人员使用测试系统控制端，向自动化测试系统主机发送控制指令，自动化测试系统主机解析、执行测试程序，同时实时监视执行信息，前端设备和航天器响应上行测试程序激励并将遥测参数源码回传给自动化测试主机，自动化测试系统主解算源码，将测试过程信息和遥测参数工程值通过组播方式发送到局域网上，数据订阅服务器接收，响应测试系统的数据订阅请求，提供数据分发服务，所有测试人员可以监测测试程序执行过程，构成一个闭环系统。

图1 航天器自动化测试系统框架图

由图1可见，实际上自动化测试程序的设计是实现载人航天器自动化测试的核心问题，设计格式统一、语法简便、操作灵活的测试程序，为航天器自动化测试提供基础数据资源，使测试过程不再是独立的个体和离散的指令，测试系统具备了流程化、自动化程控能力，能有效减少测试人员的手动操作及人工干预，同时整合测试资源，提高测试电子化程度，减少不必要的重复劳动。

2 自动化测试程序设计

通过对自动化测试程序的格式、功能、处理流程进行设计，使航天器自动化测试流程化、全周期化。将测试文件中的相关信息转换为计算机能够识别的语言可以通过软件编程的方法实现，但这种实现方法需要专业软件编程人员投入大量的设计、编码、调试工作，并且需要对测试人员编写的测试细则有准确的理解。因此，建立简洁、直观的自动化测试程序，按测试程序定义进行测试，将较好地适应航天器自动化测试的需要，是实现航天器自动化测试的有效途径[8-10]。

本文设计的测试程序采用CSV的文件格式定义，每一个字段之间采用制表符进行分隔，每一行表示一个具体的操作，每个操作根据操作码的不同，可以包括多个子操作，每个子操作可以包括多个操作参数。在测试程序的定义中为每一个操作定义了一个顺序增长的ID号，称之为步号。

测试程序功能主要有：可以通过测试程序自主控制指令的发送以及遥测参数的判断；执行过程中支持对测试程序的管理，包括启动、暂停、继续和停止；可以指定测试程序开始执行的时间、开始执行的步号、某条操作的延时时间、暂停位；支持测试程序之间的交互，通过设计程序，可以使一个测试程序跳转到另一个测试程序。支持多个测试程序并行执行。表1为自动化测试程序格式。

表1 自动化测试程序格式

步号：该行操作的序号，一般自1开始按顺序递增。

时间类型：绝对时间和相对时间。

时间：该操作执行的时间，格式为天：时：分：秒，也可换算为整秒。

操作码：定义了后续子操作的内容和流程，不同的操作码带有的子操作数量不一样。表2是操作码示例，可以是多个子操作的组合。

表2 操作码示例

子操作：表3是子操作说明示例。一般来说，航天器电测涉及到的子操作为判断遥测参数、测试程序控制、发送指令。

图2、图3为自动化测试程序处理流程图。

表3 子操作说明示例

图2 自动化测试程序主进程处理流程图

图3 测试程序子进程处理流程图

由于可以同时执行和管理多个测试程序，而各个测试程序彼此间相对独立，故在处理测试程序时，将处理流程设计成主进程加子进程的方式，每个子进程负责管理一个测试程序；主进程负责接收管理命令，对子进程进行管理。

主进程设计了4种测试程序启动及执行方式：

1)立即启动方式。用户指定测试程序后，主进程立即按照测试程序文件内容执行测试。

2)定时启动方式。定时启动有两种方式：

(1)按照绝对时间启动。用户输入测试程序执行的北京时间，主进程自动比对当前北京时间，当设定的北京时间到达后，启动测试程序。

(2)按照相对时间启动。用户输入相对于当前时间点的执行时间，主进程自动计算设定的时间点，当设定的时间点到达后，启动测试程序。

3)设定启动步号。用户可指定自测试程序中的任一步号开始执行。

4)设定暂停位。用户可指定测试程序中任一步号处暂停，当测试程序执行到该步后自动暂停。

测试程序主进程只负责接收并解析测试程序管理命令，它的处理流程如图2所示。当加载测试程序到运行时环境时，会启动一个进程，即测试程序主进程。该进程首先初始化，然后不断地从对应的消息队列中获取控制消息并对该消息进行解析处理，如果消息是执行测试程序命令，则创建一个子进程去执行和管理该测试程序；如果该消息是暂停、继续或者终止测试程序命令，则主进程更改共享内存中该消息队列的状态，同时将该消息送至测试程序子进程。

当测试程序主进程接收到执行测试程序命令时就创建测试程序子进程，它的处理流程如图3所示。该子进程首先读取测试程序文本的内容，然后对测试程序的每一步操作进行解释执行，如果在执行过程中子进程收到主进程发来的该测试程序的控制命令(暂停、继续或者终止)，则子进程做相应的处理，直到该测试程序执行完毕。

通过对自动化测试程序的格式、功能、处理流程进行设计，实现了航天器自动化测试流程化、全周期化。

3 应用结果与分析

自动化测试程序应用于多个系列的航天器电测，囊括了综合测试、大系统联试、大型试验等测试项目，各型号测试程序应用情况见表4，测试程序执行准确性均达到100%，指令发送正确、准时。测试程序的应用，不再人工发送指令，使测试任务程序化、测试实施规范化，减少约60%人工操作，节省约30%测试时间、提高了测试操作的准确率，能够有效减少测试岗位人员，取得了较好的应用效果。

表4 各航天器测试程序应用情况

4 结束语

自动化测试程序的设计及应用为航天器自动化测试提供基础数据资源，使航天器测试过程不再是独立的个体和离散的指令，测试系统具备了流程化、自动化程控能力，能有效减少测试人员的手动操作及人工干预，同时整合测试资源，提高测试电子化程度，减少不必要的重复劳动，有效减少测试岗位人员，能够适应高强度的地面测试，高效完成高密度的航天器发射任务。

[1] 王庆成.航天器电测技术[M].北京:中国科学技术出版社,2007.

[2] Britton K J， Schaible D M.Spacecraft testing programs: adding value to the systems engineering process[Z]. Kennedy space center；Langley Research Center，2011.

[3] 马世龙,余 丹.航天器自动化测试语言及系统[M].北京:国防工业出版社,2011.

[4] 朱维宝,王劲榕,李砥擎.航天器自动化测试建模及自动化测试语言设计[J].电子测量与仪器学报,2009(s):118-121.

[5] 孙 波,马世龙,余 丹.航天器自动化测试与航天器测试语言[J].北京航空航天大学学报,2009,35(11):1375-1378.

[6] 党建成,俞 洁,周 晶.FY-2卫星综合测试系统自动测试技术[J].上海航天,2005(s):72-77.

[7] 朱维宝,王劲榕,李砥擎.基于有向图建模的航天器自动化测试研究与实现[J].计算机工程与设计,2010,31(8):1702-1705

[8] 何永丛,潘顺良,李鸿飞,等.载人航天器自动化测试系统设计与应用[J].计算机测量与控制,2015,23(10):3258-3263.

[9] 潘顺良,张明江,李鸿飞,等.航天器远程测试系统设计与应用[J].航天器工程,2015,25(5):113-118.

[10] 何永丛,潘顺良,李鸿飞,等.载人航天器自动化测试系统设计与应用[A]. 第五届国防科技工业试验与测试技术发展战略高层论坛[C].北京,2014:389-392.

Design and Application of Automatic Test Procedure for Spacecraft

He Yongcong, Li Hongfei, Yang Feng, Pan Shunliang, Wu Wei

(Institute of Manned Space System Engineering, China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China)

In the view that the existing manned spacecraft test system that costing lots of manpower and time is not procedural and automatic, this paper presents the automatic test procedure for manned spacecraft. Through analyzing and designing the format, function, procedure of automatic procedure, the automatic test system provides basic data resource for electrical test, makes the electrical test procedural and automatic, is suitable for series of manned spacecrafts, reduces manpower and manipulators, improves testing efficiency, satisfied with heavy intensity of electrical test and launch of manned spacecraft.

manned spacecraft; electrical test; automatic test procedure; automatic test

2016-06-25；

2016-07-25。

何永丛(1985-)，男，河北石家庄人，硕士研究生，工程师，主要从事载人航天器自动化测试方向的研究。

1671-4598(2016)12-0053-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.12.015

V416

A