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中國(guó)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(cè)控的特點(diǎn)和方法。
關(guān)鍵詞：測(cè)試系統(tǒng)；虛擬儀器；小衛(wèi)星
衛(wèi)星研制過(guò)程的不同階段測(cè)試內(nèi)容和重點(diǎn)各不相同。初樣階段需要對(duì)接口信號(hào)做出及時(shí)判斷，正樣階段測(cè)試則強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和一致性；另外，不同測(cè)試場(chǎng)合對(duì)系統(tǒng)的靈活性要求也不同，研制階段要求測(cè)試系統(tǒng)“大而全”，發(fā)射場(chǎng)地則可以做到“小而精”。傳統(tǒng)做法是，測(cè)試研發(fā)人員根據(jù)不同需求研發(fā)不同階段的測(cè)試設(shè)備。這種方法需要為測(cè)試設(shè)備耗費(fèi)不少研制經(jīng)費(fèi)和精力，硬件可靠性常常依賴(lài)于研發(fā)者的水平，更改起來(lái)也十分不便。這種方法尤其不適應(yīng)以成本低、開(kāi)發(fā)周期短為特點(diǎn)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(cè)控中的應(yīng)用。根據(jù)自己的需求適當(dāng)選擇硬組件，編寫(xiě)操作界面，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析；根據(jù)需求隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改，達(dá)到不同測(cè)試應(yīng)用共用一套測(cè)試系統(tǒng)的目的。
1 系統(tǒng)原理
針對(duì)不同測(cè)試內(nèi)容和條件研制的基于虛擬儀器技術(shù)的測(cè)試系統(tǒng)主要由兩大模塊組成，一組是基于VXI的信號(hào)分析系統(tǒng)，主要針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部接口設(shè)計(jì)，功能為直接監(jiān)控被測(cè)對(duì)象的接口輸出信號(hào)，并為被測(cè)對(duì)象提供模擬輸入，控制被測(cè)對(duì)象；另一組則針對(duì)整星對(duì)外接口進(jìn)行測(cè)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(hào)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(lì)信號(hào)產(chǎn)生器、控制服務(wù)器、電源等系統(tǒng)以及和被測(cè)對(duì)象對(duì)接的接口、隔離組件等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要分析被測(cè)對(duì)象的輸出，包括模擬量I／O、數(shù)字I／O、開(kāi)關(guān)量等；激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)主要針對(duì)被測(cè)對(duì)象設(shè)計(jì)，包括開(kāi)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(duì)以上相關(guān)組件進(jìn)行控制，并可根據(jù)用戶(hù)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(kāi)發(fā)。
整星測(cè)試系統(tǒng)主要基于PXI完成，針對(duì)被測(cè)對(duì)象的對(duì)外輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)試和控制，包括對(duì)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(cè)試系統(tǒng)和信號(hào)采集系統(tǒng)共用調(diào)理信號(hào)，共享軟件資源，同時(shí)，它可以通過(guò)總線產(chǎn)品完成和被測(cè)系統(tǒng)的CPU通訊，間接獲取被測(cè)對(duì)象信息。PXI小巧靈活的特點(diǎn)可以使之很方便的從一種被測(cè)對(duì)象擴(kuò)展到多種被測(cè)對(duì)象，從一個(gè)測(cè)試場(chǎng)地搬運(yùn)到另一個(gè)測(cè)試場(chǎng)地，這尤其適合野外測(cè)試、車(chē)載發(fā)射測(cè)試、搭載發(fā)射等對(duì)靈活性有要求的測(cè)試場(chǎng)合。
整星測(cè)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(kāi)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(dòng)測(cè)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(hào)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(cè)試系統(tǒng)軟件功能，并將測(cè)試數(shù)據(jù)上網(wǎng)共享。應(yīng)用服務(wù)器由用戶(hù)根據(jù)測(cè)試需求向控制服務(wù)器提出測(cè)試申請(qǐng)，控制服務(wù)器則根據(jù)應(yīng)用服務(wù)器的申請(qǐng)直接操作硬件，應(yīng)用服務(wù)器同時(shí)根據(jù)權(quán)限通過(guò)局域網(wǎng)將系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享給不同的數(shù)據(jù)用戶(hù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)用于管理測(cè)試過(guò)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(hào)屬性、定義等；驅(qū)動(dòng)層完成硬件信號(hào)驅(qū)動(dòng)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(hù)交互、自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)管理、遠(yuǎn)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(cè)試系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某實(shí)驗(yàn)星的研制，第三階段研發(fā)也在方案設(shè)計(jì)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(cè)試的可行性、可靠性。
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摘自 儀表技術(shù)
