面向批产化的小卫星自动化测试系统设计研究

程 城，仇梦宇

(航天东方红卫星有限公司，北京 100094 )

0 引言

航天技术是现代科学技术中发展最快的尖端技术之一，是一个国家科学技术发展水平的重要标志，也是综合国力的象征。航天技术的发展对促进人类的文明和社会的进步有着十分重要和积极的作用。近年来，全球小卫星发展态势强劲，发射数量逐年大幅增长，已成为世界航天活动的主要构成部分之一，如图1所示。随着微光机电系统技术、微纳加工技术以及创新系统设计理念、创新系统运营模式不断发展，小卫星进一步朝着微小型化发展，在成本更低、周期更短、发射更便捷等需求驱动下，微小卫星逐渐成为小卫星发展最活跃的领域。

随着测试型号的极具增加，型号测试任务的繁重，测试人员的年轻化，原有的自动化测试系统已经不能满足现有的型号测试需求，面向批产化的小卫星自动化测试系统不但可以解决现在存在的人手紧张问题，还能大大提高测试效率。

总体来看，未来微小卫星的发展前景十分广阔，将迎来高速发展的黄金时期。如何抓住机遇，迎接挑战，在大量工程项目实践中迅速提升小卫星在小卫星设计、制造、集成、测试领域的技术水平，确保高效、高质量的完成未来小卫星制造发射任务，是各个卫星承研单位的当务之急。

图1 2010-2014年发射微小卫星数量统计

因此，小卫星研制将进入批量化生产模式，而为了适应小卫星批产化的研制需求，必须研究和开发更具竞争力的、高效的AIT[1](Assembly Integration & Testing)平台和测试系统。本文通过对小卫星型号测试需求进行分析，提出了一种面向批产化的小卫星自动化测试系统设计，给出了系统的设计逻辑架构，设计了自动化测试系统组成和各单元设计方法。

1 系统建设目标

以往的测试模式已经不能满足现在卫星型号众多，人手短缺的情况，测试过程全程需要大量人员参与的测试模式应该被取代，面向超大规模小卫星批量化研制需求，设计高密度小卫星研制生产任务需要的批产化测试模式和系统布局，建立成熟稳定的AIT平台流水作业线，研究基于标准化的小卫星测试流程，设计自动化测试过程，设计标准化的总装测试工位，建立小卫星远程测试模式和测试网络支持系统，最终满足小卫星的多星并行测试需求，提高卫星参数判读的精准性。

2 系统总体设计

随着国内外用户对小卫星应用需求的快速增长，卫星市场正在迅速扩大。很快卫星研制将进入批量化研制模式，而为了适应卫星批产化的研制需求，必须研究和开发更具竞争力的高效的自动化测试流水线模式。面向批产化的小卫星新型测试间、总装工位、大型试验区的的设计布局如图2所示，主要包含测试技术区、总装技术区、大型实验区、故障处理区、地沟电缆区以及转接电缆区等功能分区组成。

卫星总装技术区是卫星在卫星测试前进行卫星总装的唯一环节。在该环节中，需要进行卫星结构总装、卫星温控部件的安装、卫星仪器设备的安装、卫星电缆敷设等工作。电测技术区主要是检验卫星总体电气设计的正确性、合理性、匹配性及接地系统的正确性，各分系统之间接口关系的匹配性，包括机电、光电、热电接口在内的正确性，各分系统在整星电磁环境下电性能的稳定性。大型试验区主要用于开展卫星的热试验、力学实验、EMC试验、磁试验等各项试验，检验卫星设计的合理性。故障区负责维修或者检查有故障的卫星，即当某个卫星在AIT流程中出现异常情况，可将该卫星送至故障港进行相应处理。复现卫星测试过程中出现的异常，准确定位故障机理，完成归零报告。地沟电缆主要铺设测试连接电缆和通信网络。

图2 面向多星批产化测试的小卫星系统布局设计

图3 小卫星综合测试系统系统整体框架

2.1 可测试性设计

在批产化测试管理模式下，测试工程师从一开始就要参与卫星产品研制的定义阶段，清楚地了解卫星系统的功能。在设计阶段和系统设计工程师一起参与卫星的设计工作，对该卫星的可测性进行研究分析，找到综合测试中影响整星可靠性和测试质量的薄弱环节，开展卫星的可测试性再设计，确保功能设计地面可验证，可测试性设计的信息关系如图4所示。

定义一整套卫星测试方案、测试用例以及测试流程，限定测试的数量和复杂性，明确哪些需求是确实应该在系统级测试和验证的，明确哪些需求是应该在分系统级测试和验证，避免重复大量的已经在分系统级进行的测试内容，并就卫星的可测试性对卫星设计提出合理建议。

在卫星的开发阶段，测试工程师在分系统测试阶段参与进来，根据设计阶段对可测试性的分析，对分系统级的测试项目及测试结果进行认可，在整星系统级就不再进行重复测试。在综合测试阶段就可以简化AIT的流程并节省测试时间。

2.2 并行测试流程

并行测试包括横向并行测试和纵向并行测试。横向并行测试指的是在某一个测试阶段，可以有多颗卫星同时进行并行测试，例如，多颗卫星同时进行平台测试或多颗卫星同时进行振动试验。纵向并行测试指的是卫星的流水线式测试方法，即在卫星的不同测试阶段均有卫星在进行测试，例如，在同一个时刻，有的卫星在进行载荷测试，有的卫星已经到达大型试验阶段，比如在进行热真空试验等。

1)测试执行：测试执行是测试细则的执行过程，其中包括测试状态确认、测试指令发送以及测试结果判读等关键过程。在这个阶段，小卫星测试平台在控制台提供测试细则自动执行工具，测试人员可以根据实际情况选择自动或者手动执行方式。采用自动执行，指令发送前、后，智能判读软件自动完成对相关参数的判读，并依靠预先定义的判读条件自动向测试人员发出提示信息。自动执行可以选择顺序执行、并行执行、循环执行、强制执行或者延时执行等模式。

2)测试评估：指对测试结果的分析处理和总结过程，包括测试数据的查询、统计、趋势分析与比对功能。在这个阶段，小卫星测试平台提供自动化测试数据分析服务器，它提供数据分析和数据挖掘功能。测试人员不仅可以对测试数据进行简单的数据查询，还可以利用丰富的图形、趋势分析、衍生计算功能，为测试分析、总结提供有效的数据支持。

2.3 自动化测试系统

测试过程中，要降低对人力的依赖，减小快速批量生产卫星的人力测试强度，提高测试速度、效率和安全性，因此，测试过程的高度自动化、智能化显得尤为重要和突出，小卫星自动化测试系统主要包含小型化/一体化测试设备、自动化测试模块及职能判读模块组成。与以往的测试设备不同，现在的一体机可以登陆任意型号的参数库与指令库，如果是继承型号，还可以直接把型号信息拷贝到新型号，这可以节省很大人力与时间。

2.3.1 小型化/一体化测试设备、自动化测试系统和

财务报告分析指反映一个企业在一段时间内经营成果并形成的书面文件，主要包括现金流量表、资产负债表、利润表等。一般财务报告主要为投资者以及债权人等外部使用者服务，充分展现企业财务整体情况。与此同时财务报告还作为总结判断过程，用于发现财务报告项目比率、数量、重要事项的发生变化以及发展趋势，为预测企业未来发展提供重要参考依据。但目前很多中小企业决策层在财务报告分析方面普遍存在不到位和不及时情况，难以发现管理中存在问题。例如近年来发生的银广夏、世通、安然等都出现的严重后果都和企业财务内控缺乏健全和缺失有着紧密联系，企业无法准确到位分析财务报告信息，十分容易形成财务风险，影响企业安全运营。

采用MAC Panel公司生产SCOUT大规模互联机构来实现星地接口适配以及设备内部信号的自由分配，完成小卫星一体化地面测试系统的内部结构和软硬件功能，实现通用化和板卡级的可互换性。测试虚拟机与服务器分开管理，服务器有专人集中管理与维护。

2.3.2 自动化测试模块

以往的测试系统并没有自动化测试模块，每一条指令需要手动发送，每一条参数都需要测试指挥和分系统测试人员逐一判读，这样的测试模式对人力要求极高。指令发送是自动化细则执行的过程，自动化测试是以通过自动化指令执行序列的方式来完成的，卫星上的各个下位机设备收到指令，按照指令代码执行具体的星上操作，自动化测试作为测试控制台的核心，包括自动化测试细则的执行与测试指令的发送与判读。在自动化测试模块中，系统从基础库中提取录入的测试细则，根据细则自动发送指令，然后交给智能判读模块。提供了对电子细则现在测试在测试设备小型化、一体化基础上，采用基于数据/虚拟仪器的测试新技术，使用镜像为用户提供指令发送和数据显示服务。自动化测试模块是自动化测试的核心部分，可以编辑自动化测试细则，在基础库维护软件里录入指令判据，根据录入的测试细则，自动发送测试指令，指令发送之后，根据之前录入的判据自动判读指令执行的正确性，反馈给型号指挥，还会根据测试情况生成当日的测试总结报告。

2.3.3 智能判读模块

智能判读模块[9]是卫星测试结果把控的最重要的环节，它杜绝了因为人员过渡疲劳而造成的指令漏判误判，在指令发送过程中对参数进行实时判断，在指令发送之后，对其中一个或者多个参数进行判读，出现报警会中断自动化指令序列，遥测参数判读的设计需要从电子细则中获取遥测数据知识，内容是指令执行和遥测参数变换的相互对应关系。如果是成熟的指令测试序列，甚至可以略去人工成本。智能判读不仅可以判读指令，还可以根据测试内容，添加测试现场的操作指令的判读，并根据遥测速变和缓变设置判读时间，设置不同参数的判读类型，大致分为结果型和增量型，在基础库维护软件中录入判据类型，如果反馈的结果与录入的判据不符，智能判读软件会报警，提示测试指挥有参数判读不正确，根据卫星综合测试业务特点，分析卫星测试数据判读过程，建立统一的卫星测试模型，采用具有较高分析能力的智能判读案例检索方法[9]，利用自动化测试软件对卫星测试数据进行实时、高效、准确、可靠地判读，并且可以根据星上数据的发展趋势和变化趋势，对潜在的故障做出预测，为故障处理提供参考，提高测试的自动化水平。

图5 自动化测试模块的执行过程

2.4 虚拟仿真测试系统

小卫星虚拟仿真测试通过对小卫星系统分析，建立系统的数字和半物理仿真模型，对小卫星系统单机、产品进行全数字和半物理仿真试验，以达到验证和测试小卫星系统的目的。有效解决小卫星软件研制过分依赖硬件环境，造成设计、开发、测试、在轨维护过程受限于硬件，测试、方案验证不充分等问题，虚拟仿真测试系统包括全数字仿真平台、半物理仿真平台和地面数据处理平台[2]。

2.5 小卫星远程测试支持系统

图6 小卫星远程测试网络拓扑结构图

3 电性能测试转接箱设计

3.1 立式转接箱设计

箱体采用标准英寸机柜形式，高度为米，宽度为0.6米，深度为0.45米，箱体下方安装一个支架，支架既起到支撑固定作用，同时也是线缆进出机柜的下方通道。箱体内可根据电缆转接法兰的形式随意调整单个挡板的宽度，每个挡板均为独立式，可根据机柜空间增减挡板，即可扩展性。每个电缆接头都有一个线缆标识牌，可根据使用功能标注每个电缆编号，方便测试人员端接及查找。

图7 立式转接箱结构示意图

3.2 下沉式电缆转接箱

下沉式电缆转接箱体设计长方体外形,箱体共设计4层，上面为盖板，盖板可拆卸，4边有出线口，长20～30 cm，宽10～20 cm,中间两层按照高频、低频、网络转接电缆，高频电缆设计三排，每排8个法兰，共24个，低频2排，每排6个法兰头，共12个。最下层设计暗装箱的下方设置一处托线杆，对引上的电缆进行绑扎、整理、固定。

图8 下沉式电缆转接箱结构示意图

4 试验结果与分析

批产化小卫星自动化测试方法是未来趋势，经过一段时间的实践，在航天东方红卫星有限公司的小卫星的多星测试中得到了很好的应用，相比以往的测试模式，测试效率得到了很大

的提高，大大减少了测试人员在测试准备与正式测试阶段的时间，在测试过程中，加入了自动化判读，也杜绝了因为人员疲劳而发生的质量事故。在自动化测试系统的执行过程中，也出现了一些问题，比如测试软件运行不稳定，自动化判读方法也有一定的漏洞，还需要在日后实践中不断完善与改进。

5 结论

随着小卫星的应用范围越来越广，面向批产测试的小卫星自动化测试技术越来越受到卫星研制企业的重视。本文针对小卫星批产化研制对测试工作的需求，提出了面向批产化的小卫星自动化测试系统设计方法，设计了小卫星批产测试模式和系统布局，分析了小卫星测试的系统架构，研究了自动化测试数据处理流程和自动化测试流程，给出了小卫星远程测试支持系统的网络拓扑结构，提出了电缆转接箱结构设计方法。自动化测试系统的设计与实现，是小卫星测试模式的进步，基本实现了无人化测试，还大大节省了测试时间，提高了测试效率。

针对批产化的小卫星自动化测试模式及地面测试系统设计研究是一个新的研究领域，多星测试的大数据处理、测试流程、智能故障诊断等理论与工程问题还需要进一步研究。

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