卫星综合电子系统的仿真测试系统

1.一种卫星综合电子系统的仿真测试系统，其特征在于，包含：仿真主机、至少一台仿真目标机；
所述仿真主机进行仿真监控和仿真模型的开发与运行；所述仿真主机通过功能测试软件和仿真管理软件进行仿真监控；其中，所述功能测试软件完成权限设置、人机交互、参数设置、脚本配置、数据传输、数据管理、故障注入、离线回放；所述仿真管理软件完成系统各模块的模型开发、下载，模块的组合和拆解设置；
所述仿真目标机实时模拟所述卫星综合电子系统各模块的信号模型，并输出相应的数字、模拟信号以及总线消息；其中，至少两台仿真目标机模拟的信号模型不同；
所述仿真主机与所述仿真目标机之间通过以太网进行模型下载和显示数据上传，并且各仿真目标机之间通过PCIe实时总线进行实时数据交互。
2.根据权利要求1所述的卫星综合电子系统的仿真测试系统，其特征在于，所述仿真目标机包括：仿真计算机和FPGA板卡；
所述仿真计算机的CPU和所述FPGA板卡上运行设备模块的模型和通信算法。
3.根据权利要求2所述的卫星综合电子系统的仿真测试系统，其特征在于，所述仿真目标机还包括：数字输入输出板卡、模拟输入输出板卡、接口调理箱以及以下总线卡中的任意一个或任意组合：
CAN总线卡、1553B总线卡、RS485/422总线卡、ARINC429总线卡；
所述数字输入输出板卡和所述模拟输入输出板卡完成实际信号的输入输出，所述接口调理箱选择匹配至相应接口的输入输出。
4.根据权利要求3所述的卫星综合电子系统的仿真测试系统，其特征在于，所述仿真主机通过所述数字输入输出板卡、所述模拟输入输出板卡与所述接口调理箱配置信号连接所述卫星综合电子系统中的被测或模拟设备，并以真实的物理电气接口与所述被测或模拟设备进行数据交互；
其中，所述物理电气接口根据所述被测或模拟设备的接口类型确定为以下任意一种接口：
数字输入输出接口、模拟输入输出接口、CAN总线接口、1553B总线接口、RS485/422总线接口、ARINC429总线接口。
5.根据权利要求3所述的卫星综合电子系统的仿真测试系统，其特征在于，各模块的组合和拆解通过输入输出板卡的关闭操作和接口调理箱的信号继电器开关阵列完成。
6.根据权利要求3所述的卫星综合电子系统的仿真测试系统，其特征在于，各模块的通道数可以通过板卡数量的增减进行配置。
7.根据权利要求1所述的卫星综合电子系统的仿真测试系统，其特征在于，所述卫星综合电子系统的仿真测试系统包括星务模块、测控模块、传感器模拟/采集模块、执行驱动模块、含负载模拟的供配电模块，各模块的信号模型分别在所述仿真目标机上运行。
8.根据权利要求1所述的卫星综合电子系统的仿真测试系统，其特征在于，各仿真目标机之间还具备数字输入输出接口、模拟输入输出接口和标准总线，进行仿真目标机之间的实时信号激励、响应交互。

卫星综合电子系统的仿真测试系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及卫星综合电子系统测试领域，特别涉及卫星综合电子系统的仿真测试系统。\n背景技术\n[0002] 卫星综合电子系统(Integrated Electronic System)作为一个具有一定功能的、由软硬件资源组成的完整系统，是以多种不同的功能模块组成的集成系统，在统一的任务调度和管理下，完成整星的所有管理功能，包括：数据管理、姿轨控管理、上下行链路管理、热控管理、时间管理及载荷管理，其功能本质是信息产生、变换处理、信息交换和传输分发的信息流。\n[0003] 卫星综合电子系统基于资源共享思想，超越传统卫星分系统电子设备范畴，以高性能处理器为核心，数据网为纽带，将星上各单元电子作为一个整体进行优化管理和调度，提高资源利用率，大幅减少星上元器件数量，简化硬件复杂度，提高电系统可靠性。卫星综合电子系统是卫星总体级的分系统，是卫星的信息中枢，对卫星的运行起支柱作用。\n[0004] 传统的卫星综合电子测试系统由于硬件配置固定，系统各设备生产厂商软硬件接口不统一，缺乏互联、互操作、互替代的能力，所有系统功能只能通过上位机软件集成，系统实时性差，功能更改操作繁琐，系统缺乏扩展能力，无法适应现代卫星系统联试多型号通用化的仿真测试需要。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于提供一种卫星综合电子系统的仿真测试系统，使得对卫星综合电子系统能够进行实时模拟，能够便捷、通用地快速构建仿真测试平台。\n[0006] 为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种卫星综合电子系统的仿真测试系统，包含：仿真主机、至少一台仿真目标机；\n[0007] 所述仿真主机进行仿真监控和仿真模型的开发与运行；\n[0008] 所述仿真目标机实时模拟所述卫星综合电子系统各模块的信号模型，并输出相应的数字、模拟信号以及总线消息；至少两台仿真目标机模拟的信号模型不同；\n[0009] 所述仿真主机与所述仿真目标机之间通过以太网进行模型下载和显示数据上传，各仿真目标机之间通过PCIe实时总线进行实时数据交互。\n[0010] 本发明相对于现有技术而言，通过仿真主机进行仿真监控和仿真模型的开发与运行，多台仿真目标机实时模拟卫星综合电子系统各模块的信号模型，并输出相应的数字、模拟信号以及总线消息；并且仿真主机与仿真目标机之间通过以太网进行模型下载和显示数据上传，各仿真目标机之间通过PCIe实时总线进行实时数据交互。本发明提供了一种专业仿真系统对卫星综合电子进行实时模拟仿真，使得能够对卫星综合电子系统进行实时模拟，并且能够便捷、通用地快速构建仿真测试平台。\n[0011] 另外，所述仿真主机通过功能测试软件和仿真管理软件进行仿真监控；\n[0012] 其中，所述功能测试软件完成权限设置、人机交互、参数设置、脚本配置、数据传输、数据管理、故障注入、离线回放；\n[0013] 所述仿真管理软件完成系统各模块的模型开发、下载，模块的组合和拆解设置。\n[0014] 由于系统功能不是集成在某一上位机软件中的，而是分布在各仿真目标机中，因此，在进行系统功能更改时，只需要在仿真主机中进行模型更改，然后下发到对应的仿真目标机即可，从而使功能更改操作比较简单；在进行系统扩展时，也只需要在仿真主机中开发新的功能模块，然后下发到新的仿真目标机即可，从而使系统扩展能力较强。\n[0015] 另外，所述仿真目标机包括：仿真计算机和FPGA板卡；\n[0016] 所述仿真计算机的CPU和所述FPGA板卡上运行设备模块的模型和通信算法。\n[0017] 这种数学仿真方式，应用在系统功能设计、特性验证中，不涉及硬件的更改，使得设计修改简单，从而缩短设计周期。\n[0018] 另外，所述仿真目标机还包括：数字输入输出板卡、模拟输入输出板卡、接口调理箱以及以下总线卡中的任意一个或任意组合：\n[0019] CAN总线卡、1553B总线卡、RS485/422总线卡、ARINC429总线卡；\n[0020] 所述数字输入输出板卡和所述模拟输入输出板卡完成实际信号的输入输出，所述接口调理箱选择匹配至相应接口的输入输出。\n[0021] 仿真目标机通过设置用于连接卫星综合电子设备(实物)的接口，进行系统仿真测试，实现半实物仿真，使仿真结果更接近实际应用。\n[0022] 另外，各模块的组合和拆解通过输入输出板卡的关闭操作和接口调理箱的信号继电器开关阵列完成。\n[0023] 在进行系统功能更改、模块组合和拆解时，整个系统的架构无需做出改变，所需要的是仿真主机对需要模型模拟的模块的数学模型进行修改或增加，对仿真目标机与实际设备连接的接口进行配置，操作起来比较简单。\n[0024] 另外，各模块的通道数可以通过板卡数量的增减进行配置，进一步增强系统扩展能力。\n[0025] 另外，各仿真目标机之间还具备数字输入输出接口、模拟输入输出接口和标准总线，进行仿真目标机之间的实时信号激励、响应交互。仿真目标机之间通过设置真实的接口，进行嵌入式仿真测试，使仿真结果更接近实际应用。\n附图说明\n[0026] 图1是根据本发明第一实施方式的卫星综合电子系统的仿真测试系统结构示意图；\n[0027] 图2是根据本发明第二实施方式的卫星综合电子系统的仿真测试系统结构示意图；\n[0028] 图3是根据本发明第三实施方式的卫星综合电子系统的仿真测试系统结构示意图。\n具体实施方式\n[0029] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。\n[0030] 本发明的第一实施方式涉及一种卫星综合电子系统的仿真测试系统，包含：仿真主机、至少一台仿真目标机；其中，仿真主机进行仿真监控和仿真模型的开发与运行；仿真目标机实时模拟卫星综合电子系统各模块的信号模型，并输出相应的数字、模拟信号以及总线消息，并且至少两台仿真目标机模拟的信号模型不同。仿真主机与仿真目标机之间通过以太网进行模型下载和显示数据上传，各仿真目标机之间通过PCIe实时总线进行实时数据交互。也就是说，本实施方式实现数字仿真测试，在该测试模式下所有的数据交互通过PCIe实时总线完成，各个目标机上运行的是具体的设备模型。\n[0031] 如图1所示是本实施方式的卫星综合电子系统的仿真测试系统的结构示意图，n台仿真目标机实时模拟多个模块的信号模型，同时控制目标机输出相应数字、模拟信号以及总线消息，或者以采集外部信号或接收外部激励的方式实现综合电子模拟，实时化的模拟使系统可以在仿真目标机之间实时传输数据。具体地说，仿真目标机包括：仿真计算机和FPGA板卡；在仿真计算机的CPU和FPGA板卡上运行设备模块的模型和通信算法。这种数学仿真方式，应用在系统功能设计、特性验证中，不涉及硬件的更改，使得设计修改简单，从而缩短设计周期。\n[0032] 仿真主机通过功能测试软件和仿真管理软件进行仿真监控；其中，功能测试软件完成权限设置、人机交互、参数设置、脚本配置、数据传输、数据管理、故障注入、离线回放；\n仿真管理软件完成系统各模块的模型开发、下载，模块的组合和拆解设置。具体地说，仿真主机进行各模块模型的开发，并将开发的模型通过以太网101下发到各仿真目标机；整个系统进行仿真测试时，各仿真目标机将仿真得到的测试结果通过以太网上传到仿真主机，仿真主机将测试结果显示出来，供测试人员查看。另一方面，由于综合电子系统各模块并不是孤立的，有些模块之间可能存在实时的数据传递，则在需要进行数据交互的仿真目标机之间，通过PCIe实时总线102进行数据交互，从而实现对卫星综合电子进行实时模拟仿真的目的。\n[0033] 此外，值的说明的是，由于系统功能不是集成在某一上位机软件中的，而是分布在各仿真目标机中，因此，在进行系统功能更改时，只需要在仿真主机中进行模型更改，然后下发到对应的仿真目标机即可，从而使功能更改操作比较简单；在进行系统扩展时，也只需要在仿真主机中开发新的功能模块，然后下发到新的仿真目标机即可，从而使系统扩展能力较强。\n[0034] 与现有技术相比，本实施方式通过仿真主机进行仿真监控和仿真模型的开发与运行，多台仿真目标机实时模拟卫星综合电子系统各模块的信号模型，并输出相应的数字、模拟信号以及总线消息；并且仿真主机与仿真目标机之间通过以太网进行模型下载和显示数据上传，各仿真目标机之间通过PCIe实时总线进行实时数据交互。本发明提供了一种专业仿真系统对卫星综合电子进行实时模拟仿真，使得能够对卫星综合电子系统进行实时模拟，并且能够便捷、通用地快速构建仿真测试平台。\n[0035] 本发明的第二实施方式涉及一种卫星综合电子系统的仿真测试系统。第二实施方式在第一实施方式基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，仿真目标机设有接口，用于连接卫星综合电子设备(实物)，进行系统仿真测试，通过半实物仿真使仿真结果更接近实际应用。\n[0036] 本实施方式的系统仿真测试模式与第一实施方式中的数字仿真测试的主要差别在于半实物，即仿真目标机的模型运算数据可以通过目标机的各种I/O、FPGA、总线板卡直接输出至被测系统，与被测系统进行实时交互，而此时目标机之间(即仿真测试系统内部设备)的数据通信依然采用PCIe实时总线交互。具体地说，如图2所示，仿真目标机还包括：数字输入输出I/O板卡、模拟输入输出I/O板卡、接口调理箱以及以下总线卡中的任意一个或任意组合：CAN总线卡、1553B总线卡、RS485/422总线卡、ARINC429总线卡。数字输入输出板卡和模拟输入输出板卡完成实际信号的输入输出，接口调理箱选择匹配至相应接口的输入输出。其中，接口调理箱是目标仿真机的一部分，提供多种诸如集电极开路(Open Collector，简称“OC”)、射级跟随、推挽、低压差分信号(Low Voltage Differential Signaling，简称“LVDS”)、TTL/CMOS(TTL为Transistor-Transistor Logic,晶体管-晶体管逻辑电平；CMOS为Complementary metal-oxide-semiconductor，互补金属氧化物半导体)等电平接口I/O和标准总线扩展口的设备，对目标机而言，外部信号通过接口调理箱进行调理后转入相应的I/O或总线板卡，然后可以通过PCIe总线将数据进行其他板卡传输或是目标仿真机之间的实时数据通信。因此，其信号传递过程可以是：接口调理箱→I/O板卡→PCIe总线→其他目标仿真机；或者是：接口调理箱→I/O板卡→PCIe总线→I/O板卡。\n[0037] 在本实施方式中，卫星综合电子系统的各模块可以在仿真计算机上运行，进行数学仿真，当连接为整系统时，各模块仿真计算机的数据通过PCIe实时总线进行交互。也可以接入被测或模拟设备，进行半实物仿真测试，具体地说，当需要单设备、多设备模拟时，仿真主机通过数字I/O板卡、模拟I/O板卡与接口调理箱配置信号连接卫星综合电子系统中的被测或模拟设备，并以真实的物理电气接口与所述被测或模拟设备进行数据交互；其中，物理电气接口根据被测或模拟设备的接口类型确定为以下任意一种接口：数字输入输出接口、模拟输入输出接口、CAN总线接口、1553B总线接口、RS485/422总线接口、ARINC429总线接口。\n[0038] 在本实施方式中，各模块的组合和拆解通过I/O板卡的关闭操作和接口调理箱的信号继电器开关阵列完成；各模块的通道数可以通过板卡数量的增减进行配置。可见，在进行系统功能更改、模块组合和拆解时，整个系统的架构无需做出改变，所需要的是仿真主机对需要模型模拟的模块的数学模型进行修改或增加，对仿真目标机与实际设备连接的接口进行配置，操作起来比较简单，并且通过这种半实物仿真使仿真结果更接近实际应用。\n[0039] 本发明第三实施方式涉及一种卫星综合电子系统的仿真测试系统。第三实施方式在第二实施方式基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第三实施方式中，实物设备模块之间可以通过真实I/O接口和总线接口进行数据交互，进行嵌入式仿真测试。在嵌入式仿真测试模式下，仿真目标机之间的如图3中所示箭头连线即指实时信号激励、响应交互的数字I/O和模拟I/O以及标准总线，该方式的意义在于，当需要仿真测试的系统并不是完整的系统时，仿真目标机可以成为对应的原被测系统中的某一台或多台设备的模拟器，能够跟被测系统进行无缝连接，此时，系统架构中的仿真目标机可以是被测系统中的任意设备，因此，各仿真目标机之间还具备数字I/O接口、模拟I/O接口和标准总线，进行仿真目标机之间的实时信号激励、响应交互。也就是说，仿真机之间不能只采用第二实施方式中的PCIe实时总线进行数据交互，而是具备相互间的真实I/O接口和总线接口进行数据交互，同时，与被测系统间进行真实I/O接口和总线接口进行数据交互。\n[0040] 以下以典型的卫星综合电子仿真测试系统为例进行具体说明，如图3所示，卫星综合电子系统的仿真测试系统包括星务模块、测控模块、传感器模拟/采集模块、执行驱动模块、含负载模拟的供配电模块，各模块的信号模型分别在仿真计算机上运行。仿真计算机1进行星务模块的模拟或者连接实际的星务模块，仿真计算机2进行测控模块的模拟或者连接实际的测控模块，仿真计算机3进行传感器模拟/采集模块的模拟或者连接实际的传感器模拟/采集模块，仿真计算机4进行执行驱动模块的模拟或者连接实际的执行驱动模块，仿真计算机5进行供配电模块的模拟或者连接实际的供配电模块。\n[0041] 举例来说，星务模块主要完成数据处理、总线通信等功能，可以进行如下配置：\n[0042] CAN总线：4路，带隔离，支持CAN2.0协议；\n[0043] 1553B：2路AB总线，支持BM\BC\RT；\n[0044] RS422：4路，支持同步\异步。\n[0045] 测控模块主要完成上行数据的接收和分发，下行数据的组帧和发送，同时具备上行数据的发送和下行数据的接收测试能力，可以进行如下配置：\n[0046] 16路PCM输出LOCK、CP、DATA，门控与时钟可设置，单通道码速\n[0047] 率支持到2Mbps；\n[0048] 8路PCM输入LOCK、CP、DATA，门控与时钟可设置，单通道码速率支持到2Mbps；\n[0049] 2路PCM输入CP、DATA，单通道码速率支持40Mbps；\n[0050] 接口支持：OC、射随、RS422。\n[0051] 传感器模块主要完成各类传感器的模拟和采集功能，可以进行如下配置：\n[0052] 温度传感器：600路，-40～100℃可调，步进0.1℃；\n[0053] 湿度传感器：2路，0～98％可调，步进0.1％；\n[0054] 压力传感器：18路，\n[0055] 加速度传感器：18路；\n[0056] 供配电模块主要完成电源的供电和配电操作，负载的模拟，可以进行如下配置：\n[0057] 6路可编程稳压直流电源：单路0～150V，50A，支持双并联模式；\n[0058] 120路可编程负载：单路0～120W可调，最大允许电流10A，电压120V；\n[0059] 电压电流监控：60路，0～150V，5mV精度，0～50A，0～5A范围5mA精度，5～50A范围50mA精度；\n[0060] 指令发生：脉冲指令120路，12V射随4mA，OC型600mA，28V，正脉冲带驱动12～30V可调，最大1A，支持矩阵指令60路；\n[0061] 集中显示与控制：具备实时显示、存储(100mS)、具备故障报警能力。\n[0062] 执行驱动模块主要完成功率输出的驱动能力模拟和验证，可以进行如下配置：\n[0063] 28V正逻辑驱动：600毫安(mA)30路，200mA30路；\n[0064] 28V负逻辑驱动：1安培(A)30路；\n[0065] 12V正逻辑驱动：1A30路4mA600路。\n[0066] 其中，各模块的通道数可以通过板卡数量的增减进行灵活配置，主机监控软件可以通过对板卡设置完成最小系统的构建。\n[0067] 此外，需要说明的是，图3中的实线箭头连接只是示意性的，并不是真实连接。在实际仿真中，可以根据实际需要，在各目标机之间任意采用实时信号激励、响应交互的数字I/O和模拟I/O以及标准总线进行数据交互，由于实际仿真情况多变，在此不一一列举具体连接方式，任何在目标机之间采用实时信号激励、响应交互的数字I/O和模拟I/O以及标准总线进行数据交互的具体方案都应落入本发明的保护范围之内。\n[0068] 本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。