基于字典查詢的衛(wèi)星并行自動化測試軟件設計

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(上海微小衛(wèi)星工程中心 遙感總體部，上海 201210)

0 引言

隨著衛(wèi)星功能和技術指標的提升，各領域對衛(wèi)星的需求也日漸提高，對衛(wèi)星研制周期、成本、可靠性提出了更高的要求。傳統(tǒng)人工發(fā)送指令、遙測判讀的衛(wèi)星測試方法已不能滿足研制需求[1]。

文獻[2]提出了一種多星并行測試的測控前端通用化設計方案，解決了測試軟件和多星不同硬件設備的數(shù)據(jù)收發(fā)問題，但沒有涉及自動化測試方法；文獻[3]基于衛(wèi)星工作流程提出衛(wèi)星自動化測試系統(tǒng)方案，沒有考慮多星并行測試問題；文獻[4]基于有向圖理論，建立衛(wèi)星測試模型，提出了自動化測試語言和測試方法，其弊端在于脫離現(xiàn)有條件，需要重新開發(fā)測試軟件，編制測試細則，開發(fā)成本高，周期長，不適合在研衛(wèi)星和短周期衛(wèi)星。

本文針對衛(wèi)星研制過程中測試周期長、任務重、自動化程度低的缺點和研制進度加快、多星并行測試的發(fā)展趨勢，提出自動化測試軟件設計方法，改進現(xiàn)有的綜合測試系統(tǒng)，縮短測試周期，降低研制成本，提高測試效率和測試可靠性。

1 衛(wèi)星測試現(xiàn)狀分析

針對國內(nèi)外衛(wèi)星的研制流程，測試時間占研制周期比約30%～40%，包括桌面聯(lián)試、模飛測試、環(huán)模試驗等，貫穿于衛(wèi)星研制的整個過程。而目前的衛(wèi)星研制測試中主要以人為干預為主，發(fā)送指令、遙測判讀、執(zhí)行確認、記錄結果等操作均為人工，嚴重影響了測試效率，且高強度測試下人為疏忽導致的測試問題屢有出現(xiàn)，為了縮短測試周期、提高測試效率和可靠性，研制多星并行自動化測試軟件，勢必是衛(wèi)星研制保障技術發(fā)展中重要的一環(huán)。

在研制過程中，衛(wèi)星與地面測試設備的數(shù)據(jù)傳輸通道可分為3種，地測數(shù)據(jù)、測控數(shù)據(jù)、數(shù)傳數(shù)據(jù)，3個通道數(shù)據(jù)對比如表1所示，其中地測通道和測控通道的遙測數(shù)據(jù)是測試中指令發(fā)送和執(zhí)行判讀的主要通道。

目前，衛(wèi)星測試系統(tǒng)構成如圖1所示，從圖中可以看出，地測前端和測控前端可獨立完成衛(wèi)星指令發(fā)送和遙測接收工作，具備指令生成、遙測解析和數(shù)據(jù)存儲及查詢能力，但不同衛(wèi)星測試前端一般不能兼容，除個別衛(wèi)星測試數(shù)據(jù)會統(tǒng)一存儲于同一數(shù)據(jù)庫外，兩者之間數(shù)據(jù)無直接交互。

衛(wèi)星測試流程如圖2所示，除序號④由衛(wèi)星接收指令并執(zhí)行外，剩余流程均為人為操作，尤其對于重復性(如環(huán)境試驗過程中狀態(tài)檢查)、多指令測試(如指令遍歷)、長時間測試(如蓄電池充放電)等測試項目，測試效率低。

圖2 衛(wèi)星測試流程

綜合以上分析，目前衛(wèi)星測試終端具備指令生成、數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)處理和存儲能力，但測試自動化程度低，一般為單星測試，影響測試效率和測試可靠性。為改善測試自動化程度，提高測試效率和可靠度，最有效、快速、低成本的方法應為在現(xiàn)有測控前端、地測前端的基礎上，設計一個多星并行測試軟件，實現(xiàn)自動化測試。

2 軟件系統(tǒng)設計

2.1 軟件系統(tǒng)構成

基于字典查詢的衛(wèi)星并行自動化測試軟件是建立遙控執(zhí)行監(jiān)測字典和遙測處理字典，讀取自動化測試并發(fā)送指令，查詢監(jiān)測字典中指令檢測內(nèi)容，緩存檢測量，匹配遙測處理字典處理方法，進行執(zhí)行情況判定，最終生成測試結果。自動化測試軟件構成如圖3所示。

圖3 自動化測試軟件組成框圖

自動化測試軟件包括外部接口(遙控、遙測、配置文件、測試細則等)、指令發(fā)送模塊、執(zhí)行判定模塊和自動化測試管理模塊。

外部接口實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)整合，遙控、遙測接口負責與測控前端和地測前端收發(fā)數(shù)據(jù)，測試細則接口負責讀取格式化測試細則，生成測試指令序列，配置文件接口讀取遙控字典和遙測字典信息，生成待查字典，同時自動化測試管理模塊內(nèi)包括測試報告接口生成測試報告以及終端接口向顯示器實時發(fā)送測試進展、測試狀態(tài)、異?，F(xiàn)象等信息。

指令發(fā)送模塊根據(jù)自動化測試指令序列，接收自動化管理模塊調(diào)度，發(fā)送指令前在遙控字典內(nèi)查詢指令配置信息，若有配置信息則直接發(fā)送，若無則報告自動化測試管理模塊，確認是否發(fā)送，若發(fā)送配置監(jiān)測遙測包。

執(zhí)行判讀模塊根據(jù)指令發(fā)送情況，緩存遙測包內(nèi)遙測量信息，查詢遙控字典內(nèi)指令判定準則和遙測字典內(nèi)處理方法，生成判讀結果。對于未配置指令，給出配置遙測包的遙測量對比。

自動化測試管理模塊完成軟件配置、測試進度管理、字典配置、報告生成、測試狀態(tài)終端顯示等功能，其中測試進度管理根據(jù)判讀結果控制是否測試及下一條指令發(fā)送時間，字典配置主要實現(xiàn)未配置指令的遙控字典配置。

2.2 工作原理與流程

衛(wèi)星并行自動化測試軟件其特色包括以下三方面：

1)基于字典查詢，配置方便，節(jié)省資源。開始測試后建立衛(wèi)星自動化測試線程，緩存衛(wèi)星所有遙測包最新狀態(tài)信息并實時更新緩存，作為指令發(fā)送前的初始判據(jù)值。指令發(fā)送后，根據(jù)遙控字典配置信息，只進行部分遙測包緩存，不進行數(shù)據(jù)存儲管理。根據(jù)衛(wèi)星設計情況，所有遙測包大小約2～5 KB，每條指令影響的遙測包約2～4包，每次緩存不大于2 KB，這種設計可以與數(shù)據(jù)庫查詢相比，配置簡單，便于移植，節(jié)省資源，加快處理速度，便于多星并行測試。

圖5 單星自動化測試軟件工作流程

2)數(shù)據(jù)接口規(guī)范化，實現(xiàn)多星并行測試。在遙控字典、遙測字典、測試細則及與測控/地測前端通信數(shù)據(jù)格式中均留有衛(wèi)星標識字段，以測試線程為劃分，根據(jù)衛(wèi)星測試細則，實現(xiàn)多星多進程并行測試。

3)自定義判定方法，對于未配置指令，軟件具備字典更新功能。衛(wèi)星指令執(zhí)行結果判定方法一般可分為等于某值、大于某值、小于某值、初始值增加某值、初始值減少某值5種，其他還有符合某種函數(shù)、變化關系以及多個遙測量聯(lián)合判定等判定方法。對于簡單的判定方法可實時判定；對于復雜判定方法可配置判定程序段，生成單獨配置文件以備調(diào)用；對于未配置指令，設定監(jiān)測時間和遙測包，時間結束后比對遙測數(shù)據(jù)，自動生成判定方法，待測試人員確認后更新寫入遙控配置文件并更新遙控字典。

衛(wèi)星并行自動化測試軟件利用約定好的外部接口，基于字典查詢實現(xiàn)衛(wèi)星指令測試進度管理和測試結果判定，其主要測試流程圖4所示，不同衛(wèi)星測試通過不同線程區(qū)分對于一顆衛(wèi)星的自動化測試流程重點功能工作流程如圖5所示。

圖4 自動化測試測試工作流程

2.3 數(shù)據(jù)結構設計

基于字典查詢的衛(wèi)星并行自動化測試軟件涉及多種數(shù)據(jù)結構和外部接口，包括遙控字典結構、遙測字典結構、測試細則結構、字典配置文件結構以及字典配置文件接口、測試細則接口和與測控/地測前端軟件接口，本文設計軟件涉及文件類型均為csv類型，與txt相比便于編輯，與excel相比便于讀寫。

測試細則數(shù)據(jù)結構如表2所示，指令處理方式可包括加密、編碼等，執(zhí)行異常包括中斷測試、不同級別警報等，指令判定時間單位為秒。

遙控字典配置文件數(shù)據(jù)結構如表3所示，指令ID、遙測包ID、遙測量ID唯一，判定方法中等于某值、大于某值、小于某值、初始值增加某值、初始值減少某值通過標識區(qū)分，其他判定方法匹配對應處理程序段文件。遙控字典在軟件內(nèi)緩存數(shù)據(jù)結構如表4所示，指令ID為字典查詢關鍵字，判定列表包含判定方法。遙測字典配置文件數(shù)據(jù)結構如表5所示，其中包內(nèi)位置以bit為單位，處理方法匹配處理程序段文件。遙測字典在軟件內(nèi)緩存數(shù)據(jù)結構如表6所示，指令ID為字典查詢關鍵字，判定列表包含判定方法。與測控/地測前端遙控數(shù)據(jù)通信采用TCP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)結構如表7、表8所示，其中參數(shù)長度為500 Bytes，對于大于500 Bytes的指令參數(shù)采取多幀按序號發(fā)送。與測控/地測前端遙測數(shù)據(jù)通信采用UDP廣播通信，數(shù)據(jù)結構如表9所示，其中參數(shù)長度為500 Bytes，對于大于500 Bytes的指令參數(shù)采取多幀按序號發(fā)送。

表2 測試細則數(shù)據(jù)結構說明

表3 遙控字典配置文件數(shù)據(jù)結構

表4 軟件內(nèi)遙控字典緩存數(shù)據(jù)結構

表5 遙測字典配置文件數(shù)據(jù)結構

表6 軟件內(nèi)遙測字典緩存數(shù)據(jù)結構

表7 發(fā)送至測控/地測遙控接口數(shù)據(jù)結構

表8 接收測控/地測遙控接口數(shù)據(jù)結構

表9 發(fā)送至測控/地測遙控接口數(shù)據(jù)結構

3 軟件實現(xiàn)及測試

根據(jù)本軟件設計方法，軟件開發(fā)人員利用Python語言在一周內(nèi)即完成了程序Demo開發(fā)，軟件測試效果如下圖所示。目前，本軟件已應用于兩個型號桌面聯(lián)試、對接演練、外場試驗和環(huán)模試驗自檢等各階段測試，對提高衛(wèi)星測試效率、精簡測試隊伍、減少誤操作等方面起到了良好作用。同時基于csv格式的細則和字典配置文件十分靈活，便于編制、修改、核對，大大提高了效率。自動化測試軟件工程實時性強、操作方便，測試結論準確完整。

圖6 自動化測試軟件測試截圖

4 總結

本文針對衛(wèi)星研制過程中測試周期長、任務重、自動化程度低的缺點和研制進度加快、多星并行測試的發(fā)展趨勢，提出了基于字典查詢的衛(wèi)星自動化測試軟件設計方法，詳細介紹了軟件的系統(tǒng)構成、工作原理和流程以及數(shù)據(jù)結構。通過對遙測判讀方法分類和字典查詢方法，重點解決了不同衛(wèi)星不同指令執(zhí)行情況判讀問題，支持多星并行測試和其它型號衛(wèi)星快速移植，兼容現(xiàn)有地測軟件、測控前端轉發(fā)數(shù)據(jù)。最后利用Python實現(xiàn)了軟件的基本功能，實際應用表明，軟件可提高衛(wèi)星測試效率和可靠性，具有較強的工程實用性。

參考文獻:

[1] 趙瑞峰. 衛(wèi)星通用自動化測試系統(tǒng)體系結構研究[J]. 信息技術, 2011,35(4):65-68,72.

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[3] 戴澗峰. 基于工作流的小衛(wèi)星自動化測試系統(tǒng)設計方法研究[J]. 計算機測量與控制,2011,19(12):2912-2915.

[4] 基于有向圖建模的航天器自動化測試研究與實現(xiàn)[J]. 計算機工程與設計,2010,31(8):1702-1705.