一种姿态与轨道控制分系统远距离测试系统包括：远端信号调理计算机、两台光纤传输设备、近端测试计算机、音频设备和视频设备；远端信号调理计算机完成对长线测试信号的调理和梳理，光纤传输设备实现长线测试信号远距离发送或接收，音频设备，通过光纤传输设备与另外一端的音频设备实现点对点的通话功能，用于远端信号调理计算机或近端测试计算机的调试和远端声音信号的监听；视频设备将所获取的视频信号通过光纤传输设备送至另外一端的视频设备，用于远端信号调理计算机的监控。本发明满足远距离信号传输对信号种类、传输距离、传输可靠性的要求，以及满足远端设备无人值守条件下的使用安全问题，提高姿态与轨道控制分系统地面测试系统的远距离测试能力。
1.一种姿态与轨道控制分系统远距离测试系统，其特征在于包括：远端信号调理计算机、两台光纤传输设备、近端测试计算机、两台音频设备和两台视频设备，一台光纤传输设备、一台音频设备和一台视频设备置于远端信号发送端，另一光纤传输设备、另一台音频设备和另一台视频设备置于近端信号测试端，其中：
远端信号调理计算机完成对长线测试信号的调理和梳理，将红外地球敏感器模拟信号直接送光纤传输设备进行传输；将陀螺信号、动量轮信号、控制计算机信号、推进信号、以及星箭分离模拟信号合并整理，并统一作为串口信号通过RS422接口送光纤传输设备进行传输；将远端信号调理计算机自身的网络数据信号通过网络接口送光纤传输设备进行传输；
两台光纤传输设备实现长线测试信号远距离发送或接收，信号发送端的光纤传输设备和信号测试端的光纤传输设备均由PCM编/解码器、视频编/解码器、二层交换机、RS422变换器、隔离器、A/D或D/A转换器、复用/解复用模块、保护倒换模块、主编/解码器、从编/解码器、主光接口和从光接口组成；信号发送端的光纤传输设备通过内部的PCM编/解码器对音频设备输出的音频信号编码至复用/解复用模块；通过视频编/解码器对视频设备输出的视频信号编码至复用/解复用模块；通过二层交换机处理远端信号调理计算机自身的网络数据信号至复用/解复用模块；通过RS422变换器处理RS422接口输出的串口信号至复用/解复用模块；通过隔离器和信号发送端A/D或D/A转换器处理红外地球敏感器模拟信号至复用/解复用模块；以上多路输入信号通过复用/解复用模块复用到一路上，再经过保护倒换模块后将需要发出的数据同时经过主编/解码器和从编/解码器后，送主光接口和从光接口传输；信号传输期间，保护倒换模块并不考虑主光接口和从光接口的发送端口功能是否正常；在信号测试端，在另一台光纤传输设备中，首先由信号测试端的保护倒换模块进行主光路传输和从光路传输的在线自检和自动保护倒换控制，依据所接收的数据判断光路健康状态，然后依据健康状态完成自动保护倒换，确定是由主光接口和主编/解码器进行传输或者从光接口和从编/解码器进行传输；复用/解复用模块将一路传输信号解复用为多路信号，音频信号通过PCM编/解码器解码后输出至音频设备，视频信号通过视频编/解码器器输出至视频设备，网络数据信号通过二层交换机处理后输出送至近端测试计算机，串口信号通过RS422变换器变换成RS422电平后输出送至近端测试计算机，红外地球敏感器模拟信号通过A/D或D/A转换器和隔离器输出送至近端测试计算机；
近端测试计算机用于调度和监控远端信号调理计算机，对红外地球敏感器模拟信号、陀螺信号、动量轮信号、控制计算机信号、推进信号、以及星箭分离模拟信号进行处理，其中红外地球敏感器模拟信号和陀螺信号用于对卫星进行信号激励，动量轮信号和推进信号用于对卫星进行信号采集，采集信号经过近端测试计算机内部的动力学计算后以激励信号的形式上行，实现了星地闭环测试，星箭分离模拟信号用于闭环测试程序的启动控制，控制计算机信号用于对星上计算机注入程序完成部件测试；
音频设备，通过光纤传输设备与另外一端的音频设备实现点对点的通话功能，用于远端信号调理计算机或近端测试计算机的调试和远端或近端声音信号的监听；
视频设备，将所获取的视频信号通过光纤传输设备送至另外一端的视频设备，用于远端信号调理计算机或近端测试计算机的监控。
2.根据权利要求1所述的姿态与轨道控制分系统远距离测试系统，其特征在于：所述保护倒换模块从信号发送端的主光接口和从光接口接收到数据以后，通过光信号帧同步状态判断主光接口和从光接口数据接收是正常还是错误；如果主光接口和从光接口数据接收均正常，则置主光接口工作状态指示灯为绿灯，置从光接口工作状态指示灯为绿灯，置自动保护倒换指示灯为绿灯，当前工作的是主光接口且工作正常，保持其当前当班状态；随后如果主光接口数据接收正常，从光接口数据接收错误，则置主光接口工作状态指示灯为绿灯，置从光接口工作状态指示灯为红灯，置自动保护倒换指示灯为绿灯，当前工作的是主光接口且工作正常，保持其当前当班状态；随后如果主光接口和从光接口数据接收均正常，即从光接口工作状态恢复，则置主光接口工作状态指示灯为绿灯，置从光接口工作状态指示灯为绿灯，置自动保护倒换指示灯为绿灯，当前工作的是主光接口且工作正常，保持其当前当班状态；随后如果主光接口数据接收错误，从光接口数据接收正常，则置主光接口工作状态指示灯为红灯，置从光接口工作状态指示灯为绿灯，置自动保护倒换指示灯为黄灯，当前工作的是主光接口且工作错误，自动切换至功能正常的从光接口工作；随后如果主光接口和从光接口数据接收均正常，即主光接口工作状态恢复，则置主光接口工作状态指示灯为绿灯，置从光接口工作状态指示灯为绿灯，置自动保护倒换指示灯为黄灯，当前工作的是从光接口且工作正常，保持其当前当班状态；随后如果主光接口和从光接口数据接收均错误，则置主光接口工作状态指示灯为红灯，置从光接口工作状态指示灯为红灯，置自动保护倒换指示灯为红灯，自动倒换功能不断切换光接口，直至主光接口或者从光接口中的任意一个功能正常后，保持功能正常的光接口为当班光接口。
一种姿态与轨道控制分系统远距离测试系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种遥感卫星姿态与轨道控制分系统远距离测试系统，可用于对姿态与轨道控制分系统进行远距离测试。
背景技术
[0002] 姿态与轨道控制分系统是卫星的重要分系统之一，其主要作用是保持卫星对地或者对其它目标的三轴姿态稳定。姿态与轨道控制分系统地面测试系统的主要作用是完成姿态与轨道控制分系统各项功能和技术指标的测试和验证工作。目前根据整星测试状态的不同，卫星姿态与轨道控制分系统测试技术状态可分为短线测试状态和长线测试状态。短线测试状态下姿态与轨道控制分系统地面设备通过短线电缆直接与该分系统星上设备连接，而长线测试状态下姿态与轨道控制分系统地面设备通过脱插电缆与卫星连接。在长线测试状态下，卫星与地面测试设备之间要传输的信号包括红外地球敏感器信号、陀螺信号、动量轮信号、控制计算机信号、推进信号、以及星箭分离模拟信号等，涉及模拟信号、串行通讯信号、网络信号等多种信号形式。以前使用电缆传输长线测试信号，传输距离有限，且容易受到信号干扰。现在卫星工位与电测工位之间相距数公里。如何开发一套适用于姿态与轨道控制分系统远距离测试需求的信号传输系统，有效地完成姿态与轨道控制分系统长线测试的相关项目是一个新课题。
[0003] 目前国内外尚未有相关文献报道。
发明内容
[0004] 本发明的技术解决问题：克服现有长线测试技术的不足，提供了适用于姿态与轨道控制分系统长线测试状态的远距离测试系统，满足远距离信号传输对信号种类、传输距离、传输可靠性的要求，以及满足远端设备无人值守条件下的使用安全问题，提高姿态与轨道控制分系统地面测试系统的远距离测试能力。
[0005] 本发明的技术解决方案：一种姿态与轨道控制分系统远距离测试系统，包括：远端信号调理计算机、两台光纤传输设备、近端测试计算机、两台音频设备和两台视频设备，一台光纤传输设备、一台音频设备和一台视频设备置于远端信号发送端，另一光纤传输设备、另一台音频设备和另一台视频设备置于近端信号测试端，其中：
[0006] 远端信号调理计算机(1)完成对长线测试信号的调理和梳理，将红外地球敏感器模拟信号直接送光纤传输设备(4)进行传输；将陀螺信号、动量轮信号、控制计算机信号、推进信号、以及星箭分离模拟信号合并整理，并统一作为串口信号通过RS422接口送光纤传输设备(4)进行传输；将远端信号调理计算机(1)自身的数据通过网络接口送光纤传输设备(4)进行传输；
[0007] 两台光纤传输设备(4)实现长线测试信号远距离发送或接收；在信号发送端的光纤传输设备(4)通过内部的PCM编/解码器(5)对音频设备(2)输出的音频信号编码至复用/解复用模块(8)；通过视频编/解码器6对视频设备(3)输出的视频信号编码至复用/解复用模块(8)；通过二层交换机(7)处理远端信号调理计算机(1)自身的网络数据信号至复用/解复用模块(8)；通过RS422变换器(14)处理RS422接口的输出的串口信号至复用/解复用模块(8)；通过隔离器(12)和信号发送端A/D或D/A转换器(13)处理红外地球敏感器输出的模拟信号至复用/解复用模块(8)；以上多路输入信号通过复用/解复用模块(8)复用到一路上，再经过保护倒换模块(9)后将需要发出的数据同时经过主编/解码(10)和从编/解码(15)后，送主光接口(11)和从光接口(16)传输；信号传输期间，保护倒换模块(9)并不考虑主光接口(11)和从光接口(16)的发送端口功能是否正常；在信号接收端，在另一台光纤传输设备(4)中，首先由保护倒换模块(9)进行主光路传输和从光路传输的在线自检和自动保护倒换控制，依据所接收的数据判断光路健康状态，然后依据健康状态完成自动保护倒换，确定是由主光接口(11)和主编/解码(10)进行传输或者从光接口(16)和从编/解码(15)进行传输；复用/解复用模块(8)将一路传输信号解复用为多路信号，音频信号PCM编/解码器(5)解码后输出至音频设备(2)，视频信号通过视频编/解码器(6)输出至视频设备(3)，网络信号通过二层交换机(7)处理后输出送至近端测试计算机(18)，串口信号通过RS422变换器(14)变换成RS422电平后输出送至近端测试计算机(18)，红外地球敏感器模拟信号通过A/D或D/A转换器(13)和隔离器(12)输出送至近端测试计算机(18)；
[0008] 近端测试计算机(18)用于调度和监控远端信号调理计算机(1)，对红外地球敏感器信号、陀螺信号、动量轮信号、控制计算机信号、推进信号、以及星箭分离模拟信号进行处理，其中红外地球敏感器信号和陀螺信号用于对卫星进行信号激励，动量轮信号和推进信号用于对卫星进行信号采集，采集信号经过近端测试计算机(18)内部的动力学计算后以激励信号的形式上行，实现了星地闭环测试，星箭分离模拟信号用于闭环测试程序的启动控制，控制计算机信号用于对星上计算机注入程序完成部件测试；
[0009] 音频设备，通过光纤传输设备与另外一端的音频设备实现点对点的通话功能，用于远端信号调理计算机或近端测试计算机的调试和远端或近端声音信号的监听；
[0010] 视频设备，将所获取的视频信号通过光纤传输设备送至另外一端的视频设备，用于远端信号调理计算机或近端测试计算机的监控。
[0011] 本发明与原有长线测试设备相比，具有如下优点：
[0012] (1)本发明通过光纤传输设备，使信号传输距离为60km，解决原有长线测试设备传输距离仅100米的问题，信号传输距离有效延长；
[0013] (2)本发明采用光纤传输设备，使得信号传输不受其它信号干扰，解决了原有长线测试设备容易受到地面供配电分系统供电电缆信号干扰问题，信号传输质量有效提高；
[0014] (3)本发明的光纤传输设备具有光路自动倒换功能及倒换状态显示功能，避免因光纤损坏导致信号传输中断，信号传输可靠性高；
[0015] (4)本发明具备视频监控远端信号调理计算机的功能，对无人值守设备的监控能力得到提升；
[0016] (5)本发明将光传输技术应用到姿态与轨道控制分系统测试系统研制当中，改进了原有测试系统和测试技术，实现了该分系统长线状态的远距离测试，并为该系统实现短线状态下的远距离测试奠定了基础。
附图说明
[0017] 图1为本发明的系统组成及数据流框图；
[0018] 图2为本发明的保护倒换模块的实现流程图。
[0019] 图3为本发明的整体工作流程图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本发明进一步详细说明
[0021] 1.本发明的结构组成
[0022] 如图1所示，本发明的姿态与轨道控制分系统远距离测试系统包括远端信号调理计算机1、两台光纤传输设备4、近端测试计算机18、两台音频设备2、两台视频设备3；远端信号调理计算机1、两台光纤传输设备4、近端测试计算机18、两台音频设备2和两台视频设备3，一台光纤传输设备4、一台音频设备2和一台视频设备3置于远端信号发送端，另一光纤传输设备4、另一台音频设备2和另一台视频设备3置于近端信号测试端。
[0023] 远端信号调理计算机1完成对长线测试信号的调理和梳理，将红外地球敏感器信号直接送光纤传输设备4进行传输；将陀螺信号、动量轮信号、控制计算机信号、推进信号、以及星箭分离模拟信号合并整理，并统一作为串口信号通过RS422接口送光纤传输设备4进行传输；将远端信号调理计算机1自身的数据通过网络接口送光纤传输设备4进行传输。
[0024] 两台光纤传输设备4的结构相同，实现长线测试信号远距离发送或接收。置于远端调理计算机1一端的光纤传输设备4通过内部的PCM编/解码器5对音频设备2输出的音频信号编码至复用/解复用模块8；通过视频编/解码器6对视频设备3输出的视频信号编码至复用/解复用模块8；通过二层交换机7处理远端信号调理计算机1自身的网络数据信号至复用/解复用模块8；通过RS422变换器14处理RS422接口的输出的串口信号至复用/解复用模块8；通过隔离器12和信号发送端A/D或D/A转换器13处理红外地球敏感器输出的模拟信号至复用/解复用模块8。以上多路输入信号通过复用/解复用模块8复用到一路上，再经过保护倒换模块9后将需要发出的数据同时经过主编/解码10和从编/解码15后，送主光接口11和从光接口16传输；信号传输期间，保护倒换模块9并不考虑主光接口11和从光接口16的发送端口功能是否正常；在信号接收端，在另一台光纤传输设备4中，首先由保护倒换模块9进行主光路传输和从光路传输的在线自检和自动保护倒换控制，依据所接收的数据判断光路健康状态，然后依据健康状态完成自动保护倒换，确定是由主光接口11和主编/解码10进行传输或者从光接口16和从编/解码15进行传输；复用/解复用模块8将一路传输信号解复用为多路信号，音频信号PCM编/解码器5解码后输出至音频设备2，视频信号通过视频编/解码器6输出至视频设备3，网络信号通过二层交换机7处理后输出送至近端测试计算机18，串口信号通过RS422变换器14变换成RS422电平后输出送至近端测试计算机18，红外地球敏感器的模拟信号通过A/D或D/A转换器13和隔离器12输出送至近端测试计算机18。
[0025] 音频设备2，通过光纤传输设备4与另外一端的音频设备实现点对点的通话功能，用于远端信号调理计算机1或近端测试计算机18的调试和远端或近端声音信号的监听；
[0026] 视频设备3，将所获取的视频信号通过光纤传输设备4送至另外一端的视频设备，用于远端信号调理计算机1或近端测试计算机18的监控。
[0027] 如图2所示，本发明的光电传输设备4具有在线自检和自动保护倒换功能，由自动倒保护倒换模块9实现，自动倒保护倒换模块9从主光接口11和从光接口16接收到数据以后，通过光信号帧同步状态判断主光接口11和从光接口16数据接收是正常还是错误；如果主光接口11和从光接口16数据接收均正常，则置主光接口11工作状态指示灯为绿灯，置从光接口16工作状态指示灯为绿灯，置自动保护倒换指示灯为绿灯，当前工作的是发送端主光接口11且工作正常，保持其当前当班状态；随后如果发送端主光接口11数据接收正常，从光接口16数据接收错误，则置发送端主光接口11工作状态指示灯为绿灯，置从光接口16工作状态指示灯为红灯，置自动保护倒换指示灯为绿灯，当前工作的是主光接口11且工作正常，保持其当前当班状态；随后如果主光接口11和从光接口16数据接收均正常，即从光接口16工作状态恢复，则置主光接口11工作状态指示灯为绿灯，置从光接口16工作状态指示灯为绿灯，置自动保护倒换指示灯为绿灯，当前工作的是主光接口11且工作正常，保持其当前当班状态；随后如果主光接口11数据接收错误，从光接口16数据接收正常，则置主光接口11工作状态指示灯为红灯，置从光接口工作状态指示灯为绿灯，置自动保护倒换指示灯为黄灯，当前工作的是主光接口11且工作错误，自动切换至功能正常的从光接口16工作；随后如果主光接口11和从光接口16数据接收均正常，即主光接口11工作状态恢复，则置主光接口11工作状态指示灯为绿灯，置从光接口16工作状态指示灯为绿灯，置自动保护倒换指示灯为黄灯，当前工作的是从光接口16且工作正常，保持其当前当班状态；随后如果主光接口11和从光接口16数据接收均错误，则置主光接口11工作状态指示灯为红灯，置从光接口16工作状态指示灯为红灯，置自动保护倒换指示灯为红灯，自动倒换功能不断切换光接口，直至光接口11或者从光接口16中的任意一个功能正常后，保持功能正常的光接口为当班光接口。
[0028] 上述保护倒换模块9将需要发出的数据同时送主光接口11和从光接口16，其间并不考虑该光接口的发送端口功能是否正常，并依据所接收的数据判断光路健康状态，然后依据健康状态完成自动保护倒换。
[0029] 2、关键部件具体设计与实施
[0030] (1)远距离信号调理计算机1对长线测试信号进行调理和梳理，并将多种信号整合成模拟信号、RS422信号和网络信号三种形式，便于光纤传输设备4进行传输。
[0031] (2)视频设备3和音频设备2，具有设备状态指示灯，使得测试人员在近端就可以监视到设备的运行情况。另外为防止远端设备被人误动作，通过防误动作、防震动、防泼水设计，保证远端设备不易被干扰。
[0032] (3)两台光纤传输设备4的六路模拟信号接口，采用14位AD对模拟信号进行数模转换，同时采用14位DA将数字信号还原为模拟信号。两路-7V～+7V的模拟信号采样频率为6.25MHz，四路-14V～+14V的模拟信号采样频率为3.125MHz。并设计模拟信号地与系统地隔离。
[0033] 光纤传输设备4的四路RS422接口数传速率最高为异步115200bit/s，采用高速取样法将异步数据适配到传输通道，为了配合系统的数据传输，光传输设备的异步数据采样速率3.125MHz。
[0034] 光纤传输设备4的4个10M/100M自适应电以太网接口。选用10M/100M以太网交换机内置于光传输设备。光传输设备4采用交换机的MAC MII接口，四位25Mbit/s的数据和1位25Mbit/s的控制信号通过FPGA透明传输，实现MAC MII背靠背对接法，完成交换机之间的数据交换。以太网占用125Mbit/s的传输带宽。
[0035] 光传输设备4具有两个功能完全一致的光接口。使用过程中，两端设备开机自动工作在主光接口，且发送一端同时往两个光接口发信号，接收一端通过检查光信号帧的同步状态，自动选择健康通道的信号进行处理。当通路工作正常时，设备不进行任何主动切换。一旦当前工作光路发生故障，设备将自动切换到另外的工作正常的光路。实现光纤通路的在线自主诊断。
[0036] 2.本发明在使用中的工作过程如图3所示，如下：
[0037] 测试系统各设备依次加电自检。两台光纤传输设备4首先加电。利用光纤传输设备4的光路在线自检和自动倒换功能，通过判读两台光纤传输设备4面板上的光纤通道工作状态的各指示灯，判断两台光纤传输设备4各自的主光接口和从光接口的工作状态是否正常。如果面板显示主光路或者从光路出现通讯异常，检查相应通路的光纤，排除问题后继续。
[0038] 视频设备3加电，利用视频信号传输通道对光纤传输设备4的功能进一步自检，并同时获取远端信号调理计算机1的视频监视信号。通过音频设备2与远端测试人员取得联系，准备对远端信号调理计算机1加电。
[0039] 远端信号调理计算机1、近端测试计算机18加电。此时远端信号调理计算机1通过两台光纤传输设备4可以与近端测试计算机18进行通讯。测试人员在近端测试计算机18对远端信号调理计算机1的工作状态进行配置，并检查近端测试计算机18与远端信号调理计算机1之间长线测试信号相互传输的功能。
[0040] 地面测试系统加电和自检正常后，卫星开始加电。卫星加电以后，近端测试计算机18即可通过两台光纤传输设备4和远端信号调理计算机1与卫星之间进行长线测试状态的各项测试任务。同时使用示波器17对卫星下传的红外地球敏感器模拟信号进行监视和判读。此近端的监视设备3和近端测试计算机18继续对远端信号调理计算机1的工作状态进行监控。
[0041] 测试期间，远距离测试系统在保持卫星与近端测试计算机18测试信号畅通不间断的前提下，完成部件测试、闭环测试等测试项目。如在进行部件测试期间，近端测试计算机18通过远距离测试系统向卫星的姿态与轨道控制分系统计算机发送测试程序，控制测试程序启动，并接收卫星传送回来的测试数据，并在测试完成后终止测试程序；在闭环测试期间，近端测试计算机18通过远距离测试系统控制星箭分离信号使卫星程序启动，向卫星发送红外地球敏感器、陀螺的激励信号，接收动量轮和推力器的执行信号，并在近端测试计算机18完成动力学计算，从而实现闭环测试。
[0042] 测试项目完成后，近端测试计算机18设置好卫星状态，然后卫星断电，近端测试计算机18和远距离测试系统断电。
[0043] 3.系统应用情况
[0044] 本发明应用于某遥感型号正样的力学试验、EMC试验和热学试验当中，以及该型号发射场相关测试工作当中。测试系统在热学试验中连续工作时间约500小时，工作稳定，系统的各项功能和性能满足使用要求，圆满完成了长线测试状态的各项测试任务。本发明的成功研制，改进了原有测试系统和测试技术，实现了姿态与轨道控制分系统长线测试状态的远距离测试，为该分系统测试设备使用光纤传输技术积累了经验，为后续型号姿态与轨道控制分系统进一步使用光纤传输技术总结了一份可以直接使用的远距离测试系统方案。光传输设备的光路在线自检和自动倒换功能，提高了光纤传输的可靠性，可以为其它光传输设备提供借鉴。
[0045] 本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
