胡经民 张亚波 武宏伟 孙靖

摘  要：作为保证航天工程稳步发展的重要基础体系，高效可靠的航天自动测试系统结构能够提升航天自动测试系统的通用性、互操作性以及可移植性。本文在深入分析当前各类航天自动控制系统特点的基础上，结合国内航天自动控制系统的发展，提出了未来航天测试体系中的关键应用技术，对我国航天自动测试系统体系结构的构建具有一定的理论指导意义。

关键词：航天工程  自动测试  结构化  控制系统

中图分类号：V44 文献标识码：A 文章编号：1674-098x（2021）07（c）-0001-03

Research on the Architecture of Aerospace Automatic Test System

HU Jingmin  ZHANG Yabo  WU Hongwei  SUN Jing

（Capital Aerospace Machinery Co.， Ltd.， Beijing， 100076 China）

Abstract： As an important basic system to ensure the steady development of aerospace engineering， the efficient and reliable structure can improve the universality， interoperability and portability of aerospace automatic test system. Based on the in-depth analysis of the characteristics of various kinds of aerospace automatic control systems， combining with the development of domestic aerospace automatic control systems， this paper puts forward the key application technologies in the future aerospace test system， which has certain theoretical guiding significance for the construction of China's aerospace automatic test system architecture.

Key Words： Aerospace engineering; Automatic test; Structured; Control system

自動化测试作为一项重要的测试技术，从国防科技到民生发展的各行各业都占有着极其重要的地位，对于航空航天而言更是如此。随着航空航天技术的飞速发展，航天设备以及控制系统的规模日渐增大，其业务逻辑复杂，系统更新迭代迅速。因此为了确保航天设备的稳定性、可靠性和安全性，在航天设备的整个开发及寿命周期中都需要对其进行大量完备的测试，传统人工分散测试难以全面覆盖到航天系统的方方面面。速度更快，覆盖面更广，可靠性更高的自动化测试系统应运而生。

1  航天自动测试体系结构

1.1 通用ATS体系结构

通用自动测试系统（ATS， Auto test system）广泛应用于航天航空，国防军工的各个领域。从组成结构来看，通用ATS主要由自动测试设备（ATE， automated test equipment）， 被测单元（UUT， unit under test）以及测试适配器（TUA， test unit adaptor）组成，其中自动测试设备包含了测试所需要的软硬件，包括测试仪器、测试接口、测试驱动程序等;测试适配器则是根据测试设备和被测单元的不同在物理接口上将二者连接起来，让信号能够正常传输。通过这种独立分层的结构，通用ATS体系能够解决一部分测试系统通用性较弱的问题。航天领域现有的ATS体系还不够完善，大多是考虑当前航天任务（如特定型号运载火箭）需要的特化封闭体系，其局限性主要表现在测试系统的软硬件结构缺乏通用性和标准化，留存的数据以及环境测试结果没有形成系统的交互模式，在不同项目中难以进行信息共享和复用，这使得测试效率难以满足需求。另外，ATS结构在航天领域具有较强的通用性和可移植性，不同的测试模块能够方便地进行拆分，重组和移植，能够灵活部署于软硬件型号不同的各类航天设备中，减少航天设备的开发和验证周期[1]。

美国国防部自动测试系统执行局与工业界联合，对多个自动测试系统及其测试对象进行了分析和研究，对影响系统通用性和成本的关键模块进行了整合，新一代ATS体系将把包括测试数据接口、测试设备接口以及相关配套驱动等24个接口的标准化作为重要发展方向，如图1所示。

1.2  基于VXI的自动测试系统

仪器总线接口技术的发展极大程度上推动了自动测试系统的发展，自上世纪70年代GPIB总线由惠普公司提出以来，大量新型测试总线标准相继面世，VXI（VME bus eXtensions for instrumentation）就是其中之一。VXI以VME计算机为基础，扩展了同步、定时、触发等测试总线特性，逐渐形成了新一代的标准测试总线。VXI 总线具有优良的可靠性、电磁兼容性和抗干扰能力，其数据容量大，通信速率高，模块重复利用率高且易于灵活组建系统。另外，VXI独特的模块化设计进一步提升了可靠性和复用性，单个VXI机箱能够支持多达13个独立模块，且多个VXI机箱还能够互联组合，形成更丰富的测试环境。基于VXI的自动测试系统的优点是提高了系统的集成度，模块具有一定的可复用程度，但由于设备组件繁多且成本较高、缺乏自主知识产权等因素，该系统仅在国防、航天领域使用较多。自上世界80年代以来，我国已经研发出了包括卫星控制，卫星整星自动测试系统，遥测测试系统，运载火箭测试系统等多个自动控制测试系统，其中大多数是基于VXI自动测试系统搭建的[2]

1.3  NxTest自动测试体系结构

上世纪90年代，面对航天研究迫切的需求，美国国防部自动测试系统执行局联合了部队和相关业界专家开始推进新一代自动测试体系结构的研究，最终提出了NxTest自动测试系统。在设计阶段，Nxtest自动测试体系的目标就是更开放的共享交互以及更通用的系统接口，该体系基于IEEE P1226 ABBET（a broad-based environment for test）的测试信息交互框架和VPP的测试系统服务仪器接口框架，遵守TCP/IP网络传输协议，有着更规范严格的内部接口。NxTest自动测试体系作为下一代自动测试系统，从体系结构层面进一步扩展了自动测试应用范围，改善了测试设备硬件的通用性和配套软件的可移植性，提高了自动测试系统新技术的部署能力，使多种被测单元的测试数据能够进行融合处理与分析，为未来技术研发尽可能丰富地留存测试资料[3]。

1.4  基于AXIE测试体系

2009年，安捷伦科技有限公司、艾法斯公司和 Test Evolution 公司联合成立了 AXle （the advancedTCA extensions for instrumentation）联盟，次年6月AXIe联盟发布了AXIe 1.0基础体系结构和半导体测试扩展技术。AXIe是一种分层体系结构，它建立于AdvancedTCA基础上，拥有更好的兼容性，能够基于现有的PXI， LXI和符合IVI标准的仪器实现集成。基于AXIe的测试体系能够充分地利用机架空间，提供更高的性能、更强大的可扩展性、更出色的模块性和灵活。AXIe总线是在GPIB， VXI， LXI这些总线技术上发展来的，在性能更高的同时还能完全兼容GPIB， LXI的总线设备，因此基于AXIe的航天自动测试系统拥有更好的通用性[4]。

2  航天自动测试系统发展

我国目前航天技术发展迅猛，已经跻身成为航天大国，在航天领域取得了一个又一个骄人成绩。型号多样的长征系列运载火箭的运载能力已经能达到14吨，从第一次到第两百次发射仅用时44年，成功率达96%;神舟系列载人航天工程实现了空间实验室阶段“成功首飞、稳定运行、健康驻留、安全返回、顺利补加、成果丰硕”的既定任务目标，取得了重要的创新成果和宝贵经验。这些成果都离不开航天自动测试系统的研究与发展。自上世纪80年代开始我国对航天自动测试系统进行研究，从最开始的CAMAC自动测试系统逐渐过渡到VXI自动测试系统，目前包括运载火箭在内几乎所有航天项目都采用了自动测试系统。

最初的CAMAC系统初步实现了航天测试设备的标准化和通用化，提升了测试效率减少了测试周期，但是近距离发射控制的CAMAC系统不能妥善地解决工作人员的安全问题，且系统较低的数据吞吐量和高昂的初期设施建设费用都不同程度上阻碍了国家航天工程的发展。由此，在上世纪80年代我国加快了远程地面通用测试发射控制的建设进度，目前几乎所有发射测试场均采用了远程控制。

远程测试发射控制系统主要由VXI测试系统、多媒体监视系统、计算机网络系统、故障诊断专家系统和光纤传输系统等部分组成。其中VXI测试系统包含了多个数据采集机箱形成冗余机构，这些机箱根据需求独立采集测试发射过程中的各项物理数据，这些数据将被发送到主控制器进行存储、计算和分析。在这一过程中VXI机箱还将随时接收来自主控制器的指令并完成相应动作[5]。与上一代测试系统CAMAC相比，VXI测试系统拥有更高的集成化程度，更大的数据吞吐量和更方便的部署方式，另外，利用光纤进行长距离的数据传输也让远距离控制成为了可能。与上一代系统相比，虽然VXI测试系统解决了一些问题，但是如系统成本过高，设备的兼容性和时钟同步能力较弱等问题还有待进一步研究和解决。

我国航天工程和航天自动测试系统起步较早，为了适配各类航天器，各种类型的自动测试设备被生产并投入使用，这也造成了某个时期的测试设备仅对某种固定类型的仪器有效，测试系统和测试仪器之间的通用性还有待提升。另外，目前国内配备的航天测试系统中，测试设备绝大多数是国外的产品，拥有自主知识产权的测试系统还不多[6]。

3  结论

本文首先分析了几种航天自动化测试体系结构，然后阐述了我国航天自动测试现状，最后对几种航天自动测试中的关键技术进行了介绍。在航天工程领域，自动化测试保证航天设备正常运转的基本工具之一，而完善的自动化测试体系结构又能够提升测试效率，减少测试误差，缩短项目开发进度。我国航天产业发展迅速，对可靠性更强、可移植性更好的新型自动化测试体系有着迫切的需求，这也是未来发展的重要方向。

参考文献

[1]王子瑜，陈海鹏，朱永泉，王海涛，宋敬群.运载火箭快速测试发射关键技术[J].中北大学学报（自然科学版），2017，38（3）：307-315.

[2]吕殿君，王小辉，詹景坤，仇公望.航天运输系统快速测试及其关键技术研究[J].电子测试，2018（4）：62-64.

[3]张荣，王珏，周继昆，张毅，郑敏.总线类测试系统的技术现状及发展方向[J].装备环境工程，2016，13（5）：151-159.

[4]朱利文，于雷，金傳喜.测试总线的发展与展望[J].现代防御技术，2019，47（1）：151-161.

[5]何强. 捷变频信号源的ARM控制模块研究[D].成都：电子科技大学，2020.

[6]蔺陆洲. 从太空竞赛到空间合作航天外交的理论建构与现实转型[D].北京：外交学院，2020.