探究量子科學實驗衛星通用化地面測試平臺的設計論文

時間：2021-01-28 20:24:53 論文我要投稿

　　1 課題背景

探究量子科學實驗衛星通用化地面測試平臺的設計論文

　　量子科學實驗衛星(簡稱量子衛星) 是中國科學院空間科學戰略性先導科技專項中首批確定的五顆科學衛星之一。2011 年12 月中國科學院在北京召開了量子科學實驗衛星工程啟動會。會議審議了工程總體方案及六大系統總體方案的可行性，明確了工程研制建設的主要問題，明確了工程的總體計劃安排。量子科學實驗衛星“墨子”已于2016 年8 月16 日凌晨發射，并在軌正常運行，已完成全部量子通信科學實驗。

　　2 地面測試平臺需求

　　本地面測試平臺是為驗證衛星功能測試需求來進行開發和研制的，它的作用是用來驗證衛星系統的功能完善以及幫助分析衛星功能故障，用于驗證衛星的星務、電源、測控、數傳、載荷、熱控等分系統的功能、工作狀態以及衛星各個分系統的技術狀態。

　　3 通訊協議格式及相關技術介紹

　　本章主要介紹關于遙測模塊和遙控模塊的數據流格式約定基于的通訊格式。衛星數據流是基于衛星相關通訊格式，分別介紹了國內外常用的衛星通信協議格式以及相關結構體系，計算機網絡通訊協議的原理介紹，軟件開發工具的選擇。

　　3.1 衛星相關通訊格式介紹

　　由于我國的測控地面站采用的都是PCM(PulseCodeModulation脈沖編碼調制)格式和CCSDS(ConsultativeCommitteeforSpaceDataSystems空間數據系統咨詢委員會)格式。主要根據量子衛星采用遙測遙控格式對CCSDS 遙控幀格式和CCSDS 遙測幀格式進行介紹。

　　3.1.1 CCSDS 背景資料及我國應用

　　空間數據系統咨詢委員會(Consultative Committee forSpace Data Systems，CCSDS)是一個國際性空間組織，成立于1982 年，主要負責開發和采納適合于空間通信和數據處理系統的各種通信協議和數據處理規范。

　　3.1.2 CCSDS 協議體系結構

　　空間通信協議體系結構自下而上包括：物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層和應用層。其中，每一層還包括一些特定協議格式。同步與信道編碼子層規定了在空間鏈路上傳送幀的同步與信道編碼方法。

　　3.2 軟件開發工具介紹

　　可配置測控地面測試平臺選用NI 公司的Labwindows/CVI。LabWindows/CVI 是National Instruments 公司利用虛擬儀器(virtualinstruments)技術開發的32 位以C 語言為基礎推出的面向計算機測控領域的虛擬儀器的交互式C 語言開發平臺，它最大的特點是提供各種靈巧方便的界面生成、編程、調利用它的集成開發環境、交互式編程方法和豐富的函數庫大大增強了C 語言的功能。

　　4 功能化模塊設計和測試結論

　　4.1 初始化模塊設計

　　基于關系數據庫的可配置測控地面測試平臺，其中初始化模塊實現測控前端軟件的初始化操作，包括讀取配置文件、建立連接、初始化窗口。具體功能如下：

　　(1)初始化配置模塊：讀取配置文件界面參數，包括端口、IP、字體、遙測量控件布局等;

　　(2)初始化連接模塊：創建數據庫連接，UDP 和TCP 網絡連接;

　　(3)初始化顯示模塊：提供登陸界面，密碼驗證，以及初始化顯示軟件界面和創建子頁面;

　　(4)初始化數據存儲模塊：創建遙測解擾前和解擾后的原始數據存儲文件。

　　4.2 遙控模塊設計

　　遙控模塊基于衛星相關遙控指令數據格式，具備直接指令、注入數據指令的生成與發送功能，并具備日志存儲功能。遙控模塊的具體功能是：

　　(1)用戶通過對地面測試平臺提供的圖形界面操作來進行指令的選擇、發送;

　　(2)軟件內部通過配置數據庫接口獲得需要的指令所在的信息表，并根據相關遙控格式約定文件所要求的遙控格式進行組幀;

　　(3)將待發的直接指令和注入數據指令通過TCP/IP 協議向CORTEX 發送，并接收CORTEX 的反饋遙控信息。