ПРОГРАММНАЯ ПОДДЕРЖКА ИСПЫТАНИЙ ПРИЕМА-ПЕРЕДАЧИ КОМАНД И АНАЛИЗА ТЕЛЕМЕТРИИ В КОМАНДНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

Полный текст

Введение. Современные подходы к автоматизации испытаний бортовой аппаратуры являются основой развития наукоемкого производства космических аппаратов. Испытания направлены на подтверждение соответствия параметров функционирования бортовых устройств заданным техническим требованиям. Результаты испытаний в наземных условиях должны гарантировать работоспособность бортовой аппаратуры в течение срока активного существования в условиях космического пространства. Применение компьютерных технологий позволяет повысить качество, снизить себестоимость и сократить сроки проведения испытаний [1]. Повышенной сложностью отличаются автономные испытания, которые призваны исследовать широкий круг физических параметров устройства и проводить анализ логики функционирования объекта контроля без подключения сопряженных систем. В этом случае в процессе испытаний требуется имитировать работу устройств, взаимодействующих с объектом контроля, формировать необходимые для передачи потоки данных и выполнять анализ телеметрии, поступающей в программное обеспечение с реального оборудования. Правила проведения проверок различных объектов контроля определяются базовыми или отраслевыми стандартами, а также методиками отдельных предприятий. Например, стандарт ISO/IEC 9646 [2] задает методологию проведения функциональных испытаний коммуникационных систем, стандарты Европейского космического агентства определяют правила и порядок испытаний бортовой аппаратуры космического аппарата [3; 4]. Разрабатываются принципы проведения функциональных проверок на основе формальных методов описания испытательных процедур и спецификации испытываемых систем [5]. Создаются технологии, позволяющие для выполнения задач имитации, верификации, проведения испытаний интегрировать программные модули различных производителей, например, программная архитектура OPEN/CAESAR [6]. На предприятиях-изготовителях космических систем разрабатываются собственные подходы и программы испытаний. Перед авторами была поставлена задача создания программного обеспечения для расширения возможностей программно-аппаратного комплекса контрольно-проверочной аппаратуры, который внедрен в АО «ИСС» и предназначен для анализа функционирования бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата [7]. Проведенные исследования существующих методов и технологических подходов к проведению испытаний сложных технических систем позволили авторам построить собственные программные решения. Командно-измерительная система предназначена для информационного обмена между наземным и бортовым комплексами управления [8]. С наземного комплекса управления выполняется прием телекоманд, их первичная обработка и передача для отработки в бортовой комплекс управления. В обратном направлении командно-измерительная система осуществляет передачу пакетов телеметрии с информацией о состоянии бортовых систем космического аппарата и результатами отработки телекоманд [9]. Для передачи данных используются стандарты Европейского космического агентства: ESAPSS-04-107 [10] описывает формат телекоманд, а стандарт ESAPSS-04-106 [11] - формат телеметрии. Программное обеспечение должно расширить возможности программно-аппаратного комплекса контрольно-проверочной аппаратуры и проводить испытания приема-передачи телекоманд, мониторинга и анализа телеметрии командно-измерительной системы космического аппарата. Задача приема-передачи команд. Создание программных инструментов, предназначенных для проведения испытаний приема, передачи и отработки команд, потребовало детального изучения методов информационного взаимодействия командно-измерительной системы с наземным и бортовым комплексами управления. Исследование особенностей и логики взаимодействия выполнялось в программном обеспечении «Программно-математическая модель бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата» [12]. Программное обеспечение позволяет строить имитационные модели, задавать пакеты команд и телеметрии произвольной структуры, реализовывать логику их передачи и отработки бортовыми системами. В простом случае имитационная модель представляет собой набор подсистем: передатчик, приемник и интерфейсный модуль командно-измерительной системы, а также логические имитаторы наземного комплекса и бортовых устройств, позволяющие отрабатывать информационное взаимодействие элементов модели. В процессе имитационного моделирования программное обеспечение формирует пакеты данных имитаторов систем, выполняет и визуализирует передачу, прием и отработку команд, а также формирование и анализ телеметрии. Программный имитатор наземного комплекса управления выполняет передачу команд в заданной последовательности в командно-измерительную систему, которая после приема телекоманды добавляет квитанцию о ней в передаваемый пакет телеметрии. Далее выполняется передача команды в программный имитатор бортового комплекса управления. Для контроля отработки команды имитатор программно формирует ответ и передает его в командно-измерительную систему. Контроль отработки осуществляется по получаемой телеметрии. Программное обеспечение визуализирует состояние и активность элементов имитационной модели и отображает все обрабатываемые потоки данных. Структуры команд и методы их отработки в имитационной модели могут меняться, что позволяет выявлять различные особенности функционирования командно-измерительной системы и служит наглядным примером для формирования методик проведения испытаний. Имитационные модели могут усложняться включением в них дополнительных элементов и резервных блоков. Пример графического представления имитационной модели функционирования командно-изме-рительной системы показан рис. 1. Подробнее о функциях и применении программных инструментов имитационного моделирования написано в [13; 14]. Проведение имитационных экспериментов позволило выделить основные задачи, которые требуют программной поддержки в процессе подготовки и проведения испытаний приема-передачи команд и анализа телеметрии в командно-измерительной системе. Программное обеспечение должно осуществлять поддержку решения следующих задач: - формирование базы команд и структур телеметрии; - задание списка команд и контрольных значений телеметрии; - настройка передачи команд и приема телеметрии; - выполнение передачи команд и приема телеметрии; - анализ отработки команд. Рис. 1. Графическая модель объекта испытаний Передача команд должна осуществляться как в автоматическом режиме, так и под управлением пользователя. Такой подход позволит использовать программное обеспечение как инструмент исследователя на начальных этапах проведения испытаний для подготовки и апробации элементов испытательных процедур. Авторами выполнена программная реализация, позволяющая решать все указанные задачи и осуществлять информационную и программно-инструментальную поддержку подготовки и проведения испытаний. Новые программные решения являются расширением функций существующих подсистем программного обеспечения контрольно-проверочной аппаратуры ПО КПА КИС «Редактор пакетов данных», «Подсистема подготовки испытаний», «Подсистема выполнения испытаний» [15; 16]. Кроме того, создана дополнительная подсистема, позволяющая формировать последовательность команд для отправки и задать настройки их передачи: - интерфейс передачи (RS422 первый и второй канал, ВЧ); - время ожидания реакции на команду в телеметрии; - количество повторения отправки команды; - способ передачи (ручной, автоматический); - контролируемые поля и контрольные значения пакета телеметрии (в соответствии со структурой пакета телеметрии, созданной с помощью редактора пакетов данных). Взаимодействие между программным обеспечением и оборудованием командно-измерительной системы выполняется посредством контрольно-проверочной аппаратуры. Библиотеки программ, обеспечивающих взаимодействие, разработаны специалистами Сибирского федерального университета. Для библиотек используется технология виртуальных приборов, реализованная в программной среде LabVIEW [17]. Программное обеспечение контрольно-проверочной аппаратуры выполняет интеграцию различных виртуальных приборов и осуществляет управление процессом проведения испытаний [18]. Программное обеспечение для подготовки и проведения испытаний приема-передачи команд. Подготовка к проведению испытаний приема-передачи команд начинается с определения структур пакетов данных телекоманд, задания назначения и свойств отображения полей телеметрии. Все настройки выполняются в графическом редакторе и могут изменяться в процессе работы. На рис. 2 показан интерфейс редактора пакетов данных. Окно редактора содержит панель инструментов и формы для отображения структур и пакетов данных. Редактор позволяет создавать структуры пакетов данных, заполнять структуры данными, сохранять их в файл или в базу данных для последующего использования сохраненных структур. Пример заполненной структуры для приема и анализа телеметрии показан на рис. 3. Для полей телеметрии могут быть заданы ограничения на значения, реакции при выходе за граничные условия и способы отображения значений. На основе созданной базы команд выполняется настройка их передачи для проведения испытаний: выбирается команда, коммутационный интерфейс, время ожидания реакции на команду, количество повторений, способ передачи, контролируемые поля и контрольные значения пакета телеметрии (рис. 4). При формировании перечня команд определяется, будет ли действие выполняться автоматически или вручную под управлением конструктора бортовой аппаратуры. Для каждого испытания может быть настроен собственный перечень команд и параметров их передачи и анализа отработки. На этом подготовка испытаний завершается. Далее заданная последовательность команд передается в подсистему выполнения испытаний. При проведении испытаний программное обеспечение выполняет передачу команд в программно-аппаратный комплекс контрольно-проверочной аппаратуры, посредством которого выполняется взаимодействие с бортовой аппаратурой командно-измерительной системы космического аппарата. Рис. 2. Редактор пакетов данных Рис. 3. Пример создания в редакторе пакетов данных структуры телеметрии Рис. 4. Редактор настройки передачи команд Командно-измерительная система выполняет собственные алгоритмы функционирования, получая команды, анализируя, выполняя или передавая их в программное обеспечение, формируя телеметрию и передавая ее также в программное обеспечение. Программное обеспечение передает команды, формирует ответы в соответствии с алгоритмами работы оборудования и заданными периодами ожидания. Схема информационных потоков данных, возникающих при проведении испытаний бортовой аппаратуры командно-измерительной системы, показана на рис. 5. Программное обеспечение передает команду (стрелка 1) в командно-измерительную систему, которая после приема команды добавляет квитанцию о ней в передаваемый пакет телеметрии (стрелка 2). Командно-измерительная система анализирует команду, и если это команда для бортового комплекса управления, то передает её в программное обеспечение, заменяющее при испытаниях место бортовых систем (стрелка 3). Для контроля отработки команды программное обеспечение формирует ответ на бортовую команду в соответствии с заданными настройками и передает его в командно-измерительную систему (стрелка 4). Командно-измерительная система добавляет полученный ответ к телеметрии и передает сформированный пакет в программный модуль отправки команд, который в нашем случае играет роль наземного комплекса управления и выполняет прием и анализ телеметрии (стрелка 5). Программное обеспечение получает телеметрию и на основании квитанции и ответа делает вывод о прохождении команды. Телеметрия принимается и обрабатывается в соответствии с алгоритмами, заданными в технической документации. Передаваемые и получаемые пакеты данных, а также результаты их анализа визуализируются в окне мониторинга «Проверка команд», интерфейс которого показан на рис. 6. Окно мониторинга отображает параметры, время отправки и получения реакции в телеметрии, а также контрольные значения. Программное обеспечение ведет контроль параметров телеметрии по заданным граничным условиям и отображает результаты анализа. Разработанная схема визуализации, включающая условные обозначения и цветовую индикацию, позволяет конструктору, проводящему испытания, видеть процесс отправки команд и определять корректность контрольных точек. Окно мониторинга непрерывно обновляется, отображая текущее состояние испытательных действий. Конструктор может изменять последовательность команд, добавляя новые или отправляя ранее выполненные. Рис. 5. Потоки данных между объектом контроля и программным обеспечением Рис. 6. Мониторинг передачи и отработки команд Рис. 7. Мониторинг телеметрии Визуализация параметров, содержащихся в телеметрическом кадре, выполняется в окне «Монитор телеметрии» (рис. 7). Телеметрия начинает приниматься при старте программного обеспечения. Вся полученная телеметрия сохраняется в базе данных и доступна для просмотра и анализа. В окне телеметрии на разных закладках визуализируется телеметрический кадр в шестнадцатиричной системе исчисления и в виде отдельных отчетов по заданным группам параметров. Настройка и группировка параметров выполняется в редакторе пакетов данных. Для каждого параметра показывается полученное значение в двоичном или десятичном виде. Все изменения параметров в поступающей телеметрии отображаются в окне мониторинга. Данные окна можно сортировать, группировать, фильтровать, настраивая удобный способ отображения. Заключение. Разработанное программное обеспечение внедрено в программно-аппаратный комплекс, предназначенный для выполнения электрических высоко- и низкочастотных испытаний на предприятии-изготовителе спутниковых систем. Использование программного обеспечения для создания испытательных процедур приема-передачи команд и анализа телеметрии расширяет возможности исследования бортовой аппаратуры и повышает качество и надежность проводимых испытаний. Внедрение программных инструментов мониторинга телеметрии в программно-аппаратный комплекс контрольно-проверочной аппаратуры позволяет проводить тестирование физических характеристик командно-измерительной системы и методов анализа логики ее функционирования при постоянном контроле телеметрии, представляющей информацию о реальном состоянии оборудования. Разработанные программные подсистемы обеспечивают наглядность построения сложных последовательностей испытательных процедур приема-передачи команд, а также удобство и корректность отображения результатов. Реализованный подход дает возможность использовать программное обеспечение как инструмент исследователя для подготовки и апробации элементов испытательных процедур, а также для выполнения автоматизированных испытаний бортовой аппаратуры.

Об авторах

Л. Ф. Ноженкова

Институт вычислительного моделирования СО РАН

Email: expert@icm.krasn.ru
Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/44

О. С. Исаева

Институт вычислительного моделирования СО РАН

Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/44

Р. В. Вогоровский

Сибирский федеральный университет

Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79

Е. А. Грузенко

Институт вычислительного моделирования СО РАН

Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/44

Список литературы

Дополнительные файлы