航天器测控应答机捕获时间指标测试系统及方法与流程

1.本发明涉及航天器测试技术领域，具体地，涉及一种航天器测控应答机捕获时间指标测试系统及方法。


背景技术：

2.捕获时间是航天器测控应答机的重要技术指标之一，是航天器测控应答机从接收到遥控信号到完成锁定状态的时间长度。以往对航天器测控应答机捕获时间指标的测量需要通过人工启动遥控信号输出、启动秒表、观察测控应答机锁定状态遥测、停止秒表、停止遥控信号输出等一系列繁琐操作来完成，自动化程度和测试效率低，并且容易引入因人工操作和状态判定导致的时间误差。本发明为提高航天器测控应答机捕获时间的测试效率和测量准确度而设计。
3.经过对现有技术的检索，授权公告号为cn 203950040 u、专利名称为《一种星载扩频应答机伪码的快速捕获结构》的发明专利公开了一种星载扩频应答机伪码的快速捕获结构，至少包括：低噪声放大器、一次下变频器、一次本振倍频器、温补晶体振荡器、晶振放大分路器、中频放大器、agc检波放大器、二次混频器、二次中频放大器、二次本振倍频器、中频采样模块、时钟发生控制模块、单频干扰检测模块、载波解调模块、捕获控制模块、伪码捕获模块和门限判决模块，该方案是对星载扩频应答机伪码捕获结构的设计，不涉及应答机捕获时间的测试方法。申请公布号为cn 105306095 a、专利名称为《一种快速捕获中继卫星测控系统信号的方法及系统》的发明专利公开了一种快速捕获中继卫星测控系统信号的方法及系统，该方法的步骤为:s1模数转换，综合数字基带设备通过高速模数转换器对模拟中频信号进行带通采样，得到数字中频信号；s2降采样处理；s3实现捕获处理时间小于数据采样时间，控制两个存储器实现数据流的无缝缓存，缓存深度即为进行相干积分的采样点数，两个存储器之间的切换间隔即为捕获数据的采样时间；s4实现信号动态范围的搜索，按照一次数据采样周期输出一个频率搜索单元结果的速度，采用2轮频率搜索收敛多普勒频率范围，并在第3轮相位搜索中获得缓存数据的码相位偏移量。该方案描述的是捕获中继卫星测控系统信号的方法及系统，不涉及测控应答机捕获时间的测试系统及方法。申请公布号为cn 105429918 a，专利名称为《一种用于深空测控信号的快速捕获方法》的发明专利公开了一种用于深空测控信号的快速捕获方法，该发明描述的方法为：首先对深空测控信号进行数字下变频和降采样处理，使得采样速率满足采样定理，对降采样的信号进行fft变换，并在频域进行信号检测；其次采用多相滤波信道化接收机将测控信号进一步进行并行下变频和降采样处理，将不确定范围较大的测控信号划分为多个并行的子带；最后对每一个并行的子带，采用基于fft的频域补偿方法，完成测控信号频率的快速捕获，并将频率估计输出送至锁相环。该方案不涉及测控应答机的捕获时间测试方法。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种航天器测控应答机捕获时间指
标测试系统及方法。
5.根据本发明提供的一种航天器测控应答机捕获时间指标测试系统，包括上行射频链路、下行射频链路、上变频器、下变频器、测控基带设备、遥测解析设备以及捕获时间测量设备，其中：
6.测控基带设备生成的上行中频遥控信号发送给上变频器，上变频器变频至上行遥控信号并发送至上行射频链路；上行射频链路对上行遥控信号功率衰减，发送给航天器测控应答器；
7.下行射频链路接收航天器测控应答机发送的下行遥测信号，对下行遥测信号衰减，发送至下变频器；下变频器将衰减后的下行遥测信号下变频至下行中频遥测信号并输出给测控基带设备；
8.遥测解析设备接收测控基带设备解调的遥测数据帧，对遥测数据帧进行解析，从遥测数据帧中提取航天器测控应答机锁定状态遥测，发送给捕获时间测量设备；
9.捕获时间测量设备用于测量航天器测控应答机的捕获时间，向测控基带设备发送远程控制请求。
10.优选地，所述测控基带设备支持两种测控模式的遥控信号生成和遥测信号解调：统一载波测控模式和直接序列扩频测控模式；两种测控模式分时复用。
11.优选地，测控基带设备能够通过测控局域网接收捕获时间测量设备发送的控制请求，控制请求类型包括遥控信号输出启动和遥控信号输出停止，测控基带设备按照控制请求类型进行相应的设置：
12.当收到的控制请求类型为遥控信号输出启动时，则启动输出遥控信号，若要在遥控信号上施加多普勒频率扫描状态，则预先设置号频率扫描范围和频率扫描速率；
13.当收到的控制请求类型为遥控信号输出停止时，则停止遥控信号输出。
14.优选地，所述遥测解析设备，从遥测数据帧中提取测控应答机锁定状态遥测的方法为：
15.预先设置测控应答机锁定状态遥测波道所在的遥测数据包类型标识，以及测控应答机锁定状态遥测波道在对应类型的遥测数据包数据区中的位置和遥测位宽；
16.遥测解析设备在收到遥测数据帧后，按照遥测数据包格式和遥测数据帧格式从遥测数据帧的有效数据区中提取出各类独立的遥测数据包；然后根据预先设置的遥测数据包类型标识从中搜索测控应答机锁定状态遥测所对应的遥测数据包；最后根据预先设置的测控应答机锁定状态遥测波道位置和数据位宽从遥测数据包中提取测控应答机锁定状态遥测。
17.优选地，所述遥测解析设备在通过局域网与测控基带设备进行通信时，通信协议遵循tcp/ip协议；
18.测控基带设备为服务器模式，监听遥测端口的数据请求，遥测解析设备以客户端模式向测控基带设备的遥测端口发起连接请求，与测控基带设备建立tcp/ip连接；
19.在建立tcp/ip连接后向测控基带设备发送遥测数据请求，测控基带设备接收到遥测数据请求后，当接收到遥测信号并解调出遥测数据帧时，持续地将遥测数据帧逐帧地发送给遥测解析设备。
20.优选地，所述捕获时间测量设备的测量方法是：在测控应答机遥控失锁的初始状
态下，测量测控基带设备开始输出遥控信号至测控应答机遥控锁定状态遥测变成锁定的时长，等效于测控应答机从收到遥控信号到遥控信号锁定的时长，为测控应答机捕获时间；
21.在测量测控应答机捕获时间时，捕获时间测量设备支持单次测量和自动多次测量。
22.优选地，所述捕获时间测量设备，在通过局域网与测控基带设备进行通信时，通信协议遵循tcp/ip协议；
23.测控基带设备为服务器模式，监听远程控制端口的数据请求，捕获时间测量设备以客户端模式向测控基带设备的远程控制端口发起连接请求，与测控基带设备建立tcp/ip连接；
24.在建立tcp/ip连接后，当捕获时间测量设备需要控制测控基带设备进行遥控信号输出的启动或停止时，向测控基带设备发送控制请求，测控基带设备接收到控制请求后，根据控制请求类型进行遥控信号输出的启动或停止操作，并返回应答信息给捕获时间测量设备。
25.优选地，所述捕获时间测量设备在通过局域网与遥测解析设备进行通信时，通信协议遵循tcp/ip协议；
26.遥测解析设备为服务器模式，监听遥测端口的数据请求，捕获时间测量设备以客户端模式向遥测解析设备的遥测端口发起连接请求，与遥测解析设备建立tcp/ip连接；
27.在建立tcp/ip连接后，向遥测解析设备发送遥测数据请求，遥测解析设备接收到请求后，当接收到遥测数据帧并从遥测数据帧中解析和提取出测控应答机锁定状态遥测数据时，持续地将遥测数据发送给捕获时间测量设备。
28.根据本发明提的一种航天器测控应答机捕获时间指标测试方法，包括如下步骤：
29.步骤s1：通过局域网将捕获时间测量设备、遥测解析设备和测控基带设备互连；通过射频电缆将测控基带设备、上变频器和上行射频链路互连，并通过射频电缆将上行射频链路与航天器测控应答机相连，建立上行遥控信号传输链路；通过射频电缆将航天器测控应答机与下行射频链路相连，并通过射频电缆将下行射频链路、下变频器和测控基带设备互连，建立下行遥测信号传输链路；
30.步骤s2：设置航天器测控应答机捕获时间指标测试之前的准备状态：各测试设备开机并设置工作参数；在遥测解析设备中设置测控应答机锁定状态遥测提取参数，在测控基带设备与遥测解析设备之间建立tcp/ip连接，建立遥测数据帧通信状态；在遥测解析设备与捕获时间测量设备之间建立tcp/ip连接，建立测控应答机锁定状态遥测数据通信状态；在捕获时间测量设备与测控基带设备之间建立tcp/ip连接，建立控制请求数据通信状态；
31.步骤s3：航天器及其测控应答机加电，测控基带设备输出遥控信号并接收遥测信号，与航天器测控应答机之间建立上行遥控信号和下行遥测信号的通信状态；
32.步骤s4：在捕获时间测量设备中，复位捕获时间测量功能，则捕获时间测量设备向测控基带设备发送遥控信号输出停止请求，使测控基带设备停止输出遥控信号，将测控应答机遥控锁定状态遥测变为失锁，并将计时器清零；
33.步骤s5：在捕获时间测量设备中，选择“单次测量”，启动捕获时间测量功能，开始进行测控应答机的捕获时间测量；
34.步骤s6：在捕获时间测量设备接收和检测到测控应答机锁定状态遥测数据变为锁定状态后，停止计时器，并显示计时结果，即为该次测量的测控应答机捕获时间；
35.步骤s7：若无需测量，则本次测试流程执行完毕，若需再次测量，则重复步骤s4～步骤s6。
36.优选地，在步骤s5中，在启动捕获时间测量功能前，选择“多次测量”，并设置测量次数n和测量时间间隔t，然后启动捕获时间测量功能，则测量结果为自动执行n次捕获时间测量结果的算术平均值。
37.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
38.1、本发明的航天器测控应答机捕获时间指标测试系统及测试方法，能够通过捕获时间测量设备自动判读测控应答机锁定状态和自动计时的方式来实现测控应答机捕获时间测量并生成测试结果。
39.2、相比传统的依靠人工操作遥控信号输出、启动秒表、观察测控应答机锁定状态遥测、停止秒表等繁琐操作来测量测控应答机捕获时间的方法，本发明测试系统和方法有助于精简人工操作，提高测试效率，并有助于减少因人工判读遥测状态和计时导致的时间误差，提高测量准确度。
附图说明
40.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
41.图1为本发明航天器测控应答机捕获时间指标测试系统的组成框图。
42.图2为本发明航天器测控应答机捕获时间指标测试方法的流程图。
具体实施方式
43.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
44.如图1和图2所示，根据本发明提供的一种航天器测控应答机捕获时间指标测试系统及方法，包括：
45.上行射频链路：包括射频电缆和射频信号功率衰减组件，射频电缆和射频信号功率衰减组件的工作频段为dc～10ghz，射频信号功率衰减组件的衰减值可调，衰减变化范围为0～121db，可调步进为1db；用于在测试设备与被测航天器测控应答机之间建立上行遥控信号传输链路，并对上行遥控信号进行功率衰减，使上行遥控信号功率满足航天器测控应答机的接收要求；通过射频电缆与上变频器相连，接收上变频器输出的射频遥控信号；通过射频电缆与航天器测控应答机相连，将功率衰减后的射频遥控信号发送给航天器测控应答机；
46.下行射频链路：包括射频电缆和射频信号功率衰减组件，射频电缆和射频信号功率衰减组件的工作频段为dc～10ghz，射频信号功率衰减组件的衰减值可调，衰减变化范围为0～121db，可调步进为1db；用于在测试设备与被测航天器测控应答机之间建立下行遥测
信号传输链路，并对下行遥测信号进行功率衰减，使下行遥测信号功率满足下游测试设备的接收要求；通过射频电缆与航天器测控应答机相连，接收航天器测控应答机发送的射频遥测信号；通过射频电缆与下变频器相连，将功率衰减后的射频遥测信号发送给下变频器；
47.上变频器：用于将测控基带设备输出的70mhz上行中频遥控信号上变频至2ghz～2.4ghz的射频信号，射频遥控信号的中心频率为航天器测控应答机接收频率；通过射频电缆与测控基带设备相连，接收测控基带输出的中频遥控信号；通过射频电缆与上行射频链路相连，将上变频处理后的射频遥控信号发送给上行射频链路；
48.下变频器：用于将航天器测控应答机输出的2ghz～2.4ghz下行射频遥测信号下变频至70m hz中频信号，并将中频遥测信号输出给测控基带设备；通过射频电缆与下行射频链路相连，接收下行射频链路输出的射频遥测信号；通过射频电缆与测控基带设备相连，将下变频处理后的中频遥测信号输出给测控基带设备；
49.测控基带设备：用于生成上行中频遥控信号，接收和解调下行中频遥测信号；通过射频电缆与上变频器相连，将生成的中频遥控信号发送给上变频器；通过射频电缆与下变频器相连，接收下变频器输出的中频遥测信号；通过测控局域网与遥测解析设备相连，将解调出的遥测数据帧通过局域网发送给遥测解析设备；通过测控局域网与捕获时间测量设备相连，接收捕获时间测量设备发送的远程控制请求数据；
50.遥测解析设备：用于接收测控基带设备解调的遥测数据帧，对遥测数据帧进行解析，从遥测数据帧中提取航天器测控应答机锁定状态遥测，通过局域网发送给捕获时间测量设备；通过测控局域网与测控基带设备相连，接收测控基带设备发送的航天器遥测数据帧；通过测控局域网与捕获时间测量设备相连，将提取的航天器测控应答机锁定状态遥测发送给捕获时间测量设备；
51.捕获时间测量设备：用于测量航天器测控应答机的捕获时间；通过局域网与测控基带设备相连，向测控基带设备发送远程控制请求；通过局域网与遥测解析设备相连，从遥测解析设备接收航天器测控应答机锁定状态遥测。
52.上述测控基带设备支持两种测控模式的遥控信号生成和遥测信号解调：统一载波测控模式和直接序列扩频测控模式；两种测控模式分时复用。
53.上述测控基带设备支持远程控制方式，在远程控制方式下，测控基带设备能够通过测控局域网接收捕获时间测量设备发送的控制请求，控制请求类型包括遥控信号输出启动和遥控信号输出停止两类，测控基带设备按照控制请求类型进行相应的设置：当收到的控制请求类型为遥控信号输出启动时，则启动输出遥控信号，若要在遥控信号上施加多普勒频率扫描状态，则需预先设置号频率扫描范围和频率扫描速率；当收到的控制请求类型为遥控信号输出停止时，则停止遥控信号输出。
54.上述遥测解析设备，从遥测数据帧中提取测控应答机锁定状态遥测的方法为：预先设置测控应答机锁定状态遥测波道所在的遥测数据包类型标识，以及测控应答机锁定状态遥测波道在对应类型的遥测数据包数据区中的位置和遥测位宽；遥测解析设备在收到遥测数据帧后，按照遥测数据包格式和遥测数据帧格式从遥测数据帧的有效数据区中提取出各类独立的遥测数据包；然后根据预先设置的遥测数据包类型标识从中搜索测控应答机锁定状态遥测所对应的遥测数据包；最后根据预先设置的测控应答机锁定状态遥测波道位置和数据位宽从遥测数据包中提取测控应答机锁定状态遥测。遥测解析设备在对遥测数据帧
和遥测数据包进行解析，并提取测控应答机锁定状态遥测时，能够适应的遥测数据帧格式和遥测数据包格式为符合国军标《航天器测控和数据管理第6部分：分包遥测》规定的格式。
55.上述遥测解析设备在通过局域网与测控基带设备进行通信时，通信协议遵循tcp/ip协议；测控基带设备为服务器模式，监听遥测端口的数据请求，遥测解析设备以客户端模式向测控基带设备的遥测端口发起连接请求，与测控基带设备建立tcp/ip连接；在建立tcp/ip连接后向测控基带设备发送遥测数据请求，测控基带设备接收到遥测数据请求后，当接收到遥测信号并解调出遥测数据帧时，持续地将遥测数据帧逐帧地发送给遥测解析设备。
56.上述捕获时间测量设备的测量方法是：在测控应答机遥控失锁状态下，测量测控基带设备开始输出遥控信号至测控应答机遥控锁定状态遥测变成锁定的时长，等效于测控应答机从收到遥控信号到遥控信号锁定的时长，即为测控应答机捕获时间。在测量测控应答机捕获时间时，捕获时间测量设备即支持单次测量，也支持自动多次测量，其中单次测量方法是：首先在捕获时间测量设备中复位捕获时间测量功能，则捕获时间测量设备向测控基带设备发送遥控信号输出停止请求，使测控基带设备停止输出遥控信号，将测控应答机遥控锁定状态遥测变为失锁，并将计时器清零；然后选择“单次测量”功能，并启动捕获时间测量功能，则捕获时间测量设备向测控基带设备发送遥控信号输出启动请求，使测控基带设备开始输出遥控信号，同时启动计时器，并持续接收和检测从遥测解析设备接收到的测控应答机锁定状态遥测是否从失锁变为锁定；当检测到测控应答机锁定状态遥测从失锁变为锁定后，停止计时器，则测控应答机捕获时间为当前计时器的计时值。自动多次测量方法是：首先复位捕获时间测量功能，则捕获时间测量设备向测控基带设备发送遥控信号输出停止请求，使测控基带设备停止输出遥控信号，将测控应答机遥控锁定状态遥测变为失锁，并将计时器清零；然后选择“多次测量”功能，并设置测量次数n和测量时间间隔t，测量时间间隔t需大于测控应答机锁定状态遥测的下传周期，设置完成后启动捕获时间测量功能，则捕获时间测量设备向测控基带设备发送遥控信号输出启动请求，使测控基带设备开始输出遥控信号，同时启动计时器，并持续接收和检测从遥测解析设备接收到的测控应答机锁定状态遥测是否从失锁变为锁定；当检测到测控应答机锁定状态遥测从失锁变为锁定后，停止计时器，记录本次计时器的计时值，并自动复位捕获时间测量功能；等待时间t后，自动重新启动下一次捕获时间测量功能；每次测量完成后记录计时器的计时值，并自动复位捕获时间测量功能，直至n次捕获时间测量功能执行完毕；测量完毕后将n次测量结果以文本文件格式在本地硬盘进行存储，并计算n次计时器测量结果的算术平均值，进行显示，作为测控应答机捕获时间自动多次测量的最终测量结果。
57.上述捕获时间测量设备，在通过局域网与测控基带设备进行通信时，通信协议遵循tcp/ip协议；测控基带设备为服务器模式，监听远程控制端口的数据请求，捕获时间测量设备以客户端模式向测控基带设备的远程控制端口发起连接请求，与测控基带设备建立tcp/ip连接；在建立tcp/ip连接后，当捕获时间测量设备需要控制测控基带设备进行遥控信号输出的启动或停止时，向测控基带设备发送控制请求，测控基带设备接收到控制请求后，根据控制请求类型进行遥控信号输出的启动或停止操作，并返回应答信息给捕获时间测量设备。所述捕获时间测量设备在通过局域网与遥测解析设备进行通信时，通信协议遵循tcp/ip协议，遥测解析设备为服务器模式，监听遥测端口的数据请求，捕获时间测量设备
以客户端模式向遥测解析设备的遥测端口发起连接请求，与遥测解析设备建立tcp/ip连接；在建立tcp/ip连接后，向遥测解析设备发送遥测数据请求，遥测解析设备接收到请求后，当接收到遥测数据帧并从遥测数据帧中解析和提取出测控应答机锁定状态遥测数据时，持续地将遥测数据发送给捕获时间测量设备。
58.如图2所示，本发明还提供了一种航天器测控应答机捕获时间指标测试方法，其包括如下步骤：
59.s1、通过局域网将捕获时间测量设备、遥测解析设备和测控基带设备互连；通过射频电缆将测控基带设备、上变频器和上行射频链路互连，并通过射频电缆将上行射频链路与航天器测控应答机相连，建立上行遥控信号传输链路；通过射频电缆将航天器测控应答机与下行射频链路相连，并通过射频电缆将下行射频链路、下变频器和测控基带设备互连，建立下行遥测信号传输链路；
60.s2、设置航天器测控应答机捕获时间指标测试之前的准备状态：各测试设备开机并设置工作参数，包括上变频器工作频点、下变频器工作频点、测控基带设备遥控信号生成参数和遥测信号解调参数等；在遥测解析设备中设置测控应答机锁定状态遥测提取参数，包括测控应答机锁定状态遥测波道所在的遥测数据包类型标识，以及测控应答机锁定状态遥测波道在对应类型的遥测数据包数据区中的位置和遥测位宽；在测控基带设备与遥测解析设备之间建立tcp/ip连接，建立遥测数据帧通信状态；在遥测解析设备与捕获时间测量设备之间建立tcp/ip连接，建立测控应答机锁定状态遥测数据通信状态；在捕获时间测量设备与测控基带设备之间建立tcp/ip连接，建立控制请求数据通信状态。
61.s3、航天器及其测控应答机加电，测控基带设备输出遥控信号并接收遥测信号，与航天器测控应答机之间建立上行遥控信号和下行遥测信号的通信状态。
62.s4、在捕获时间测量设备中，复位捕获时间测量功能，则捕获时间测量设备向测控基带设备发送遥控信号输出停止请求，使测控基带设备停止输出遥控信号，将测控应答机遥控锁定状态遥测变为失锁，并将计时器清零；
63.s5、在捕获时间测量设备中，选择“单次测量”，启动捕获时间测量功能，开始进行测控应答机的捕获时间测量；
64.s6、在捕获时间测量设备接收和检测到测控应答机锁定状态遥测数据变为锁定状态后，停止计时器，并显示计时结果，即为该次测量的测控应答机捕获时间。
65.s7、本次测试流程执行完毕，若需再次测量，则重复步骤s4～步骤s6。
66.上述捕获时间测量方法不仅支持单次测量流程的执行和手动多次测量流程的执行，还支持自动执行多次测量流程，自动执行多次测量流程的方法为：在步骤s5中，在启动捕获时间测量功能前，选择“多次测量”，并设置测量次数n和测量时间间隔t，然后启动捕获时间测量功能，则测量结果为自动执行n次捕获时间测量结果的算术平均值。
67.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实
现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
68.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。