探究量子科學實驗衛星通用化地面測試平臺的設計論文

　　1 課題背景

　　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，明確了工程研製建設的主要問題，明確了工程的總體計劃安排。量子科學實驗衛星“墨子”已於2016 年8 月16 日凌晨發射，並在軌正常執行，已完成全部量子通訊科學實驗。

　　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製的，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，用於驗證衛星的星務、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

　　本章主要介紹關於遙測模組和遙控模組的資料流格式約定基於的通訊格式。衛星資料流是基於衛星相關通訊格式，分別介紹了國內外常用的衛星通訊協議格式以及相關結構體系，計算機網路通訊協議的原理介紹，軟體開發工具的選擇。

　　3.1 衛星相關通訊格式介紹

　　由於我國的測控地面站採用的都是PCM(PulseCodeModulation脈衝編碼調製)格式和CCSDS(ConsultativeCommitteeforSpaceDataSystems空間資料系統諮詢委員會)格式。主要根據量子衛星採用遙測遙控格式對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

　　空間資料系統諮詢委員會(Consultative Committee forSpace Data Systems，CCSDS)是一個國際性空間組織，成立於1982 年，主要負責開發和採納適合於空間通訊和資料處理系統的各種通訊協議和資料處理規範。

　　3.1.2 CCSDS 協議體系結構

　　空間通訊協議體系結構自下而上包括：物理層、資料鏈路層、網路層、運輸層和應用層。其中，每一層還包括一些特定協議格式。同步與通道編碼子層規定了在空間鏈路上傳送幀的同步與通道編碼方法。

　　3.2 軟體開發工具介紹

　　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互動式C 語言開發平臺，它最大的特點是提供各種靈巧方便的介面生成、程式設計、調利用它的整合開發環境、互動式程式設計方法和豐富的函式庫大大增強了C 語言的功能。

　　4 功能化模組設計和測試結論

　　4.1 初始化模組設計

　　基於關係資料庫的可配置測控地面測試平臺，其中初始化模組實現測控前端軟體的初始化操作，包括讀取配置檔案、建立連線、初始化視窗。具體功能如下：

　　(1)初始化配置模組：讀取配置檔案介面引數，包括埠、IP、字型、遙測量控制元件佈局等;

　　(2)初始化連線模組：建立資料庫連線，UDP 和TCP 網路連線;

　　(3)初始化顯示模組：提供登陸介面，密碼驗證，以及初始化顯示軟體介面和建立子頁面;

　　(4)初始化資料儲存模組：建立遙測解擾前和解擾後的原始資料儲存檔案。

　　4.2 遙控模組設計

　　遙控模組基於衛星相關遙控指令資料格式，具備直接指令、注入資料指令的生成與傳送功能，並具備日誌儲存功能。遙控模組的具體功能是：

　　(1)使用者透過對地面測試平臺提供的圖形介面操作來進行指令的選擇、傳送;

　　(2)軟體內部透過配置資料庫介面獲得需要的指令所在的資訊表，並根據相關遙控格式約定檔案所要求的遙控格式進行組幀;

　　(3)將待發的直接指令和注入資料指令透過TCP/IP 協議向CORTEX 傳送，並接收CORTEX 的反饋遙控資訊。