-师德师风工作计划
2023年4月18日发(作者：钻套)维普资讯
第２８卷第３期
航天返回与遥感
２ＯＯ７年９月
ＳＰＡＣＥＣＲ ＡＦＴ ＲＥＣ０ｖＥＲＹ＆ＲＥ＝ＭＯ ＩＥ ＳＥＮＳＩＮＧ ２７
航天光学相机地面测控设备通用化研究
王劲强 汤恩生石志成
（北京空间机电研究所，北京１０００７６）
摘要文章提出了航天光学相机控制系统测试设备通用化研究的思路，制定了通用化方案，对各功
能模块进行了通用化设计。
关键词光学遥感器测试通用化空间相机
ｎｌｅ ＵＩｌｉｖｅｒｓａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｔ—ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｄｅ￣ｃｅ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｌｎｅｒａ
Ｗａｎｇ Ｊｉｎｑｉａｎｇ Ｔａｎｇ Ｅｎｓｈｅｎｇ Ｓｈｉ Ｚｈｉｅｈｅｎｇ
（Ｂｅｊｉｎｇ Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｕｇｇｅｓｔｅｓ ｔｈｅ ｉｄｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｓｐａｃｅ叩一
ｔｉｃａｌ ｒｅｍｏｔｅ—ｓｅｎｓｏｒ’ｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｆｒａｔｎｅｓ ｔｈｅ ａｌｌ—ｐｕｒｐｏｓｅ ｓｃｈｅｍｅ。ｄｅｓｉｇｎｓ ｔｈｅ ａｌｌ—ｐｕｒｐｏｓｅ ｍｏｄｕｌｅｓ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ Ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｓｐａｃｅ ｃａｍｅｒａ
置，并采集成像子系统的遥测数据提供给卫星。
１概述
１．３相机控制系统地面测试设备通用化的可行性
分析
１．１光学相机卫星平台分析
航天光学相机地面测控设备是型号研制必须的
卫星平台是光学相机的载体，为相机正常工作 地面电气支撑设备，它模拟卫星平台数管分系统、遥
提供了一个良好的空间工作环境，卫星平台通过供
控分系统、供电分系统、遥测分系统等功能和接口，
电分系统为相机提供电源，通过数管分系统实现对
完成对光学相机的控制，并对相机的性能进行测试。
相机的控制和遥测。通过对目前研制的各型号相机
不同应用的相机性能不同，数传接口差别比较
不同安装平台进行详细分析，从中可以看出不同的
大，所以各型号的快ipad桌面壁纸
视设备差异比较大，基本上没有
卫星平台其供电特性、直接指令特性和数管特性整
通用型。相机与卫星墙台的供电和指令接口随平台
体差异不大。
的不同略有差异，平台一样，接口一致。差别在于供
１．２光学相机控制系统功能
电的种类和指令遥测的数量有差异。由此可以看出
光学相机控制系统的主要功能是：与卫星遥控
光学相机控制系统地面测试设备应该可以做到通用
遥测分系统接口，接收直接指令、间接数据指令，并
化。
为卫星提供相机的遥测数据；与卫星供电分系统接
１．４相机地面测控设备通用化的必要性分析
口，为相机分系统配电；与相机分系统中的成像子系
目前各型号的地面测试设备虽然功能上大同小
统接口，对成像子系统进行成像控制和成像参数设
异，但是还没有做到通用化。一种地面测试设备往
往只适用于某一种特定的cows怎么读
型号，当这一型号结束后，
收稿日期：２ＯＯ７—０６—０６
其相应的地面测试设备也就结束了它的使命，被闲
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航天返回暑遥感 ２Ｏ０７年第２８卷
置或者报废，造成资源的浪费。随着光学相机型号
的不断增多和研制周期的缩短，研制任务越来越重 构建测试局域网，建立动态数据库，将所进行的
型号任务的多样化和紧迫性迫使地面测试设备的研
制必须同步甚至超前。先有型号任务，后开发地面 测试情况进行实时的网络广播和测试数据共享。设
２．３构建测试局域网
测试操作实时存储在数据服务器中，利用局域网对
立测试终端，便于与设计人员交流以及管理人员对
测试进程进行同步监视和调度，能够及时发现和解
决测试过程中存在的问题。
测试设备的思路势必会使地面测试设备的开发滞后
于型号的研制，从而影响到型号研制的进度。
基于上面的分析，考虑研制一种通用的光学相
机地面测控设备，使其能够适应不同型号任务的测 ２．４制定基于ｃＡＮ总线控制方式的分布式网络测
试需求，具有很强的型号适应性。一方面，可以避免
因测试设备过于专用化而造成的资源浪费、利用率
低的弊端；另一方面，能够很好地保证研制周期。
１．５相机地面测控设备通用化的意义
测试设备通用化具有一定的现实意义，具体体
现在以下几个方面：
１）通用测试设备可安全方面
以贯穿型号研制的全过程；
２）资源的利用率将得到提高；
３）针对不同的光学相机控制系统不必设计专
用的测试设备，从而缩短了研制周期；
４）降低了研制、维修成本，节约了研制经费；
５）加速测试规范化进程，进而促进相机控制系 进行的多节点的、可靠的、便捷的通讯网络。
统接口设计的标准化。 一
２相机地面测控设备通用化研究思路
２．１采用模块化设计思想
采用模块化设计思想进行通用化测试设备的研
制。综合当前光学相机控制系统的特点，按测试功
能类别设计相应的测试模块。例如，配电与直接指 机时需在其ＰＣＩ扩展槽内安装ＣＡＮ总线通讯适配
令模块、串行加载模块、串行遥测模块、总线通讯模 卡，选用移动Ｐｃ机作为上位机时则需接一个ＵＳＢ—
块、模拟量及开关遥测量采集模块等。将所有的测
试模块组合起来就构成了通用化测试设备。结合硬 样，每一个功能模块也都有一个“地址”，上位机发送
件设计特点，测试软件方面也做到了通用化。
２．２利用搭积木方式来构建测试设备
对已有测试模块采用搭积木方式来构建针对某 指令或数据包，对“地址”不符合的不予理睬。系统
一
待测型号的测试设备。根据不同型号的测试任务
需求，将现有的各个功能模块进行筛选、组合即可形
成针对该型号的测试设备。不同型号的测试设备仅
仅是现有功能模块的特色组合而已，并配有相应的
通用化软件。从而避免了测试设备的重复设计，既
节约了研制成本，又能缩短研制周期。
控节点
ＣＡＮ是唯一的具有国际标准（Ｉｓｏ—ｌ１８９８）的现
场总线，具有规范２．０Ａ和２．０Ｂ。其性能价格比均
非常高，可靠性非常好，支持分布控制和实时控制的
串行通讯网络，它具有独特的设计思想，卓越的功能
特陛和极高的可靠性，２０世纪９０年代初以来随着
小卫星技术的逐渐成熟及应用的不断扩大，ＣＡＮ总
线在航天领域中又得到了很广泛的应用。
本课题的设计过程中，充分利用了ＣＡＮ总线的
优点，在各个模块以及上位机之间利用ＣＡＮ总线搭
建起了一个通讯平台，形成了在各个模块之间可以
２．５通用地面测控设备的系统构成
整个通用测试设备由上位机、终端、数据服务
器、接至上位机内部的ＣＡＮ总线通讯适配卡以及各
种具有ＣＡＮ通讯功能的下位机（功能模块）组成。
上位机与各功能模块一同挂接在ＣＡＮ总线上。上
位机根据实际需要可以为一台，也可以为多台，可选
用台式机，也可选用移动Ｐｃ机。台式机作为上位
ＣＡＮ转换卡。每台上位机都有自己的“地址”。同
的每一帧指令或数据中都含有“目标地址”，不同的
功能模块仅接收“目标地址”与自身“地址”相吻合的
构成如图ｌ所示。
上位机实现对系统的管理和控制，与局域网服
务器交换数据、生成测试指令、接收测试数据并存
储、测试结果数据库查询、打印测试结果等功能。各
功能模块则通过测试电缆与相机控制系统的电气接
口直接相连。
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第３期 王劲强 等：航天光学相机地面测控设备通用化研究 ２９
配电与直接指令模块总线通讯模块串行加载模块串行遥测模块遥测采集模块
图１测试设备系统构成图
１２Ｖ、５Ｖ等。配电模块本身具有监视各路电源
３功能模块设计
的电压和电流的功能，自动进行过压过流保护，确保
被测对象的安全。
３．１配电与开关指令模块
模块中开关指令输出部分的主要功能是模拟卫
该模块中，配电部分的主要功能是模拟卫星供 星平台或设备向被测试的光学相机（或设备）发送开
电分系统为被测试的光学相机系统提供电源，由安
关（直接）指令，被测设备将会执行接收到的开关指
装在该模块中的ＤＣ／ＤＣ电源转换器来提供。上位
令。开关指令输出的路数可以做到尽量多，留有一
机通过ＣＡＮ总线向配电与开关指令模块发送配电 定的裕量，作扩展用。实际测试时将根据测试对象
指令，由处理器单元进行指令解析，通过控制相应的
的情况，选择其中几路开关指令输出。配电与开关
继电器通断实现配电，从而输出被测试光学相机所 指令输出模块示意图如图２所示。
需要的各种形式的直流电源。例如，＋２８Ｖ、１５Ｖ、
保护电路
：
■
继电器电
皇～——
电 ｝钽流采集
＇１
～
共 组
ｊ
—－
８路
开关
指令
输出
８路
开关
指令
输出
图２配电与开关指令输出示意图
一路 一
一塑
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航天返回与遥感 ２Ｏ０７年第２８卷
３．２总线通讯模块
总线通讯模块的主要功能是实现被测对象（光
学相机或设备）与上位机（卫星平台）的通讯适配功
能。可以实现上位机与被测相机之间直接的ＣＡＮ
ｃＡＮ 处
总线 理
通讯，也可以实现上位机的ＣＡＮ总线与相机的Ｒｓ
控锚 器
及驱 萱
一
４８５通讯标准以及军用１５５３Ｂ总线的转换。总线
动电 ●Ｈ●
通讯模块的示意图如图３所示。
路 兀
Ｃ＾Ｎ 处
控翻 几——Ｊ、 理
总线
图４串行加载模块示意图
器、 — 器
总线 单
一
驱动 兀
）第ｌ路
ｃＡＮ
总线 处
控制 理
图３ ＣＡＮ总线通讯模块示意图
及驱 ●＿Ｉ． 器
动电 盥
路 兀
）第Ⅳ路
３．３串行加载模块
串行加载模块的主要功能是模拟卫星平台通过
串口（Ｉ／，Ｏ口模拟串口）向被测对象（光学相机或设
图５串行遥测模块示意图
备）加载串行指令和数据。就卫星平台与光学相机
而言，串行加载主要包括间接指令、辅助数据等。同
３．５模拟量及开关遥测量采集模块
样，串行加载端口的数量可根据实际被测对象的情
模拟量及开关量采集模块的主要功能是直接获
况确定，对应不同的测试对象仅仅是测试电缆略作
取被测对象的参数设置情况、开关状态。就卫星平
改动即可实现。串行加载模块示意图如图４所示。
台而言，主要是直接遥测信号的采集。例如星相机
３．４串行遥测模块
的电源开关状态、相机调焦开关状态、相机增益设置
串行遥测模块的主要功能是通过串口（Ｉ／０口
状态等等。为满足精度和数度的要求，可以选用精
模拟串口）接收被测对象（光学相机或设备）发给上
度高、转换速度快的ＡＤＥ转换芯片。该采集模块的
位机（卫星平台）的串行遥测数据（ＤＳ）。同样，串行
设计同样具有很强的可扩展性，以适应不同的任务
遥测端口的数量可根据实际被测对象的情况选定。
需求。模拟量及开关量采集模块示意图如图６所
串行遥测模块示意图如图５所示。
示。
图６模拟量及开关量采集模块示意图
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第３期 王劲强 等：航天光学相机地面测控设备通用化研究 ３１
因此，考虑将相机控制系统通用地面测试设备的接
４接口电缆的通用化
口直接做成标准的Ｙ２５０型航空接口。这样进行常
规测试时电缆的一端接口做成Ｙ２５０型航空插头，另
当前不同型号光学相机都有自己的地面测试设
一
端做成与被测型号的电气接口相对应的接口，电
备，相应地，测试时都有自己的专用电缆：即使是同 缆如图７中的电缆Ａ，该电缆为型号专用电缆。在
一
型号因测试项目的不同，也可能需要做几套电缆。
进行热真空试验时将该常规测试电缆Ａ直接作为
例如，某型号相机在进行常规测试时需要一套电缆， 真空罐内电缆使用，真空罐法兰盘与通用地检端相
当进行热真空试验时则需要做热真空试验电缆，这 连的电缆（真空罐外电缆）做成两端均为Ｙ２５０型接
两套电缆都是型号专用电缆，电缆的设计还没有达 口的点对点电缆，电缆如图７中的电缆Ｂ。由于该
到通用化。
电缆为点对点电缆，可以作为各种型号测试的通用
通过对现有真空试验设备的调研发现，所有的
电缆。
真空罐用到的穿墙电缆插头均为Ｙ２５０型航空插头。
通
被
用
测
地
设
枪
备
标识说明：
端
端
ｆ 被测设备插头
—
Ｙ一２５０插头
通
被
｛ ｜ｌ 篓
测
ｒ
真空罐法兰盘
设
务
端
热真空测试电缆
图７通用化电缆图
可见，在针对某一型号测试的全过程中，电缆通
过对现有通用化软件的各个模块进行删减、组合形
用化以后仅需要制作一套专用电缆即可完成测试任
成的。测试软件通用化研究工作由小组的其他成员
务，而通用化之前则需要做两套专用电缆。电缆通 来完成，这部分内容在文中不作详细论述。
用化既节约了成本、缩短周期，又提高了电缆的使用
效率。
６测控设备通用化成果在工程实践中
的应用
５软件的通用化
利用航天光学相机地面测控设备通用化研究
的理论成果，在两个月的时间内共成功开发出了４
结合地面测控设备行政机关公务员
硬件的通用化研究，进行了 台相机地面测试设备。各型号测试设备对通用化模
上位机、下位机软件的通用化研究。使软件的设计 块的使用情况如下表１所示：
达到了模块化和规范化。不同型号的测试软件是通
表１各型号测试设备对通用化模块的使用情况表
型号 型号１ 型号２ 型号３ 型号４
配电与直接指令模块 配电与直接指令模块 配电与直接指令模块 配电与直接指令模块
通用化 模拟量及开关遥测量采 模拟量及开关遥测量 模拟量及开关遥测量 模拟量及开关遥测量
模块 集模块 采集模块 采集模块 采集模块
总线通讯模块 总线通讯模块 串行加载模块 串行加载模块
串行遥测模块 串行遥测模块
地面测控设备通用化设计思想的可行性经实 良好的效果。
际工作得到了很好的验证，缩短了研制周期，取得了
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３２ 航天返回与遥感 ２ＯＯ７年第２８卷
科学院．２ＯＯ４．
７结论
［４］陈普然．基于嵌入式加）Ｕ核的１５５３Ｂ总线接口控制器
的设计【Ｄ］．南京：南京航空航天大学．２Ｏ０３．
航天光学相机地面测控设备通用化研究有助于
［５］熊华刚．航天飞行器总线技术应用研究［Ｄ］．北京：北京
实现相机测试的规范化，将提升光学相机整体测试
航空航天大学．２ＯＯ４．
能力和测试技商业贷款利率表
术整体水平；有助于加速推进光学相
机控制系统电气接口设计的标准化进程；避免了重
作者简介：王劲强，男，１９９１年毕业于哈尔滨工业大学，在
５０８所从事空间遥感器控制系统的研究工作，２ＯＯ４年获得中
复设计和资源浪费，从而可以有效地节约研制成本，
国国防科技大学硕士学位。工作期间先后参加和负责多个
同时又缩短了型号的研制周期。航天光学相机地面
型号空间遥感器的研制工作。
测控设备的通用化研究很好地符合了“快、好、省”地
汤恩生，男，１９８８年７月毕业于清华大学自动化系，１９９１
发展航天的理念。
年６月于中国空间技术研究院取得硕士学位，在５０８所从事
参考文献
空间遥感器控制系统和信号处理等电路的研究工作。曾参
加和负责多种型号遥感器的研制工作，曾任副主任设计师，
［１］李朝青．单片机原理及接口设计［Ｍ］．北京：北京航空
分系统指挥，项目负责人。２００１年赴加拿大进修，２００５年开
航天出版社，１９９９．
始攻读博士学位。
［２］陈世平．空间相机设计与试验［Ｍ］．北京：宇航出版社．
石志成，男，１９７８年生。２００５年６月毕业于中国空间技
２ＯＯ３．
术研究院，硕士。研究方向：航天遥感器电子工程与控制技
［３］郭红艳．多模态微波相机的通讯与控制［Ｄ］．北京：中国
术。
（上接第２２页）
方法［Ｊ］．光学技术，２ＯＯ６，３２（８）：５８７—５８８．
作者简介：张丽，女，１７９８年生。２ＯＯＯ年毕业于西安交通大
［２１童子磊．ＣＣＤ相机的像移补偿技术［Ｊ］．激光与红外，
学电子工程专业，现为中国空间技术研究院在读硕士研究
２ＯＯ５，３５（９）６２８—６３２．
生，研究方向：航天遥感器电子工程与控制技术。
［３］Ｃ．ａｙｌｏｒｄ Ｇ Ｏ．ｈｌ１ａｇｅ ｍｏｕｉｏｎ（￣ｎｐｅｎｓｏ．ｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｆｌ＂／￣ｌｌ＠ｔｒａｌ＇￣ｅｒ
汤恩生，男，１９６６年生，北京空间机电研究所，研究员。
ｃｃＤｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｃ．ＳＨＥ，２００１，４５６７：１５３—１６０．
长期从事航天遥感器电控技术研究。
［４］刘明，匡海鹏，吴宏圣一等．像移补偿技术综述［Ｊ］．电光
许敬旺，男，１９６７年生，北京空间机电研究所，研究员。
与控制，２０Ｏ４，１１（４）．
长任职表态发言简短
期从事航天遥感器电控技术研究。
