微纳卫星姿控软件实时测试系统

微小卫星发射场测试流程优化研究摘要近年来，微小卫星发展迅速，呈现百花齐放态势，快速响应的微小卫星批量化组网，可以更快速、更经济的获得传统大卫星的效能，成为商业航天的首选途径。

本文依托某型号卫星，开展微小卫星快速测试技术研究，梳理卫星地而测试项目和内容，优化裁剪测试项目，总结提炼一套微小卫星典型测试流程，用于指导后续地而测试。

关键词快速测试流程优化1引言近年来，全球小卫星特别是微纳卫星的研制发射进入到爆发式增长阶段，卫星发射数量急剧增加，应用领域快速扩展，在需求牵引下，微小卫星发射数量快速增长，发射场设施设备和资源调配难度加大。

目前，微小卫星仍然沿用科研试验卫星时的流程设计方法，其发射场测试周期一般为5天至60天，快速响应卫星主要任务在于应对突发事件，达到快速集成、测试、发射和在轨应用的目的，一般要求卫星整星射前快速测试与射前状态设置时间不大于1 小时。

木文对传统测试流程、方法和技术进行改进，研究一套快速测试方法能够缩短卫星研制周期、降低研制成本。

2常规卫星测试流程传统卫星发射场测试流程项目多、耗时长，主要原因为出厂测试与发射场测试完全分割，为保证卫星在轨期间的可靠性，需要在发射场重复完成出厂测试的绝大部分内容。

以某型号微小卫星为例，若完成全部测试，充分保证卫星的可靠性，其流程如下：2.1测试目的整星电测的目的是为了确保卫星在轨工作的正确性，因此需要检验卫星电气性能和参数指标是否符合设计要求以及各组件在整星条件下能否完成规定的功能；同时，为了保证测控系统与数据传输的可靠性，需要检查指令通道传递的可靠性、准确性和数据通道传递的可靠性、准确性；此外，为了保证卫星能够与火箭及地面测试设备连接正确，需要检查卫星内外接口匹配的正确性；最后，在地面测试前，为保证测试能够顺利进行，需要检查星上软件、地面软件、测量参数定义和测试文件的正确性以及卫星电气设计的正确性、合理性、匹配性及接地系统的正确性。

根据以上电性能测试目的，由此可确定测试项目如后。

收稿日期：２０２２－１０－２６基金项目：杭州市科技计划项目（２０２０１２０３Ｂ１３８）引用格式：钟泽宇，吴可，吴秋轩，等．通用化多功能微飞轮测试系统的设计与实现［Ｊ］．测控技术，２０２３，４２（９）：１２－２３．ＺＨＯＮＧＺＹ，ＷＵＫ，ＷＵＱＸ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＭｉｃｒｏ ＦｌｙｗｈｅｅｌＴｅｓｔＳｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２３，４２（９）：１２－２３．通用化多功能微飞轮测试系统的设计与实现钟泽宇１，吴　可２，吴秋轩１，周华俊３，尤　磊３，吴　珍３（１．杭州电子科技大学自动化学院，浙江杭州　３１００１８；２．河南科技学院机电学院，河南新乡　４５３００３；３．上海航天控制技术研究所，上海　２０１１０８）摘要：微飞轮在卫星姿态控制系统中作为力矩执行机构，其寿命是卫星运行寿命的重要组成因素。

为了保障微飞轮产品性能，需要对微飞轮产品进行包括微飞轮单板（控制电路板）测试和微飞轮整机测试等的验收实验。

但目前针对微飞轮单板测试和微飞轮整机测试仍需要研制两套不同的测试系统，且同一套测试系统对不同型号微飞轮的兼容性也存在一定不足。

为解决上述问题，采用分层化布局、模块化设计，基于ＥＰＬＡＮＰ８软件和Ｑｔ（ＱｔＣｒｅａｔｏｒ），设计了一套通用化多功能微飞轮测试系统。

针对测试需求，测试系统面向通用化和多功能，兼容多种型号微飞轮测试，支持批产单板试验、筛选任务和批产整机筛选功能。

测试结果表明，该测试系统功能完善，能兼容多型号微飞轮测试，测试系统稳定性高，测试精度和效率均能达到要求。

关键词：自动测试系统；Ｑｔ；数据库；人机交互；多功能中图分类号：ＴＰ３９；Ｖ２１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－８８２９（２０２３）０９－００１２－１２ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２３．０９．００２ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＭｉｃｒｏ ＦｌｙｗｈｅｅｌＴｅｓｔＳｙｓｔｅｍＺＨＯＮＧＺｅｙｕ１牞ＷＵＫｅ２牞ＷＵＱｉｕｘｕａｎ１ 牞ＺＨＯＵＨｕａｊｕｎ３牞ＹＯＵＬｅｉ３牞ＷＵＺｈｅｎ３牗１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ牞ＨａｎｇｚｈｏｕＤｉａｎｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ牞Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１８牞Ｃｈｉｎａ牷２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ牞ＨｅｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞Ｘｉｎｘｉａｎｇ４５３００３牞Ｃｈｉｎａ牷３．ＳｈａｎｇｈａｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０８牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅｅｌｉｓｕｓｅｄａｓｔｏｒｑｕｅａｃｔｕａｔｏｒｉｎｓａｔｅｌｌｉｔｅａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ牞ａｎｄｉｔｓｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｌｉｆｅｏｆａｓａｔｅｌｌｉｔｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏ ｆｌｙ ｗｈｅｅｌｐｒｏｄｕｃｔ牞ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｃａｒｒｙｏｕｔａｃｃｅｐｔａｎｃｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅｅｌｐｒｏｄｕｃｔｓ牞ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅｅｌｃｏｎｔｒｏｌｂｏａｒｄ牗ｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅｅｌｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｂｏａｒｄ牘ｔｅｓｔａｎｄｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅｅｌｐｒｏｄｕｃｔｔｅｓｔ．Ｈｏｗ ｅｖｅｒ牞ｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｓｎｅｅｄｔｏｂｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅｅｌｃｏｎｔｒｏｌｂｏａｒｄｔｅｓｔａｎｄｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅｅｌｐｒｏｄｕｃｔｔｅｓｔ牞ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓａｍｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅｅｌａｌｓｏｈａｓｓｏｍｅｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅａｂｏｖｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓ牞ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｌａｙｏｕｔａｎｄｍｏｄｕｌａｒｄｅｓｉｇｎａｒｅａｄｏｐｔｅｄ牞ａｎｄａｎｕｎｉｖｅｒｓａｌｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅａｌｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎＥＰＬＡＮＰ８ｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄＱｔ牗ＱｔＣｒｅａｔｏｒ牘ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｅｓｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ牞ｔｈｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｉｓｏｒｉｅｎｔｅｄｔｏｗａｒｄｓｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｔｙａｎｄｍｕｌｔｉ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ牞ａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｓｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｖａｒｉｏｕｓｍｏｄｅｌｓｏｆｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅｅｌｓ牞ａｎｄｉｓｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｗｉｔｈｂａｔｃｈｐｒｏｄｕｃ ｔｉｏｎｓｉｎｇｌｅｐｌａｔｅｔｅｓｔ牞ｓｃｒｅｅｎｉｎｇｔａｓｋｓａｎｄｂａｔｃｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｓｃｒｅｅｎｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｈａｓｐｅｒｆｅｃｔｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｃａｎｂｅｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅｍｏｄｅｌｓｏｆｍｉｃｒｏ ｆｌｙｗｈｅｅｌｔｅｓｔ．Ｔｈｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｈａｓｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙ牞ａｎｄｔｈｅｔｅｓｔａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ａｕｔｏｍａｔｉｃｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ牷Ｑｔ牷ｄａｔａｂａｓｅ牷ｈｕｍａｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ牷ｍｕｌｔｉ ｆｕｎｃｔｉｏｎ 微飞轮在卫星姿态控制系统中作为力矩执行机构，通过变速旋转提供反作用力矩实现动量交换和储存，从而完成能量储存或姿态控制任务，具有控制精度高、燃料消耗少、使用灵活性大等特点［１］。

微纳机电系统一．引言微/纳米科学与技术是当今集机械工程、仪器科学与技术、光学工程、生物医学工程与微电子工程所产生的新兴、边缘、交叉前沿学科技术。

微/纳米系统技术是以微机电系统为研究核心，以纳米机电系统为深入发展方向，并涉及相关微型化技术的国家战略高新技术。

微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS ) 和纳机电系统(Nano Electro Mechanical System, NEMS )是微米/纳米技术的重要组成部分，逐渐形成一个新的技术领域。

MEMS已经在产业化道路上发展，NEMS还处于基础研究阶段。

从微小化和集成化的角度，MEMS (或称微系统)指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统。

而NEMS(或称纳系统) 是90年代末提出来的一个新概念，是继MEMS 后在系统特征尺寸和效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电一体的系统，一般指特征尺寸在亚纳米到数百纳米，以纳米级结构所产生的新效应(量子效应、接口效应和纳米尺度效应) 为工作特征的器件和系统。

二．微纳系统的意义、应用前景由于微/纳机电系统是一门新兴的交叉和边缘学科，学科还处于技术发展阶段，在国内外尚未形成绝对的学科和技术优势；微/纳米技术还是一项支撑技术，它对应用背景有较强的依赖性，目前它的主要应用领域在惯导器件、军事侦察、通信和生物医学领域，以及微型飞机和纳米卫星等产品上。

2.1.重要的理论意义和深远的社会影响微/纳米系统技术是与其它广泛学科具有互动作用的重要的综合技术，涉及学科领域广泛。

微/纳米系统技术是认识和改造微观世界的高新技术，微/纳米系统是结构集成化、功能智能化的产物。

微/纳米系统表现出的智能化程度高、实现的功能趋于多样化。

例如，微机电系统不仅涉及到微电子学、微机械学、微光学、微动力学、微流体学、微热力学、材料学、物理学、化学和生物学等广泛学科领域，而且会涉及从材料、设计、制造、控制、能源直到测试、集成、封装等一系列的技术环节。

微机电系统MEMS在微纳卫星中的应用与发展趋势1. MEMS介绍微机电系统(MEMS)是多种学科交叉融合并具有战略意义的前沿高新技术，是未来的主导产业之一。

MEMS技术特点可由3个M概括：小尺寸(miniaturization)、多样化(multiplicity)、微电子(micro electronics)。

MEMS技术的出现开辟了技术的一个全新领域和产业，它具有许多传统传感器无法比拟的优点，在航空、航天、汽车、军事等众多领域中都有着十分广阔的应用前景，MEMS 技术将成为提高军事能力的重要技术途径[1]。

1.1MEMS技术1988 年美国加州大学伯克利分校的Tai 等[2；3]成功地用微电子平面加工技术研制出了直径仅有100 微米左右硅微机械马达，使人们看到了将可动机械结构与电路集成在一个芯片内，构成完整的微型机电系统的可能。

微机电系统-MEMS (micro electro mechanical systems) 的概念应运而生，并迅速成为国际上研究的热点。

1993 年，美国ADI 公司采用该技术地将微型可动结构与大规模电路集成在单芯片内[4]，形成用于汽车防撞气囊控制的微型加速度计，MEMS 技术的特点和优势真正地体现了出来[5]。

微机电系统是指微型的器件或器件组合，是一个把电子功能与机械和光学或其他功能相结合的综合集成系统。

MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分。

它是在融合多种微细加工技术，并应用微电子技术和最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。

MEMS是微电子技术的拓宽和延伸，它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合．实现了微电子与机械融为一体的系统。

人们还把微机械、微结构、智能传感器归入MEMS范畴。

MEMS在不同的国家其名称也有所不同，在日本称为微机械(Micro machine) [6]，在欧洲称为微系统技术MST(Micro systems Technology)，在英国称微工程(Micro—engineering)。