Введение
Бортовая аппаратура космического аппарата обладает множеством различных количественных и качественных характеристик. Соответствие значений этих характеристик заданным требованиям определяется путем проведения испытаний. Испытание сложных технических систем предполагает выполнение, по крайней мере, трех этапов: подготовки к испытаниям, непосредственного проведения и обработки результатов [1, 2]. В данной работе основное внимание уделено автоматизации этапа обработки результатов испытаний бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата.
Процесс испытаний бортовой аппаратуры космического аппарата
Бортовая аппаратура командно-измерительной системы обеспечивает информационный обмен между наземным комплексом управления и космическим аппаратом, а также выполняет навигационные функции, в частности, измерение дальности до космического аппарата.
Испытания, рассматриваемые в данной работе, направлены на подтверждение электрических высоко- и низкочастотных характеристик функционирования командно-измерительной системы, а также на проверку правильности отработки и передачи пакетов данных. Они подразумевают выполнение определенных операций измерения и управления средствами контрольно-проверочной аппаратуры. Операции измерения определяют конкретные значения параметров функционирования, а операции управления устанавливают режимы работы и состояния командно-измерительной системы.
Для автоматизации процесса испытаний бортовой аппаратуры командно-измерительной системы разработан аппаратно-программный комплекс, выполняющий автоматизацию этапов подготовки испытаний, их проведения, обработки результатов [3]. Процесс испытаний командно-измерительной системы с использованием аппаратно-программного комплекса представлен на рис. 1.
На этапе подготовки выполняется построение сценариев испытаний. Сценарий – это формальное представление процесса выполнения испытаний как ряда операций измерения значений параметров и управления испытываемого оборудования (объекта контроля). Операции измерения и управления представляются в виде специальных условных блоков – действий. Объединенные совокупности действий, направленные на выполнение определенных задач в сценарии испытаний, называются заданиями. В свою очередь, задания объединяются в сценарии испытаний командно-измерительной системы. Сценарии позволяют описывать различные варианты испытаний с использованием последовательно-параллельного выполнения действий и заданий, а также с использованием циклов и условных переходов [4].
Рис. 1. Процесс испытаний
Подготовленные сценарии определяют выполнение последующих этапов испытаний. На этапе непосредственного проведения испытаний осуществляется исполнение подготовленного сценария. Программный модуль проведения испытаний управляет работой контрольно-проверочной аппаратуры, поэтапно выполняя каждое задание и действие в соответствии со сценарием. Параллельно осуществляется контроль и архивирование измеренных значений параметров объекта испытаний. На этом этапе происходит формирование результатов.
Просмотр результатов осуществляется на рабочих местах конструкторов командно-измерительной системы в пределах компьютерной сети предприятия. Во время просмотра результатов сценарий, в совокупности с результатами испытаний, используется для воспроизведения процесса проведения испытаний с возможностью навигации по времени. На этапе построения отчетов сценарий определяет структуру отчета, где задания представляются разделами.
Структура результатов испытаний
Результаты испытаний представляют собой структурированную совокупность данных, описывающих ход выполнения сценария. Они содержат следующие данные.
Результаты измерений характеристик. В ходе выполнения сценария испытаний происходит измерение характеристик функционирования командно-измерительной системы и самого измерительного оборудования. Результаты измерения каждой характеристики представляются в виде массивов данных, содержащих пары время–значение. Значение характеристики может быть представлено в виде числа, строки, логического значения (0 или 1), пакета данных. Пакет данных – это специальный тип данных для представления пакетов телекоманд и телеметрии, передаваемых командно-измерительной системе в процессе испытаний. Он представляет собой структурированную двоичную последовательность определенной длины.
Структура и конфигурация сценария испытаний. Включение в результаты испытаний информации о сценарии необходимо для организации последующего анализа выполнения сценария и функционирования командно-измерительной системы. К структуре и конфигурации сценария относятся данные о составе (совокупности действий и заданий), настройках действий, условных переходах и циклах. Результаты измерений сопоставляются с соответствующими им действиями, что позволяет оценить реакцию командно-измерительной системы на настройки, указанные в действиях сценария.
Данные об отработке элементов сценария испытаний. Данные об отработке используются при воспроизведении процесса выполнения сценария.К этим данным относятся фактические моменты времени запуска и остановки выполнения действий и заданий, данные о выполнении циклов и условий, данные о возникающих ошибках и предупреждениях.
Журнал событий. Журнал событий содержит текстовые сообщения о ходе выполнения сценария испытаний. Сообщения могут содержать информацию о работе контрольно-проверочной аппаратуры или программного модуля проведения испытаний.
Результаты проведения испытаний хранятся в виде записей базы данных и файлов. Файлы формата .tdms используются для хранения результатов измерений числовых характеристик командно-измерительной системы. Их использование обусловлено большим объемом и высокой скоростью поступления измеренных значений характеристик во время проведения испытаний. Формат файлов .tdms (Technical Data Management Streaming) позволяет вести высокоскоростную потоковую запись результатов измерений [5].
Организация хранения и просмотра результатов испытаний
Просмотр результатов испытаний осуществляется на рабочих местах конструкторов в пределах компьютерной сети предприятия. Каждый конструктор на своем рабочем месте имеет возможность оперативно просматривать результаты текущего испытания, которое выполняется в данный момент; и результаты уже завершенных испытаний, которые хранятся в архиве. На рис. 2 представлена схема размещения аппаратного и программного обеспечения для организации хранения и просмотра результатов испытаний командно-измерительной системы.
Рис. 2. Схема организации хранения и просмотра результатов испытаний
Сервер контрольно-проверочной аппаратуры предназначен для выполнения сценариев испытаний, сбора и хранения результатов, ведения общесистемных справочников. Он является главным сервером, на котором располагаются основная база данных и оригинальные файлы результатов испытаний.
На сервере рабочих мест устанавливается полная копия базы данных, аналогичная базе данных с сервера контрольно-проверочной аппаратуры. Служба синхронизации результатов испытаний выполняет их размещение в базе данных сервера рабочих мест, а также обеспечивает доступ к ним с рабочих мест конструкторов. Сервер имеет два сетевых выхода. Выход во внутреннюю сеть испытательного стенда предназначен для обмена данными с сервером контрольно-проверочной аппаратуры. Выход в локальную сеть предприятия в целях безопасности ограничивает доступ с рабочих мест к командно-измерительной системе и оборудованию контрольно-проверочной аппаратуры.
Рабочее место конструктора представляет собой персональный компьютер, расположенный в локальной сети предприятия. На нем установлено программное обеспечение, которое реализует функции визуализации результатов непосредственно в процессе проведения, а также просмотра данных из архива ранее проведенных испытаний.
Окно просмотра результатов испытаний представляет элемент визуального перемещения по времени испытания (шкалу времени), обозреватель сценариев, формы просмотра результатов и журнала событий испытания (рис. 3). Просмотр осуществляется путем автоматического воспроизведения процесса выполнения сценария испытаний. При этом в форме просмотра результатов отображаются все данные в порядке, соответствующем времени их получения, а также записи журнала событий, который ведется во время проведения испытаний. При этом в обозревателе сценария подсвечиваются действия, выполняемые в текущий момент. В форме просмотра результатов пользователь может изменить способ визуализации измеренных параметров объекта контроля. Предусматривается несколько типов визуализация: числовой, графический (несколько видов графиков) и табличный.
Рис. 3. Окно просмотра результатов испытаний
Воспроизведение может быть приостановлено, в этом случае отображаются результаты по времени, на котором была произведена остановка. Реализована возможность изменять скорость воспроизведения сценария испытаний.
Переход по результатам испытаний возможен также и в ручном режиме. Управление выбором точки просмотра осуществляется через специальный элемент управления «шкала времени» (рис. 4). В левой части шкалы указывается время начала прошедшего испытания, а в правой – время окончания. Расположение ползунка определяет время, для которого в текущий момент отражаются результаты испытаний и состояние выполнения сценария. Перемещение по шкале позволяет отображать интересующие пользователя моменты испытания.
Рис. 4. Шкала визуального перемещения по шкале времени испытания
Переход по результатам так же может выполняться через журнал событий испытаний.
Программное обеспечение на рабочих местах конструкторов реализует функции построения настраиваемых отчетов об испытаниях и их сохранение в формате .docx. Пользователь с помощью специального редактора отчетов выбирает параметры действий из сценария испытаний, которые необходимо включить в отчет. Он также может выбрать интересующие участки изменения значений измеренных параметров, которые характеризуют процесс функционирования объекта контроля. На рис. 5 представлена страница отчета об испытаниях параметров передатчика командно-измерительной системы.
Рис. 5. Форма отчета об испытаниях
В верхней части страницы расположена шапка с наименованием задания из сценария испытаний и временем его выполнения, в левой части расположена таблица со средними значениями параметров настроек и мониторинга действий сценария испытаний, а график детально представляет значения одного из параметров мониторинга. При настройке отчета пользователь может выбрать, какой параметр испытаний будет представлен в детальном виде, а также способ его представления (график, таблица и др.).
Заключение
Выполнена автоматизация процесса обработки и просмотра результатов испытаний бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата. Предложена и реализована схема организации программного и аппаратного обеспечения, которая позволяет хранить и просматривать большой объем разнородных данных, поступающих от измерительного оборудования в процессе проведения испытаний. На этой основе реализовано программное обеспечение рабочего места конструктора, позволяющее выявлять нештатные ситуации и проводить анализ функционирования командно-измерительной системы.
Литература:
- Александровская Л.Н., Круглов В.И., Кузнецов А.Г. Теоретические основы испытаний и экспериментальная отработка сложных технических систем. – 2003. Логос, 2003. – 736 с.
- Раннев Г.Г. Измерительные информационные системы: учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Академия, 2010. – 336 с.
- Вогоровский Р.В. Структура автоматизированной измерительной системы испытаний бортовой аппаратуры космического аппарата // Проблемы информатизации региона. ПИР-2015: Материалы XIV Всероссийской научно-практической конференции. – Красноярск: ИВМ СО РАН, 2015. – С. 31–35.
- Вогоровский Р.В. Графическая среда построения сценариев испытаний бортовой аппаратуры космического аппарата // Решетневские чтения: материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф: в 2 ч. – Красноярск: Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – 2015. – Ч. 2. – С. 211–213.
- The NI TDMS File Format // National Intruments. URL: http://www.ni.com/white-paper/3727/en/ (датаобращения: 28.03.2016).
