星载SAR地面装星集成测试技术实现_李小刚.pdf

SOFTWARE2022软 件第 43 卷 第 12 期2022 年Vol.43,No.12基金项目：2022 年上海航天科技创新基金项目（C1100000189004704001）作者简介：李小刚（1986）,男,上海人,硕士研究生,研究方向：计算机与应用技术、项目管理。星载 SAR 地面装星集成测试技术实现李小刚（上海卫星工程研究所，上海 201109）摘要：星载 SAR 地面装星集成测试主要包括测试系统的硬件设备与测试管理软件,即测试服务器与存储设备,以及测试管理软件。目前测试系统的硬件设备已经具备,因此,本文主要以星载 SAR 地面装星集成测试系统的技术实现设计方案为主。关键词：星载 SAR；地面装星集成测试；技术实现中图分类号：TN957.52文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2022.12.001本文著录格式：李小刚.星载SAR地面装星集成测试技术实现J.软件,2022,43(12):001-003Implementation of Integrated Test Technology for Spaceborne SAR Ground Mounted SatelliteLI Xiaogang(Shanghai Institute of Satellite Engineering,Shanghai 201109)【Abstract】：TheintegrationtestofspaceborneSARgroundinstallationmainlyincludesthehardwareequipmentandtestmanagementsoftwareofthetestsystem,thatis,thetestserverandstorageequipment,andthetestmanagementsoftware.Atpresent,thehardwareequipmentofthetestsystemhasbeenavailable,sothispapermainlyfocusesonthetechnicalimplementationdesignofthespaceborneSARgroundmountedintegratedtestsystem.【Key words】：spaceborneSAR;groundmountedsatelliteintegratedtest;technicalrealization基金项目论文0 引言针对卫星 SAR 分系统地面装星集成测试,建立高效灵活的测试系统很有必要,为解决高效化测试的需求,以硬件计算资源和存储资源为基础,以测试管理软件为平台,以面向 SAR 分系统集成测试数据处理功能模块为核心,建立集成测试系统1。1 概述1.1 系统简介地面装星集成测试系统主要包括计算硬件资源、存储资源和测试管理软件。硬件计算资源主要是具备多核CPU的服务器,硬件存储资源主要是 500TB的存储阵列2。目前,计算硬件资源、存储资源已经具备；测试管理软件除了包括对测试管理（流程配置、流程设计以及流程测试）和数据管理（原始数据与结果数据）,还包括数据处理模型的封装和加载工作。1.2 系统目标地面装星集成测试系统建立的主要目标包括：（1）实现计算资源的高效调度和有效管理；（2）实现对标准功能模块进行集成封装形成面向不同任务需求的数据处理流程；（3）以文件配置的形式实现不同数据处理流程的管理和调用；（4）实现原始数据接收和管理,并实现处理流程与原始数据、过程数据的自动化关联。其中根据整个测试任务特点和任务需求完成标准化功能模块的设计,明确各功能模块的作用、输出与输入参数,在对外接口不变的情况下功能模块具备可扩展和可替换的能力。2 系统分析与设计2.1 系统分析地面装星集成测试系统除了对测试管理（流程配置、流程设计以及流程测试）和数据管理（原始数据与结果数据）,还包括数据处理模型的封装和加载工作。通过标准化的计算模型封装,数据处理过程中,加载数2软 件第 43 卷 第 12 期SOFTWARE据处理模型,控制测试运行,完成数据的处理和测试管理。业务功能模块主要包括加载的数据处理模型,目前主要的数据处理模型有数据接收和合路类功能模块、数据格式转换及编码解析类功能模块、帧长检测及系统工作信息提取类功能模块、脉压处理及性能评估类功能模块、辅助数据解析类功能模块、测试结果智能判决类功能模块等 6 个功能模块。测试管理软件运行在目前具备的硬件设备上（服务器）；因此,软件的数据存储和数据计算,在硬件资源分配上进行合理的管理。软件主要是测试管理软件,测试管理软件以谁处理为核心,建灵活通用的测试管理平台软件。地面装星集成测试系统的组成如图 1 所示。磁盘阵列接收合路数据地址信息管理和数据传输标识信息编制关键词检索数据选择和复制数据管理模块（原始数据管理及检索）功能模块标准化封装测试流程设计工具及测试流程设计管理模块多用户资源调度管理数据流管理运行环境开发接收结果数据地址信息管理和传输标识信息编制关键词检索数据选择和复制运行管理及数据调度模块数据管理模块（结果数据管理及检索）测试管理软件数据接收和合路类功能模块数据接收和合路类功能模块 帧长检测及系统工作信息提取类功能模块脉压处理及性能评估类功能模块辅助数据解析类功能模块测试结果智能判决类功能模块业务功能模块信息管理处理模块被测卫星 数传服务器计算硬件资源（CPU+GPU）图 1 地面装星集成测试系统Fig.1 Ground installation integrated test system（1）计算资源管理：管理硬件资源,即该模块实时显示硬件资源使用情况,通过配置,合理管理硬件资源的使用情况。针对数据存储部分,该模块按照测试需求配置存储空间3。（2）工具及测试流程设计管理：建立图形化配置界面,集成数据处理与计算模型,并调用数据接口模型,完成测试界面的搭建和计算模型的调用,生成统一的测试任务配置文件。（3）运行管理及数据调度：根据建立的测试任务配置文件,建立起测试任务运行环境。该模块调用计算模型、接口模型,管理测试数据流,实现整个测试的运行。（4）数据管理：数据管理主要是管理测试输入数据,输出数据和测试过程中的数据。数据管理支持数据的查询、添加、修改、删除、导入导出等,支持的数据格式包括文本、表格、MAT、XML 等常见的数据格式。2.2 系统设计2.2.1 系统架构测试系统软件按照分层架构设计原则,构筑开放的支持多功能应用软件集成的软件环境,实现各层软件功能的灵活加载；并能在数据层的基础上支持用户动态构筑应用软件。系统软件分为基础支撑层、数据管理层、处理应用层、用户交互层等 4 层组成系统软件总体架构。（1）基础支撑层：基础支撑层包括计算设备、存储设备、交互设备、综合显示设备等硬件设备,以及为系统软件提供标准格式的数据支撑、网络环境、操作系统、传输协议等。（2）数据管理层：数据管理层对 SAR 数据、测试数据、算法模型库、用户信息、日志及运行状态信息等进行统一管理,为处理应用层提供数据支撑。（3）处理应用层：处理应用层、完成数据管理、数据解析、数据组包、运行控制、多路数据合路、帧长检测、合路数据转数据形成器输出格式数据,数据形成器输出数据转成像接收通道格式数据,辅助数据解析,成像接收通道数据转复数据,内定标数据处理,脉压后性能评估,回波数据波形及频谱处理和显示,测试结果智能判决等功能。（4）应用层：应用层采用图形化、可定制的界面显示技术,为内外部用户提供人机交互界面,完成任务运行状态的管理,完成系统与地面站的数据交互,并实现数据交互监控和交互数据实时统计功能。2.2.2 架构设计地面装星集成测试系统软件运行环境为Windows图 2 技术实现Fig.2 Technology implementation前端AntDesignNodeJsVueEChartsWeb网关Zuu服务网关NaocApi-GatewayHTTPS/Socket RESTful JSON服务监控ZabbixLogstash业务服务日志LogstashELKRabbitMQ中间件Eureka服务注册SpringCloud Config配置管理中心RESTFul接口Spring BootMyBatis网关RedisEhCache分布式缓存MySQL分布式缓存OSS数据存储网关Python FlaskHTTP持续集成关系型数据库 文件系统3李小刚：星载 SAR 地面装星集成测试技术实现Sever 操作系统。包括两个部分,即测试管理软件和算法功能模块,如图 2 所示。测试管理软件采用目前流行的SpringBoot+Vue框架,前后端分离架构。开发语言为Java、Vue、JavaScript等。算法功能模块,采用的开发环境包括 MATLAB、LabVIEW、C/C+语言等语言开发编译形成的DLL。3 主要技术实现3.1 测试流程设计测试流程设计管理主要功能有支持通过“拖拉拽”图形化界面实现测试流程设计,实现流程节点间的功能逻辑及数据流定义；本系统实现方式采用 Vue 前端,基于 Vue-Simple-Flowchart 组件开发。（1）支持流程配置节点输入、输出参数、事件绑定等功能；（2）支持在线自定义流程设计,采用节点选择图形拖拉拽的方式。3.2 功能模块设计功能模块开发中,采用的开发环境包括 MATLAB、LabVIEW 和 C/C+语言。软件的数据处理和接口等,将其封装成标准模块,在测试运行控制中,动态加载。加载的计算模型以基于MATLAB 程序为主,同时包括C/C+等语言编写的模型。所有的模型均编译成.DLL 文件,在软件加载。每一个模型具备独立的 ID 和说明信息,用户在调用的时候,可以通过 ID 和说明信息,确定该模型的主要功能和调用方法。然后,在 SpringBoot 系统框架中定义事件方法,调用算法功能模块生成的动态链接库；从而达到,系统通过自定义自动执行算法功能模块。主要功能模块设计实现如下：（1）多路数据合路功能模块：数据接收和合路模块的主要功能是按照通信协议接收数传服务器数据,完成8 路数据的实时合路。该模块接收数传发送的原始数据,通过数据协议,解析数据,并进行数据处理,及 8 路数据合路。完成数据处理之后,该模块输出文件合路后原始数据文件4。（2）帧长检测功能模块：帧长检测及系统工作信息提取类功能模块主要的功能是按照合路格式对合路数据进行帧长检测,获取每个脉冲的帧头位置和帧长等信息,并且要求检测时效性优于 1s/2000 个脉冲数5。软件建立多线程并行处理数据,多帧数据同时处理,根据帧数据,提取该帧信息,监测该帧数据是否正确。根据合路数据和硬件资源情况,软件动态添加线程,并行处理数据,实现高效率帧长检测。（3）辅助数据解析功能模块：模块的主要功能是按照辅助数据格式对回波辅助数据进行解析。该模块根据帧长检测模块反解的每路数据,按照辅助数据格式说明协议进行解析。解析的实现方式采用按字节长度、类型、自定义规则,封装成为通用的解析模块；输出解析后的辅助数据信息6。3.3 资源调度及负载均衡设计为了提高软件的开发效率,大部分算法计划采用C+语言开发实现。在 C+开发中,目前已经具备相关的计算库,支持并行计算。并行库充分利用多核的优势,通过并行运算提高程序效率,本文主要分析 C+中两个知名的并行库,一个是 Intel 开发的TBB,一个是微软开发的PPL。TBB7（IntelThreadingBuildingBlocks）是 Intel用标准 C+写的一个开源的并行计算库。它的目的是提升数据并行计算的能力,可以在官网上下载最新的库和文档。TBB主要功能包括并行算法、任务调度、并行容器、同步原语、内存分配器。PPL8（ParallelPatternsLibrary）是微软开发的并行模式库,它的功能和TBB是差不多的,但是 PPL只能在 Windows 上使用。4 结语本文进行全面分析与论述了星载 SAR 地面装星集成测试系统技术实现,从计算硬件资源的高效调度、自定义集成测试流程设计以及到测试数据的有效管理,为建设星载 SAR 地面装星集成测试系统提供了技术方案。目前已应用到实际项目建设中,相信在未来会得到广泛的应用。参考文献1邓云凯.星载高分辨率宽幅SAR成像技术M.北京:科学出版社,2020.2王华茂.航天器综合测试技术M.北京:北京理工大学出版社,2018.3李小平,陈龙.服务与资源调度M.北京:科学出版社,2022.4陈浩.卫星数据压缩M.北京:哈尔滨工业大学出版社,2014.5杨柳.卫星数据高效传输技术M.北京:科学出版社,2020.6朱立东.卫星通信导论M.北京:工业出版社,2020.7李晓梅,吴建平.数值并行算法与软件M.北京:科学出版社,2020.8陈国良.并行算法的设计与分析M.北京:高等教育出版社,2009.