Моделирующий наземный отладочный комплекс бортовой радиоэлектронной аппаратуры Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

3. Разевиг В. Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-CAP 7. М. : Горячая линия-Телеком, 2003.

4. Балакирев Р. В., Пойманов Д. Н., Ткачёв С. Б. Имитатор электрических характеристик мощных систем электропитания для испытаний электротехнических систем космических аппаратов // Тезисы XX Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ОАО «РКК «Энергия». 10-14 ноября 2014. г. Королёв Моск. обл.

References

1. Mizrah E. A., Poymanov D. N. Analiz struktur imitatorov elektricheskih harakteristik system

elektropitaniya kosmicheskih apparatov // Vestnik SibSAU. 2007. № 1.

2. Kir'yanov D. V. Samouchitel' Mathcad 11. SPb: BVH-Peterburg, 2003.

3. Rezevig V. D. Shemotehnicheskoe modelirovanie s pomosh'u Micro-CAP 7. M. : Goryachaya liniya-Telecom, 2003.

4. Balakirev R. V., Poymanov D. N., Tkachev S. B. Imitator elektricheskih harakteristic moshnih sistem elektropitaniya dlya ispitani' elektrotehnicheskih system kosmicheskih apparatov // Tezisi XX Nauchno-tehnicheskoi konferencii molodih uchenih I specialistov OAO "RKK "Energiya" 10-14 Noyabrya 2014, g. Korolev Mosk. obl.

© Крутских В. M., Лобанов Д. К., Пойманов Д. Н., Мизрах Е. А., 2016

УДК 629.78.054:621.396.018

МОДЕЛИРУЮЩИЙ НАЗЕМНЫЙ ОТЛАДОЧНЫЙ КОМПЛЕКС БОРТОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Ю. Н. Леган, А. В. Пичкалев, В. В. Прудков

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: al-mail@iss-reshetnev.ru

Моделирующий наземный отладочный комплекс позволит моделировать электронные схемы вместе со штатным бортовым программным обеспечением для имитации различных нештатных ситуаций работы бортовой РЭА (в том числе для исследования отказов).

Ключевые слова: SPICE-моделирование, SPICE-компьютер, отладочный комплекс, программное обеспечение, электронные схемы.

THE MODELLING TERRESTRIAL DEBUGGING COMPLEX FOR ON-BOARD RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT

Y. N. Legan, A. V. Pichkalev, V. V. Prudkov

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: al-mail@iss-reshetnev.ru

Modelling terrestrial debugging complex will allow to model electronic schemes together with the regular onboard software to imitate various supernumerary situations of onboard radio-electronic equipment operation (including for research of refusals).

Keywords: SPICE- modelling, SPICE-computer, debugging complex, software, electronic schemes.

Для проведения программных отработочных испытаний (ПОИ) в отделе проектирования и испытаний бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) ОАО «ИСС» был создан унифицированный наземный отладочный комплекс (НОК) программного обеспечения (ПО) бортовой РЭА на базе реального вычислительного модуля и аппаратно-программных эмуляторов функциональных узлов [1]. Аппаратура НОК РЭА имитирует входные сигналы, обрабатываемые в процессоре вычислительного модуля бортовой аппаратуры, и регистрирует его выходные сигналы, эмулируя работу приборов в составе КА.

Отработка ПО без использования реальных технических средств позволяет имитировать различные ситуации без изменения аппаратного состава схемы отработочных испытаний, что исключает риск выхода из строя аппаратных средств НОК и самой РЭА [2].

Разработка специальных программ испытаний ПО на эмуляторах позволяет довести до максимальной полноту проверок всех предполагаемых ситуаций, возможных во время штатной работы РЭА. Результаты исследования работы ПО при имитации различных нештатных ситуаций используются для объяснения

<Тешетневс^ие чтения. 2016

работы бортовой РЭА в летных условиях, когда аппаратура недоступна [3].

Дальнейшее улучшение качества отработки РЭА невозможно без моделирования ее электронных схем и имитации отказов составляющих их элементов. Это целесообразно сделать, включив в состав НОК РЭА SPICE-моделирование (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) - симулятор электронных схем общего назначения с открытым исходным кодом. Использование SPICE-моделирования позволит моделировать всю аппаратно-программную логику каждого функционального устройства, включая имитацию отказов вплоть до отдельных её элементов. Тем самым осуществляется отработка схемных и технических решений РЭА на моделях, а также обеспечивается сопровождение РЭА с самых ранних этапов ее производства и заканчивая сроком штатной эксплуатации КА. Использование SPICE-моделей при отработке встроенного ПО максимально приблизит моделирование к штатному функционированию. В конечном итоге SPICE-моделирование позволит сократить сроки и уменьшить риски их срыва при разработке и изготовления РЭА.

Функционирование SPICE-модели РЭА целесообразно проводить на SPICE-компьютере, под которым подразумевается специализированный аппаратно-программный комплекс, реализующий функции SPICE-симулятора и обладающий высоким быстродействием [4]. Моделирующий комплекс SPICE-компьютера должен строиться на основе магистраль-но-модульного стандарта PXI. Магистрально-модульные системы PXI является удобным базисом для совмещения реализации SPICE-компьютера с цифровыми устройствами управления и интерфейсами, а также отработкой функционирования ПО [5].

Исходными данными для построения модели РЭА являются:

- SPICE-модели аналоговых функциональных частей РЭА, которые можно получать из реальных электрических схем РЭА, а также HDL-описаний (Hardware Definition Language) программируемых аналоговых интегральных схем (ПАИС) и аналоговых базовых матричных кристаллов (АБМК);

- HDL-описания цифровых устройств управления и цифровых интерфейсов, которые физически должны быть реализованы на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), цифровых базовых матричных кристаллов (ЦБМК), микроконтроллеров (МК), микропроцессоров (МП), запоминающих устройств (ЗУ);

- ПО устройств управления.

Основным преимуществом описываемого подхода являются относительно малые (по сравнению с традиционным моделированием) временные затраты на разработку модели РЭА и её модификацию, так как фактически модель РЭА для описываемого моделирующего комплекса должна получаться:

- из заданий для SPICE-симулятора, получаемых из реальных схем электрических принципиальных функциональных частей РЭА, разрабатываемых с использованием современных систем автоматизированного проектирования (САПР), например Altium Designer;

- заданий для SPICE-симулятора для схем ПАИС/ АБМК, получаемых из базы данных составных частей ПАИС/ АБМК и HDL-описаний ПАИС/ АБМК;

- HDL-описаний цифровых устройств управления или цифровых интерфейсов для схем ПЛИС/ ЦБМК, МП/ МК и ЗУ;

- ПО устройств управления.

Необходимо отметить, что разработка каждой из перечисленных частей входит в процесс разработки современной РЭА.

Реализация SPICE-компьютера в составе НОК РЭА потребует разработки:

- HDL-описаний типовых SPICE-моделей для PXI-модулей с ПЛИС;

- программного интерфейса управления ПЛИС PXI-модулей с загруженными SPICE-моделями;

- базы данных параметризованных SPICE-моделей по аналогии с библиотеками моделей, применяемыми в традиционных САПР.

Применение при разработке SPICE-модели аналоговой части функциональных частей РЭА результатов макетирования и отработки реальных электрических схем позволяет качественно улучшить возможности отладки модели и процесс моделирования за счет имитирования аппаратных отказов ЭРИ.

Модели цифровых устройств управления или цифровых интерфейсов также удобно реализовать из действительных HDL-описаний с использованием PXI-модулей с ПЛИС. Использование модулей с цифровым вводом-выводом позволяет передавать в модель внешние воздействия, например, от векторных генераторов и других устройств имитации сигналов. Таким образом, существует возможность качественно улучшить возможности отладки модели и процесс моделирования за счет «перегрузки» сигналов модели «внешними» сигналами, имитируя аппаратные отказы. Функционирование ПО устройств управления непосредственно на моделях цифровых устройств управления или цифровых интерфейсов «в чистом виде» обеспечит более высокую точность отработки РЭА.

Таким образом, включение в состав НОК РЭА SPICE-компьютера на ПЛИС PXI-модулей даст требуемое улучшение качества отработки бортовой РЭА. Отработка ее на НОК с использованием SPICE-моделирования позволит максимально полно контролировать и диагностировать процессы ее функционирования, начиная с самых ранних этапов макетирования и производства и заканчивая штатной эксплуатацией в составе КА.

Библиографические ссылки

1. Пичкалев А. В. Наземный отладочный комплекс бортовой радиоэлектронной аппаратуры // Ре-шетневские чтения : материалы XIV Междунар. науч. конф. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010. Ч. 2. С. 515-516.

2. Пичкалев А. В. Автоматизация отработки бортовой радиоэлектронной аппаратуры // Инженерные, научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments - 2011 : сборник трудов

X междунар. науч.-практ. конф. М. : ДМК-пресс, 2011. С. 28-30.

3. Жариков В. Н., Пичкалев А. В. Проблемы отработки программного обеспечения бортовой радиоэлектронной аппаратуры // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 1 (41). С. 15-17.

4. Kapre N., DeHon A. Accelerating SPICE ModelEvaluation using FPGAs // Proceedings of the 17th Annual IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines, 2009.

5. Жариков В. Н., Пичкалев А. В. Новые технологии для испытательного оборудования // Вестник СибГАУ. 2011. Вып. 1 (34). С. 132-135.

References

1. Pichkalev A. V. The terrestrial debugging complex for onboard radio-electronic equipment [Nazemnyj otladochnyj kompleks bortovoj radiojelektronnoj appara-tury]. Reshetnevskie chtenija: materialy 14 Mezhdu-narodnoj nauchoj konferencii (Proceedings 14th Interna-

tional scientific conference "Reshetnev readings"). Krasnoyarsk, 2010. Р. 515-516. (In Russ.)

2. Pichkalev A. V. Automation working off on-board radioelectronic equipment [Avtomatizatsija otrabotki bortovoj radiojelektronnoj apparatury] // Proceedings 10th International scientific conference National Instruments. M. : DMK-press, 2011. Р. 28-30. (In Russ.)

3. Zharikov V. N., Pichkalev A. V. Problems of working off of the software of onboard radio-electronic equipment // Vestnik SibGAU. 2012. № 1 (41). Р. 15-17. (In Russ.)

4. Kapre N., DeHon A. Accelerating SPICE ModelEvaluation using FPGAs. in Proceedings of the 17th Annual IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines. 2009.

5. Zharikov V. N. Pichkalev A. V. New technologies for test equipment // Vestnik SibGAU. 2011. № 1 (34). Р. 132-135. (In Russ.)

© Леган Ю. Н., Пичкалев А. В., Прудков В. В., 2016

УДК 621.37

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ ИМИТАТОР ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ СВЯЗИ И РЕТРАНСЛЯЦИИ

Т. Ю. Лямичева, В. А. Комаров

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: VKomarov@iss-reshetnev.ru

Предложен подход к проведению проверок специализированных наземных систем на основе аппаратно-программного имитатора свойств полезной нагрузки космических аппаратов связи и ретрансляции. Рассмотрена структурная схема имитатора, реализованная на основе технологии программируемого радио.

Ключевые слова: полезная нагрузка, имитатор, система орбитальных испытаний, технология программируемого радио.

HARDWARE-SOFTWARE SIMULATOR OF COMMUNICATION AND RETRANSMISSION SPACECRAFT PAYLOAD

T. Yu. Lyamicheva, V. A. Komarov

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: VKomarov@iss-reshetnev.ru

The research proposes an approach to conduct inspections of specialized earth systems based on hardware and software simulator of payload spacecraft communication and retransmission properties. The structural scheme of the simulator based on software defined radio technology is considered.

Keywords: payload, simulator, in orbit test system, software defined radio technology.

Проблема обеспечения испытаний вновь создаваемых специализированных наземных систем орбитальных испытаний полезной нагрузки и систем мониторинга связи является актуальной для аэрокосмической отрасли. При вводе в эксплуатацию, оценке технических характеристик и проверке программного обеспечения рассматриваемых систем используется

метод эталонной меры, в качестве которой выступает энергочастотный ресурс ствола ретранслятора космического аппарата (КА), расположенного на орбите. Данный факт обуславливает необходимость решения ряда технических и организационных задач, таких как, например, выделение и аренда энергочастотного ресурса КА, согласование действий персонала стан-