一种通信卫星视频监视测试系统

摘要

一种通信卫星视频监视测试系统，提供了一种高效自动化的通信卫星视频监视测试系统，包括下变频器、接收解调器、解密机、快视主机、路由器、测试主机、射频电缆、中频电缆和网线，被测系统通过射频电缆与下变频器连接，下变频器通过中频电缆与接收解调器连接；测试主机通过路由器和网线与下变频器连接；路由器将图像传输帧通过网线传送至解密机，并将中间态测试数据通过网线传输至测试主机，解密机将加密的图像传输帧进行解密，最后将解密后的图像传输帧通过网线和路由器传输至快视主机；测试主机完成对接收解调器、解密机和快视主机的控制和状态读取；采用本发明可以完成系统的集成化测试，具有较强的测试自动化能力和较好的通用性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效自动化的视频监视测试设备，尤其适用于通信卫星 领域的视频监视系统。

背景技术

随着通信卫星有效载荷技术的不断发展，超大口径天线已经应用在了通 信卫星领域，这要求在太空环境下大口径天线的展开必须足够精确，而传统 的遥测观察法由于遥测数据下传速度慢、直观性差而无法保证大口径天线的 顺利展开。

相对于地面视频监视系统，卫星视频监视具有超远距离通信的特征，因 而需要特殊的信道编码方式，例如中国专利CN201120550984.2名称为轨 道交通机车路况视频监视记录仪，使用成像设备、视频采集电路、DSP图 像稳定处理电路、视频切换电路、视频压缩处理电路、可编程逻辑器件电路、 嵌入式处理器电路、网络接口电路和硬盘存储接口电路，但是该系统不具备 信道编码以及射频调制适合远距离通信的能力，同样也不适用于卫星视频监 视集成化测试。

中国专利CN201210052144.2名称为飞机驾驶舱视频系统，该系统包 括相机组件，所述相机组件位于飞机上；视频监视器，所述视频监视器用于 接收来自所述相机组件的信号；以及视频处理模块，所述视频处理模块用于 电子校正信号，使得在所述视频监视器上向飞机的飞行员显示校正的图像。 该系统具有超广角视场和远距离通信的能力，但是不具备多视场组合和可变 速率调制解调能力，也无法进行卫星视频监视的集成化测试。

中国专利CN201210342447.8名称为一种便携式视频信号测试设备，该 发明提出了一种便携式视频信号测试设备，该设备由测试模块和上位机构 成。视频信号通过视频接口输入该设备的测试模块，测试模块经平衡-非平 衡变换后，根据接口类型进行AD取样，取得视频数据，通过便携式接口将 数据实时回传上位机或录波存储后再回传上位机，上位机对视频数据进行显 示及测试分析和人机交互；视频数据在进行视频编码或制式转换后还原为视 频信号，输出到外接监视及显示设备。该发明的测试设备可以对包括模拟复 合、分量视频和数字视频的广泛视频信号进行测试，具有实时测试与录波回 放测试两种模式，便携式设计，适用于包括机顶盒在内的多种视频设备以及 视频通信网络的外场测试应用，不具备卫星视频监视系统测试的能力。

由此可见，以上专利都未能完全具备自适应可变速率解调、超广角多 视场组合监视、远距离信道译码和卫星自动化集成测试的能力，需要新的 解决方案来解决这一难题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种通信卫星视 频监视测试系统，提高了通信卫星视频信息传输的速度和系统的自动化、集 成化程度。

本发明的技术解决方案是：一种通信卫星视频监视测试系统，包括：下 变频器、接收解调器、解密机、快视主机、路由器、测试主机、射频电缆、 中频电缆和网线；

被测多相机系统通过射频电缆与下变频器连接，下变频器对被测系统输 出的射频信号进行下变频处理，得到70MHz中频信号，并将该中频信号通 过中频电缆送至接收解调器进行处理，得到图像传输帧和中间态测试数据； 测试主机通过路由器和网线与下变频器连接，完成对下变频器的控制和状态 读取；所述图像传输帧为加密的图像传输帧；

接收解调器将中频信号处理后得到的图像传输帧和中间态测试数据通 过网线传送至路由器，路由器将图像传输帧通过网线传送至解密机，并将中 间态测试数据通过网线传输至测试主机进行显示，解密机将加密的图像传输 帧进行解密，最后将解密后的图像传输帧通过网线和路由器传输至快视主机 进行处理；测试主机通过路由器和网线与接收解调器、解密机和快视主机连 接，完成对接收解调器、解密机和快视主机的控制和状态读取；

快视主机中测试数据通过路由器和网线发送至测试主机，由测试主机控 制各设备完成测试。

所述中频电缆将下变频器和接收解调器连接，并将70MHz中频信号送 至接收解调器进行处理，具体为：接收解调器内部的中频滤波器对70MHz 中频信号进行滤波，再将滤波后的中频信号进行AD转换为数字基带信号， 进入接收解调器的FPGA内部进行处理：FPGA首先对数字基带信号进行 QPSK或BPSK可变速率解调，然后对可变速率解调后的数据进行LDPC 或Veterbi译码，最后对译码后的数据进行帧同步、解扰、解交织和RS译 码，在误码率测试任务中，导入卫星发射的源数据文件，并将一路RS译码 后的数据与源数据进行误码比对和统计，得出误码率，将另一路RS译码后 的数据通过网络数据转换成为图像传输帧；与此同时，FPGA对解扰和解交 织后的中间态测试数据进行采集，并通过网络数据转换成用于网络传输的中 间态测试数据。

所述将解密后的图像传输帧通过网线和路由器传输至快视主机进行处 理，具体方法为：快视主机进行开机自检，若自检失败，则提示报警，并指 示错误，若自检成功，则开启子线程：快视主机首先发送遥控指令，使星上 设备处于待测状态，对接收到的解密后的图像传输帧进行高信源比信源译 码，并实时显示多路相机的拍摄图像视频，同时快视主机对译码后的图像传 输帧进行解析，得到此时图像传输帧的分辨率、拍摄广角维度和太阳光强度 信息，然后对被测系统中多路相机拍摄到的场景进行三维图像拟合，最后， 对多路相机图像传输帧进行存储。

所述由测试主机控制各设备完成最终的测试，具体为：测试主机配置各 设备的状态和测试任务，并开始执行测试任务，在测试任务执行过程中，测 试主机显示测试中间数据、测试结果和测试图像，并以word形式自动生成 测试报告。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明采用可变速率解调技术，可以对不同日照强度的空间环境 下，不同传输速率的视频图像进行自适应恢复，以增强对不同太空监控场景 的实时监控能力。该技术在视频监视测试系统中的应用是独一无二的，并且 在通信卫星监视天线展开的应用场景下具有极佳的应用价值；

（2）本发明可以对多路视频和图像信号同时进行采集与恢复，可以完 成对超广角多视场组合能力的测试，以增加太空环境中视频监控的视野。该 技术可以对多个超广角相机同时观测一个运动物体提供了一种测试手段，具 有较高的应用价值；

（3）本发明利用路由交换，将各设备内的中间测试数据传输至测试主 机，由测试主机软件来完成初始连接配置、测试设备配置、测试任务配置、 测试任务执行和测试结果输出，从而完成系统的集成化测试，因此本发明较 其他视频监视测试系统具有较高的测试自动化以及通用性。

附图说明

图1为本发明系统结构图；

图2为本发明测试主机软件流程框图；

图3为本发明接收解调器信号处理流程框图；

图4为本发明快视主机软件流程设计框图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明的具体实施方式进行进一步的阐述。

如图1所示为本发明视频监视测试系统的设备连接框图，由图1可知， 本发明中提出的系统包括：下变频器、接收解调器、解密机、快视主机、路 由器、测试主机、射频电缆、中频电缆和网线；

其中测试主机的“网口”通过网线连接路由器的“网口1”，路由器的 “网口2”、“网口3”、“网口4”、“网口5”分别通过网线连接下变 频器“网口”、接收解调器“网口”、解密机“网口”和快视主机“网口”。

被测系统，即多相机系统通过射频电缆与下变频器连接，下变频器对被 测系统输出的射频信号进行下变频处理，得到70MHz中频信号，并将该中 频信号通过中频电缆送至接收解调器进行处理，得到图像传输帧和中间态测 试数据；测试主机通过路由器和网线与下变频器连接，完成对下变频器的控 制和状态读取；所述图像传输帧为加密的图像传输帧；

接收解调器将中频信号处理后得到的图像传输帧和中间态测试数据通 过网线传送至路由器，路由器将图像传输帧通过网线传送至解密机，并将中 间态测试数据通过网线传输至测试主机进行显示，解密机将加密的图像传输 帧进行解密，最后将解密后的图像传输帧通过网线和路由器传输至快视主机 进行处理；测试主机通过路由器和网线与接收解调器、解密机和快视主机连 接，完成对接收解调器、解密机和快视主机的控制和状态读取；

快视主机中测试数据通过路由器和网线发送至测试主机，由测试主机控 制各设备完成测试。

将视频监视测试系统按照图1连接完成后，依次对各设备加电，在测试 主机中打开测试软件进行配置。软件配置及处理流程如图2所示，首先进行 初始连接配置，其中包括设置下变频器IP地址、设置接收解调器IP地址、 设置解密机IP地址、设置快视主机IP地址，设置完成后，测试主机会按照 设置好的IP地址与各设备通信，若通信异常，则指示连接错误，需要重新 配置各IP地址，若通信正常，则进入测试设备配置界面。

在该界面的下变频器设置中，依次设置下变频器输入频率，该选项依据 被测系统的频率而定，设置下变频器衰减值，该选项依据接收解调器输入功 率范围而定，设置下变频器射频信号输出开关状态，若设置完成后需要开始 测试，则设置该状态为“开”。在接收解调器设置中，设置解调器中心频率， 由于下变频器输出中频通常为70MHz，因此此处中心频率应设为70MHz， 设置解调方式，选择范围是QPSK和BPSK，此处依据卫星调制方式而定， 设置译码方式，选择范围是LDPC和Veterbi译码，这两种译码方式均属于 远距离信道译码方式，此处依据卫星信道编码方式而定。在解密机设置中， 需导入密钥文件，解密机依据该文件进行解密运算，设置密钥运行开关状态， 此选项依据是否进行解密运算而定。在快视主机设置中，设置启动与快视软 件进行中间数据交互，该设置启动了快视主机与测试主机之间的中间态数据 的交互，设置启动测试结果数据交互，则启动了快视主机与测试主机之间的 测试结果数据交互。

设备配置完成后，进入测试任务配置界面，可供选择的配置有误码率测 试、传输速率测试、日照强度测试、图像曝光率测试、图像丢帧统计和多视 场拟合测试内容，该配置依据具体测试任务而定。配置完成后，软件会自动 检测配置是否正确，若配置错误，则指示配置错误，若配置正确，则开始执 行测试任务。

在执行过程中，以上所有设置的参数均被封装成设备执行命令，通过网 线和路由器分发到各设备进行自动配置。依据测试软件的配置，下变频器对 多相机被测系统输出的射频信号下变频为70MHz中频信号，通过中频电缆 将该70MHz中频信号送至接收解调器。接收解调器内部信号处理流程如图 3所示，中频滤波器首先将70MHz中频信号进行滤波，消除带外杂散或谐 波，再进行AD转换为数字基带信号，从而进入FPGA内部进行处理，由于 该数字基带信号所携带的数字信息为可变速率信息，FPGA首先对数字基带 信号进行QPSK或BPSK可变速率解调(解调方式由测试主机配置生成)，通 过此处理可得到信息传输速率，并将其封装为解调后的中间态数据，然后对 解调后的数据进行LDPC或Veterbi译码(译码方式由软件配置生成)，最后 对译码后的数据进行帧同步、解扰、解交织和RS译码。在误码率测试任务 中，需导入卫星发射的源数据文件，并将一路RS译码后的数据与源数据进 行误码比对和统计，从而得出误码率。此外，将另一路RS译码后的数据通 过网络数据转换成为图像传输帧，此图像帧含有多路相机的数据；与此同时， FPGA对解扰和解交织后的中间态测试数据进行采集，并通过网络数据转换 成用于网络传输的中间态测试数据。如图1中所示，该图像传输帧和中间态 测试数据通过UDP协议传送至路由器网口，路由器将该图像传输帧通过 UDP协议传送至解密机，中间态测试数据则通过TCP/IP协议传输至测试主 机进行显示和分析，解密机将加密的图像传输帧进行解密运算，最后将解密 后的图像数据通过网口UDP协议传输至路由器。

路由器将解密后的图像数据通过UDP协议传输至快视主机。如图4所 示为快视主机软件运行流程，设备首先进行开机自检，这个过程主要进行设 备自环通路自检，若自检失败，则提示报警，并指示错误，若自检成功，则 开启子线程。首先发送遥控指令，让星上设备处于待测状态，并观察卫星遥 测数据，此时由于卫星采用高压缩比的信源编码技术，快视主机需对接收到 的解密后图像数据进行高信源比信源译码，并实时显示多路相机的拍摄图像 视频，与此同时软件对图像视频进行解析，从而得出此时的日照强度、图像 曝光率信息，然后对多路相机拍摄到的场景进行三维图像拟合，从而形象地 描绘出此时三维效果图像，最后，软件对多路相机图像视频进行存储，以便 回放和后期图像视频修改操作。若以上任务执行失败则提示报警，并终止测 试流程，若执行成功，则提示任务成功执行，可以进行下一次测试任务。

如图1所示，快视主机中所有测试数据通过TCP/IP协议传输至路由器， 并由路由器转发至测试主机。如图2所示，测试主机软件在测试结果界面中 综合显示测试中间数据、测试结果和测试图像，并以word形式自动生成测 试报告。

整个测试过程只需要开始在测试主机软件中配置各设备的状态和测试 任务，并开始执行任务，中间过程不需要人为参与，测试结果自动显示在测 试结果界面中，并生成测试报告。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。