4. 遥测遥控协议与数据格式
在航天器闭环测试中，协议与数据格式是“测试语言”的语法。如果测试设备发出的遥控包格式与星上软件预期不一致，或者遥测帧的同步字、虚拟信道配置错误，闭环链路就会在物理层看似正常的情况下完全失效。本节围绕 CCSDS 空间包、PUS 服务、遥控包、遥测帧、虚拟信道以及同步/异步数据单元展开，并给出闭环测试中的验证要点。
一、CCSDS 空间包：统一的数据容器
CCSDS（空间数据系统咨询委员会）定义的空间包是遥测遥控数据的基本封装单位。一个 CCSDS 包由包头和数据域组成，包头通常包含版本号、包类型、副导头标志、应用过程标识符（APID）、包序号以及包数据长度。APID 是区分不同数据源或应用过程的关键字段，例如某卫星可能约定：APID=0x101 表示姿轨控遥控包，APID=0x201 表示电源遥测包，APID=0x301 表示载荷数据包。
在闭环测试中，首先要验证包解析的一致性。测试设备构造的遥控包，其 APID、包序号、长度字段必须与星上软件配置表完全匹配。一个常见的错误是包数据长度字段填写为“数据域字节数”还是“数据域字节数减一”，不同实现约定不同，若测试设备与星上软件理解相反，星上会丢弃该包或解析出错误长度。因此，测试用例中应包含边界长度包，例如数据域长度为 0、1、最大允许值等，观察星上是否正确接收或拒绝。
二、PUS：遥控服务的标准化
PUS（包利用标准）在 CCSDS 包基础上进一步定义了服务类型和子类型。遥控包通常采用 PUS 格式，包头之后是服务类型、子类型、源标识、序列计数等字段。例如，服务 8 用于功能管理，子类型 1 表示执行功能；服务 17 用于连接测试，子类型 1 表示连接测试请求。星上收到遥控包后，根据服务类型和子类型分发到对应处理函数。
闭环测试中，PUS 验证的重点是服务类型与子类型的映射关系。测试设备发送一条 PUS 服务 8 子类型 1 的遥控包，星上应执行指定功能并返回对应的遥测确认包。确认包通常包含服务类型、子类型、源标识、序列计数以及执行结果码。测试人员需要检查确认包中的序列计数是否与遥控包一致，结果码是否表示成功。如果星上返回“服务不支持”或“子类型不支持”，则说明协议映射配置有误。
三、遥控包与遥测帧的结构关系
遥控包是星上应用层的数据单元，而遥控帧是链路层的传输单元。遥控包需要经过分段、加同步字、加校验等处理，封装成遥控帧后发送。遥测方向则相反：星上生成遥测包，经过虚拟信道调度、加同步字、加帧头，形成遥测帧下传。地面测试设备收到遥测帧后，先搜索同步字，再解析帧头，提取虚拟信道标识，最后重组遥测包。
下图展示了从遥控包到遥控帧、从遥测帧到遥测包的双向数据流关系，以及虚拟信道在其中的调度位置。
四、虚拟信道：多路遥测的调度机制
虚拟信道（Virtual Channel，VC）是 CCSDS 遥测帧中的关键概念。一颗卫星可能同时下传多类数据：实时工程参数、延时遥测、载荷科学数据、文件传输等。如果全部混在一个数据流中，地面无法区分优先级和来源。虚拟信道通过帧头中的虚拟信道标识符（VCID）将不同数据流分开，星上按照调度策略将各虚拟信道的遥测包插入帧中。
典型配置中，VC0 用于实时遥测，优先级最高，每帧都携带最新工程参数；VC1 用于延时遥测，在空闲时插入；VC7 用于填充帧，当没有有效数据时保持帧同步。闭环测试时，测试设备需要检查每个虚拟信道的帧计数是否连续、是否有丢帧。例如，连续接收 100 帧 VC0 数据，帧计数应从 0 到 99 无跳变；若出现跳变，说明星上调度或链路传输存在丢帧。
五、同步与异步数据单元
同步数据单元指按固定周期产生和传输的数据，例如每秒一帧的工程遥测。异步数据单元则由事件触发，例如星上检测到温度越限时立即下传的告警包。在闭环测试中，同步数据单元用于验证时间基准和周期稳定性，异步数据单元用于验证事件响应逻辑。
测试同步数据单元时，测试设备记录每帧到达时间戳，计算帧间隔的均值和抖动。若标称周期为 1 秒，实测间隔应在 1 秒附近小幅波动；若出现 2 秒或 0.5 秒的间隔，说明星上调度周期异常或地面接收丢帧。测试异步数据单元时，测试设备先通过遥控注入一个触发条件（例如设置温度阈值为 30℃），然后观察是否在预期时间内收到对应的告警遥测包。若超时未收到，需要检查触发条件是否生效、异步包是否被正确路由到虚拟信道。
六、闭环测试中的协议验证要点
综合以上内容，闭环测试中协议与数据格式的验证可以归纳为以下检查项：
- 包结构一致性：遥控包和遥测包的包头字段（版本号、类型、副导头标志、APID、包序号、长度）与接口控制文件（ICD）一致。
- PUS 映射正确性：服务类型、子类型、源标识、序列计数在遥控包与确认包之间正确对应。
- 帧同步稳定性：遥测帧同步字搜索无误码，帧头校验通过，虚拟信道标识与预期一致。
- 虚拟信道调度：各 VC 帧计数连续，优先级符合设计，填充帧不干扰有效数据。
- 同步/异步行为：同步数据单元周期稳定，异步数据单元在触发后及时下传。
- 边界与异常：非法 APID、超长包、错误校验和等异常输入被星上正确拒绝或忽略，不导致死机或误动作。